DE102012221297A1 - Lageranordnung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1), umfassend zwei Wälzlager (2, 3) mit jeweils einem Innenring (4, 5) und einem Außenring (6, 7) sowie zwischen den Lagerringen angeordneten Wälzkörpern (8, 9), wobei die beiden Wälzlager (2, 3) durch relative Verschiebung der Innenringe (4, 5) und/oder der Außenringe (6, 7) in axiale Richtung (a) vorgespannt werden können, wobei an den Innenringen (4, 5) und/oder an den Außenringen (6, 7) Borde (10, 11) angeordnet sind, die einen axialen Anschlag für die Wälzkörper (8, 9) bilden. Um die Vorspannung in der Lageranordnung einfacher und genauer einstellen zu können, sieht die Erfindung vor, dass mindestens einer der Borde (10) relativ zu dem diesen tragenden Lagerring (4) in axiale Richtung (a) verstellbar auf dem Lagerring (4) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, umfassend zwei Wälzlager mit jeweils einem Innenring und einem Außenring sowie zwischen den Lagerringen angeordneten Wälzkörpern, wobei die beiden Wälzlager durch relative Verschiebung der Innenringe und/oder der Außenringe in axiale Richtung vorgespannt werden können, wobei an den Innenringen und/oder an den Außenringen Borde angeordnet sind, die einen axialen Anschlag für die Wälzkörper bilden.
  • Gattungsgemäße Lageranordnungen werden häufig als Kegelrollenlager-Anordnungen ausgeführt. Dabei werden zwei zusammenwirkende Kegelrollenlager gegeneinander axial vorgespannt. Die Einstellung der Vorspannung bei Kegelrollenlagern ist dabei ein relativ aufwändiger und auch ungenauer Prozess. Man versucht, die richtige Vorspannung einzustellen, indem man die beiden Innenringe einer Kegelrollenlagereinheit axial aufeinander zu (im Falle einer O-Lageranordnung) oder axial voneinander weg verschiebt (im Falle einer X-Lageranordnung). Der richtige Verschiebeweg wird durch aufwendiges Messen der Komponenten bestimmt und über Passscheiben so eingestellt, dass die gewünschte Vorspannung entsteht, und zwar nach Anziehen der Wellenmutter, mit der die gesamte Lageranordnung auf einem Wellenteil festgelegt wird.
  • Da die Sicherung der Mutter über eine entsprechende Klemmkraft erzielt wird, muss man dabei wiederum in Kauf nehmen, dass die aufwändig über Passscheiben eingestellte Lagervorspannung durch die in der Regel sehr große Klemmkraft beeinflusst wird. Eine genau gewünschte Vorspannung kann so nur schwerlich erreicht werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass es möglich wird, die Vorspannung in der Lageranordnung einfacher und genauer einstellen zu können.
  • Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Borde relativ zu dem diesen tragenden Lagerring in axiale Richtung verstellbar auf dem Lagerring angeordnet ist.
  • Der verstellbare Bord sowie der Lagerring sind dabei bevorzugt mit einem Gewinde, insbesondere mit einem Feingewinde, versehen, so dass der Bord durch Verdrehen in axiale Richtung relativ zum Lagerring verstellbar bzw. einstellbar ist.
  • Die beiden Wälzlager sind bevorzugt Kegelrollenlager. Die Borde sind vorzugsweise an den Innenringen der beiden Wälzlager angeordnet.
  • Der verstellbare Bord kann eine zylindrische Sitzfläche aufweisen, die mit einer Spielpassung zu einer Gegensitzfläche am Lagerring toleriert ist; die Spielpassung ist dabei bevorzugt eng ausgeführt.
  • Der verstellbare Bord sowie der diesen tragende Lagerring können Mittel aufweisen, mit denen der Bord axial unverstellbar am Lagerring festgelegt werden kann. Damit ist es möglich, zunächst die Vorspannung der Lageranordnung präzise einzustellen und dann den verschieblichen Bord zu fixieren, um die eingestellte Vorspannung dauerhaft aufrecht zu erhalten.
  • Die Mittel zum axial unverstellbaren Festlegen können dabei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mindestens eine sich in axiale Richtung ersteckende Nut umfassen, die in zumindest einen Abschnitt der Sitzfläche für den verschieblichen Bord in den Lagerring eingearbeitet ist. Der verstellbare Bord kann dabei einen den Wälzkörpern zugewandten gehärteten axialen Endbereich aufweisen sowie einen von den Wälzkörpern abgewandten nicht gehärteten axialen Endbereich (der zum plastischen Verformen zwecks Fixierung ausgebildet ist).
  • Die zylindrische Sitzfläche des Bordes bzw. der gehärtete axiale Endbereich des Bordes sind dabei bevorzugt mit einer Induktivhärtung versehen.
  • Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung stellt darauf ab, dass der verstellbare Bord mit einem Antriebsmittel, insbesondere mit einem Motor (Servomotor), in Verbindung steht, mit dem der Bord relativ zum Lagerring verdreht werden kann. Damit wird es möglich, im Betrieb der Lageranordnung die Vorspannung zu kontrollieren bzw. zu justieren.
  • Die vorgeschlagene Ausgestaltung einer Lageranordnung erlaubt also eine einfache Einstellung der Vorspannung einer Lagereinheit, insbesondere einer Kegelrollenlagereinheit, über die axiale Verschiebung eines Führungsbords.
  • Das erfindungsgemäße Konzept stellt also darauf ab, zwei Verspannkreise – nämlich einmal den Verspannkreis der Rollenvorspannung und einmal den Verspannkreis der Innenringklemmung – voneinander zu trennen. Hiermit kann der negative Einfluss der Innenring-Klemmung bzw. Muttersicherung von der eigentlichen Lagervorspannung getrennt werden.
  • Das wird erreicht, indem der Führungsbord des einen Lagers der Lagereinheit axial verschiebar gestaltet wird. Die sich so ergebende Lagerkomponente „Führungsbordring“ kann mit einem Gewinde versehen werden, so dass eine axiale Verschiebung und damit eine Wälzkörpervorspannung realisieren werden kann.
  • Da der Führungsbordring vorzugsweise einen harten Kontaktbereich für die Rollenführung sowie einen plastisch verformbaren Bereich für die Festlegung des Bordrings am Lagerring durch plastische Verformung (Sicherung des Bordrings am Lagerring) aufweisen sollte, wird hier eine induktivgehärtete Kontaktzone favorisiert. Der Bereich am Ende des Gewindes sollte nämlich plastisch deformierbar gestaltet werden, so dass dieser mit einem Hammerschlag in eine dafür vorgesehene axiale Nut am Lagerinnenring eingeschlagen werden kann. Es sind aber natürlich auch andere Arten der Sicherung bzw. Festlegung des verschieblichen Bordrings am Lagerring möglich.
  • Die genaue Einstellung der Vorspannung führt vorteilhafter Weise zu einer reduzierten Lagerreibung.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
  • 1 im Radialschnitt eine Lageranordnung, umfassend zwei gegeneinander verspannte Kegelrollenlager,
  • 2 die Einzelheit „Z“ der Lageranordnung nach 1 in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung und
  • 3 im Radialschnitt eine alternative Ausgestaltung der Lageranordnung nach 1.
  • In 1 ist eine Lageranordnung 1 dargestellt, die zwei Kegelrollenlager 2 und 3 aufweist. Die beiden Kegelrollenlager 2, 3 haben jeweils einen Innenring 4 bzw. 5 und einen Außenring 6 bzw. 7. Zwischen den Lagerringen sind Wälzkörper 8 bzw. 9 angeordnet.
  • Die dargestellte Lageranordnung ist in O-Anordnung ausgeführt. Borde 10 und 11 an den Innenringen 4, 5 begrenzen die Beweglichkeit der Kegelrollen 8, 9 in axiale Richtung a.
  • Während der Bord 11 des Innenrings 5 klassisch als fester Bord am Innenring 5 angeformt ist, gilt dies nicht für den Bord 10 am Innenring 4. Dieser Bord ist als verstellbarer Bord ausgeführt, d. h. er kann in axiale Richtung auf dem Innenring 4 verstellt werden.
  • Hierzu weist der ringförmige Bord 10 ein Gewinde 12 auf, genauso wie der Lagerinnenring 4, d. h. der Bord 10 kann auf den Innenring 4 aufgeschraubt werden. In dem Maße, wie der Bord 10 gedreht wird, verschiebt er sich infolge des Gewindes 12 folglich in axiale Richtung relativ zum Innenring 4.
  • Demgemäß ergibt sich die Möglichkeit, nach Montage der dargestellten Lageranordnung 1 den verstellbaren Bord 10 durch Verschraubung so weit auf dem Innenring 4 axial zu verschieben, dass sich in der Lageranordnung eine gewünschte Vorspannung ergibt. Dies kann erst zu dem Zeitpunkt erfolgen, zu dem bereits die Wellenmutter 19 auf die Welle 21 aufgeschraubt und festgezogen ist, d. h. wenn die Lagerinnenringe 4, 5 fest auf der Welle 21 montiert sind. Das Einstellen der Vorspannung kann daher unabhängig von der Montage und Festlegung der Lagerinnenringe 4, 5 auf der Welle 21 erfolgen.
  • Durch Drehen des verstellbaren Bords 10 wird dann also die gewünschte Vorspannung eingestellt, was vorteilhaft, wie gesagt, unabhängig von dem Anziehen der Wellenmutter 19 erfolgen kann. Ist die gewünschte Endlage des Bords 10 auf dem Innenring 4 erreicht, kann diese durch Mittel 15 fixiert werden, mit denen eine axiale Festlegung des Bords 10 auf dem Innenring 4 möglich ist. In 1 sind hierbei Schrauben angedeutet, die radial ausgerichtet sind und angezogen werden, wenn der Bord 10 auf dem Innenring 4 festgelegt werden soll.
  • Eine hierzu alternative Lösung ist im Detail in 2 zu sehen. Der verstellbare Bord 10 ist hier wieder mit dem Gewinde 12 versehen, genauso wie der Innenring 4. Demgemäß kann der Bord 10 auf dem Innenring 4 aufgeschraubt werden, wodurch er sich in axiale Richtung a relativ zum Innenring 4 bewegt.
  • Neben dem Gewinde 12 befindet sich im Innenring 4 auch noch an einer Umfangsstelle mindestens eine sich in axiale Richtung a erstreckende Nut 16.
  • Der verstellbare Bord 10 weist eine zylindrische Sitzfläche 13 auf, die mit einer Gegensitzfläche 14 am Außenumfang des Innenrings 4 korrespondiert.
  • Zwischen der Sitzfläche 13 und der Gegensitzfläche 14 liegt eine eng tolerierte Spielpassung vor.
  • Während der den Wälzkörpern 8 zugewandte axiale Endbereich 17 des Bords 10 – genauso wie die zylindrische Sitzfläche 13 – induktionsgehärtet ist, ist der axiale Endbereich 18, der von den Wälzkörpern 8 abgewandt ist, nicht gehärtet.
  • Das eröffnet die Möglichkeit, dass nach der Einstellung der gewünschten Vorspannung beispielsweise mittels eines Hammers auf den nicht gehärteten Endbereich 18 geschlagen wird. Das nicht gehärtete Material in diesem Abschnitt des Bords 10 ist leicht plastisch deformierbar und legt sich in der Nut 16 an. Somit ist ein weiteres Verdrehen des Bords 10 relativ zum Innenring 4 nicht mehr möglich und der Bord 10 am Innenring 4 festgelegt.
  • In 3 ist eine zu 1 alternative Lösung zu sehen. Erwähnenswert ist hier zunächst, dass der Lageraußenring 6, 7 beider Kegelrollenlager 2, 3 einstückig ausgebildet ist. Die beiden Lagerinnenringe 4, 5 werden durch einen Clip-Ring 20 axial zusammengehalten, so dass eine Lagereinheit entsteht.
  • Die in 3 eingetragenen Verspannkreise A und B sind voneinander getrennt, so dass es möglich ist, zunächst die Innenringe 4 und 5 zu klemmen, was durch Anziehen der Wellenmutter 19 erfolgt. Dies erfolgt mit der hier üblichen und nötigen hohen Klemmkraft. Anschließend wird die eigentliche Lagervorspannung über den verstellbaren Bord 10 (Führungsbordring) sehr genau eingestellt und das Gewinde 12 (d. h. die Gewinde-Mutter-Anordnung) gesichert.
  • Die Kräfte, die über den verstellbaren Bord 10 einzuleiten nötig sind, um eine gewünschte Rollenvorspannung zu erzielen, sind zumeist um etwa eine Zehnerpotenz niedriger als die Kräfte, die benötigt werden, um die Innenringe 4, 5 zu verspannen. Dies erlaubt eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung: Hiernach kann insbesondere bei großen Lagereinheiten beispielsweise mittels eines Servomotors der mit dem Gewinde 12 versehene Bord 10 je nach Betriebszustand (aktiv) axial so eingestellt werden, dass stets die optimale Vorspannung in der Lagereinheit herrscht.
  • Aus 3 ist noch folgendes ersichtlich: Wie erwähnt, sind hier mittels des Clip-Rings 20 die beiden Innenringe 4 und 5 zusammengehalten, so dass sich eine Lagereinheit ergibt, beispielsweise in Form einer Truck Hub Unit. Hier kann über den verschieblichen Bord 10 leicht eine gewünschte Vorspannung so eingestellt werden, dass während des Transports der Lageranordnung möglicherweise auftretende Erschütterungen nicht zu Laufbahnschäden durch „Rollenschläge“ führen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Lageranordnung
    2
    Wälzlager
    3
    Wälzlager
    4
    Innenring
    5
    Innenring
    6
    Außenring
    7
    Außenring
    8
    Wälzkörper
    9
    Wälzkörper
    10
    verstellbarer Bord
    11
    fester Bord
    12
    Gewinde
    13
    zylindrische Sitzfläche
    14
    Gegensitzfläche
    15
    Mittel zum axialen Festlegen
    16
    Nut
    17
    gehärteter axialer Endbereich
    18
    nicht gehärteter axialer Endbereich
    19
    Wellenmutter
    20
    Clip-Ring
    21
    Welle
    a
    axiale Richtung
    A
    Verspannkreis
    B
    Verspannkreis

Claims (10)

  1. Lageranordnung (1), umfassend zwei Wälzlager (2, 3) mit jeweils einem Innenring (4, 5) und einem Außenring (6, 7) sowie zwischen den Lagerringen angeordneten Wälzkörpern (8, 9), wobei die beiden Wälzlager (2, 3) durch relative Verschiebung der Innenringe (4, 5) und/oder der Außenringe (6, 7) in axiale Richtung (a) vorgespannt werden können, wobei an den Innenringen (4, 5) und/oder an den Außenringen (6, 7) Borde (10, 11) angeordnet sind, die einen axialen Anschlag für die Wälzkörper (8, 9) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Borde (10) relativ zu dem diesen tragenden Lagerring (4) in axiale Richtung (a) verstellbar auf dem Lagerring (4) angeordnet ist.
  2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Bord (10) sowie der Lagerring (4) mit einem Gewinde (12) versehen sind, so dass der Bord (10) durch Verdrehen in axiale Richtung (a) relativ zum Lagerring (4) verstellbar ist.
  3. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wälzlager (2, 3) Kegelrollenlager sind.
  4. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Borde (10, 11) an den Innenringen (4, 5) angeordnet sind.
  5. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Bord (10) eine zylindrische Sitzfläche (13) aufweist, die mit einer vorzugsweise engen Spielpassung zu einer Gegensitzfläche (14) am Lagerring (4) toleriert ist.
  6. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Bord (10) sowie der diesen tragende Lagerring (4) Mittel (15) aufweisen, mit denen der Bord (10) axial unverstellbar am Lagerring (4) festgelegt werden kann.
  7. Lageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (15) zum axial unverstellbaren Festlegen mindestens eine sich in axiale Richtung (a) ersteckende Nut (16) umfassen, die in zumindest einen Abschnitt der Sitzfläche für den verschieblichen Bord (10) in den Lagerring (4) eingearbeitet ist.
  8. Lageranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Bord (10) einen den Wälzkörpern (8) zugewandten gehärteten axialen Endbereich (17) aufweist sowie einen von den Wälzkörpern (8) abgewandten nicht gehärteten axialen Endbereich (18).
  9. Lageranordnung nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Sitzfläche (13) des Bordes (10) und/oder der gehärtete axiale Endbereich (17) des Bordes (10) mit einer Induktivhärtung versehen sind.
  10. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Bord (10) mit einem Antriebsmittel, insbesondere mit einem Motor, in Verbindung steht, mit dem der Bord (10) relativ zum Lagerring (4) verdreht werden kann.
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