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Die vorliegende Erfindung betrifft Wälzlager, insbesondere eine Lagerringanordnung für ein Wälzlager, umfassend wenigstens einen Lagerring, wobei an wenigstens einer Stirnseite des Lagerrings ein separater Bordring vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung der Lagerringanordnung.
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Seitliche Borde eines Lagerrings für ein Wälzlager dienen üblicherweise einer axialen Wälzkörperführung auf einer Laufbahn des Lagerrings. Bei einem außenbordgeführten Lagerkäfig dienen die Führungsborde zusätzlich auch der Lagerkäfigführung. Die Herstellung eines Lagerrings mit einstückig integrierten Führungsborden bedingt allerdings erhebliche (Kosten-)Nachteile. So muss für die Borde von einem Lagerring-Rohling mit einer um eine Bordhöhe vergrößerten Ring- bzw. Wandstärke ausgegangen werden. Weiterhin erfordert ein Schleifen der Wälzkörperlaufbahn zwischen den Führungsborden entsprechende Freistiche zu den Borden hin. Eine Anlagefläche für Wälzkörper am Bord muss im Normalfall ebenfalls geschliffen werden – und zwar in axialer Richtung. Dies bedeutet, dass eine Schleifmaschine nicht nur zur radialen Bearbeitung des Lagerring-Rohlings benötigt wird, sondern gleichzeitig auch eine Schleiffunktion in axialer Richtung aufweisen sollte, sofern man nicht auf zwei Schleifmaschinen ausweichen will.
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Bei vielen Wälzlagern wird der Lagerkäfig auf einer Schulterfläche des Bordes geführt. Dies verlangt eine entsprechende Oberflächenqualität und bedingt normalerweise auch das Schleifen dieser Schulterfläche mit den entsprechenden Kosten.
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Es ist hiermit offensichtlich, dass Lagerringe, wie insbesondere Lageraußenringe, mit einstückig integrierten Borden wesentlich höhere Herstellkosten aufweisen als glatte Ringe, bei denen Rollen- und Käfigführung anderweitig ausgeführt sind.
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Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes und flexibleres Konzept für eine Lagerringanordnung mit Führungsborden bereitzustellen.
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Es ist bekannt, Dichtscheiben mit Hilfe von Leichtmetallringen mit einer größeren thermischen Ausdehnung in Wälzlageraußenringen aus Stahl zu befestigen, wobei eine radiale Ausdehnung der Dichtscheiben bzw. von zugeordneten Halteringen über eine konische Ebene in eine axiale Haltekraft umgewandelt wird. Es ist eine Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, sich dieses Prinzip auch zur Lösung der oben gestellten Aufgabe nutzbar zu machen. Das bedeutet, dass gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ein Lagerring mit wenigstens einem separaten Führungsbord bereitgestellt wird, wobei der separate Bord durch ein Halteelement, beispielsweise in Form eines Halterings, in einem dafür ausgebildeten Halteabschnitt des Lagerrings gehalten wird. Lagerring, Bord und Halteelement sind dabei separate, d.h. unterschiedliche Bauteile, und können aus demselben oder unterschiedlichen Materialien hergestellt sein.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sehen dazu eine Lagerringanordnung für ein Wälzlager vor, mit einem Lagerring, der eine Lauffläche für Wälzkörper und einen Halteabschnitt aufweist, einem in axialer Richtung die Lauffläche begrenzenden und in dem Halteabschnitt angeordneten separaten Bordring zur Führung der Wälzkörper und/oder zur Führung eines Lagerkäfigs, und einem Halteelement, welches in axialer Richtung in dem Halteabschnitt neben dem Bordring angeordnet ist, um diesen verliersicher in dem Halteabschnitt zu halten. Eine derartige mehrteilige Konstruktion kann kostenmäßige Vorteile im Vergleich zu einem Lagerring mit einstückig integrierten Führungsborden bieten. Des Weiteren besteht eine Möglichkeit, Zusatzfunktionen in den Bordring und/oder seine Befestigung zu integrieren.
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Durch den wenigstens einen separaten Führungsbord, der nun lösbar mit dem Lagerring gekoppelt ist, kann eine Montageabfolge für das Wälzlager verändert werden. Bei einem herkömmlichen Lager mit einstückig integrierten Borden müssen die Wälzkörper von innen in den in den Außenring eingelegten Käfig montiert bzw. eingeschnappt werden.
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Dies beinhaltet einen Käfig, der die Wälzkörper im Bereich des Teilkreises umschließt. Bei erfindungsgemäß lösbaren Führungsborden können die Wälzkörper vom äußeren Durchmesser her in den Lagerkäfig eingelegt und anschließend der Käfig-Wälzkörpersatz seitlich in den Lagerring, wie z. B. ein Lageraußenring, montiert werden.
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Dazu sehen manche Ausführungsbeispiele auch ein Verfahren zum Herstellen einer Lagerringanordnung für ein Wälzlager vor, mit einem Schritt des Bereitstellens eines Lagerrings mit einer Lauffläche für Wälzkörper und mit einem Halteabschnitt und einem nachfolgenden Einbringen eines in axialer Richtung die Lauffläche begrenzenden separaten Bordrings in den Halteabschnitt zur Führung der Wälzkörper und/oder zur Führung eines Lagerkäfigs. Danach wird ein Halteelement, z.B. in Form eines Halterings, in den Halteabschnitt in axialer Richtung neben dem Bordring eingebracht, um diesen verliersicher in dem Halteabschnitt zu halten.
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Vor dem Einbringen des Bordrings und/oder des Halteelements kann der Lagerring gemäß Ausführungsbeispielen ausgedehnt werden, beispielsweise durch Erwärmung. Nach dem Einbringen des Bordrings und/oder des Halteelements wird der Lagerring wieder geschrumpft, z.B. durch Abkühlen des Lagerrings. Gleichmaßen könnten natürlich auch Bordring und/oder das Halteelement temperiert werden. Zum Einbringen derselben können Bordring und/oder das Halteelement beispielsweise durch Abkühlung geschrumpft werden, um danach durch Erwärmen wieder ausgedehnt zu werden. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann der Halte- bzw. Befestigungsring auch mit einer leichten Überdeckung bzw. Überlappung gegenüber dem Lagerring in dessen Halteabschnitt eingeschnappt werden, sodass hier demzufolge kein Ausdehnen (z. B. durch Erwärmen) bzw. Schrumpfen (z. B. durch Abkühlen) des Lagerrings notwendig ist.
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Nach dem Bereitstellen des Lagerrings kann ein vormontierter Lagerkäfig-Wälzkörpersatz aus einer Montageposition auf oder in den Lagerring geschoben werden und danach an einer der Montageposition zugewandten Stirnseite des Lagerrings der separate Bordring und der Haltering montiert werden.
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Durch Ausführungsbeispiele wird es möglich, einen Lagerkäfig zu verwenden, der die Wälzkörper (z. B. Rollen) unterhalb des Lagerteilkreises führt und hält, und im Bereich des Teilkreises kein Material zwischen den Wälzkörpern benötigt. Auf diese Weise erhält man die Möglichkeit, das Lager vollrollig zu konstruieren und somit dessen Tragfähigkeit erheblich zu steigern.
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Bei Ausführungsbeispielen weist der Halteabschnitt des Lagerrings eine axial neben der Lauffläche ringförmig umlaufende Ausnehmung bzw. Auskragung mit einer konisch geformten Halte- bzw. Flankenfläche auf, wobei ein stirnseitiger Durchmesser der ringförmigen Ausnehmung bzw. Auskragung kleiner ist als deren laufflächenseitiger Durchmesser. Eine derartige Auskragung kann sowohl auf beiden Seiten der Lauffläche verlaufen, als auch nur auf einer Seite. Gemäß einem Ausführungsbeispiel verläuft die Ausnehmung auf einer einer Montageposition zugewandten Außenseite des Lagerrings, der insbesondere als Lageraußenring ausgebildet sein kann.
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Ein Durchmesser der ringförmig umlaufenden Ausnehmung bzw. Auskragung kann bezüglich der axialen Richtung an einen dazu korrespondierenden Durchmesser des Bordrings und des Halteelements derart angepasst sein, dass eine formschlüssige Halterung des Bordrings und des Halteelements durch die ringförmig umlaufende Ausnehmung ermöglicht wird. Durch die umlaufende Ausnehmung ist eine besonders einfache Halterung des Halteelements und damit auch des Bordrings möglich. Die Anordnung bezüglich der axialen Richtung ist derart gewählt, dass der separate Bordring zwischen einer Anlagefläche des Lagerrings und dem Halteelement angeordnet ist. So ergibt sich ein kompakt aufgebauter Lagerring, der mit einem separaten Bordring versehen werden kann. Dabei meint separat, dass Lagerring und Bordring nicht einstückig, sondern mehrstückig ausgebildet sind.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die ringförmig umlaufende Ausnehmung bzw. Auskragung einen bezüglich der axialen Richtung außen liegenden Abschnitt mit sich nach außen veränderndem Durchmesser auf. Ein als Haltering ausgebildetes Halteelement weist dann einen sich dazu nach außen korrespondierend verändernden Durchmesser auf. Insbesondere kann sich der Durchmesser der Auskragung bezüglich der radialen Richtung nach außen hin verjüngen, so dass eine verliersichere Halterung des Halterings innerhalb der Auskragung auf einfache Weise gewährleistet ist. Der Neigungswinkel einer durch die Änderung des Durchmessers entstehenden Flankenfläche der Auskragung weist in bevorzugter Weise einen Neigungswinkel bezüglich der axialen Richtung von weniger als 15° auf. Derartig ist die Anordnung besonders stabil ausführbar. Zudem lässt sich die Auskragung in der gewählten Art auf einfache Weise am Lagerring erzeugen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Durchmesser der Auskragung derart gewählt, dass durch Temperaturänderung der Auskragung eine derartige Änderung des Durchmessers erzeugbar ist, dass der Haltering über einen bezüglich der axialen Richtung außen liegenden Durchmesser der Auskragung führbar ist. Dies ist insbesondere auf einfache Weise möglich, wenn der Neigungswinkel der Flankenfläche weniger als 15° beträgt. Ein derartig ausgebildeter Lagerring bietet erhebliche Vorteile bezüglich der Montage des separaten Bordrings. Dabei kann die Auskragung beispielsweise erwärmt werden, wodurch sich ihr Durchmesser aufgrund der Ausdehnung des Materials bei steigender Temperatur weitet. Durch die vorteilhafte Auswahl der Durchmesser, also des maximalen und des minimalen Innendurchmessers in Relation, weitet sich die Auskragung durch die entsprechend gewählte Temperaturerhöhung derart, dass sich sowohl der Bordring als auch der Haltering mit seinem jeweiligen maximalen Außendurchmesser ohne Kraftaufwand über den minimalen Innendurchmesser der Auskragung schieben lässt. Der maximale Innendurchmesser und der minimale Innendurchmesser der Auskragung sind bevorzugt derart dimensioniert, dass durch die Wärmeausdehnung bei Temperaturerhöhung der Auskragung der minimale Innendurchmesser grösser als der maximale Innendurchmesser bei Raumtemperatur ist. Nach Abkühlung der Auskragung bzw. des gesamten Lagerrings hintergreift der minimale Innendurchmesser der Auskragung den maximalen Außendurchmesser des Halterings, so dass ein formschlüssiger Wirkkontakt zwischen Auskragung und Haltering vorliegt. Dabei kommen die durch den sich bezüglich der axialen Richtung ändernden Durchmesser entstehenden Flankenflächen an Auskragung und Halteelement in Wirkeingriff, sodass zu einem der Bordring am Lagerring fixiert wird und gleichzeitig auch die verliersichere Halterung des Halterings gewährleistet ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Haltering aus einem Material ausgeführt, das einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als ein Material der Auskragung bzw. des Lagerrings aufweist. Dies hat den Vorteil, dass bei Betriebstemperatur des Lagerrings in einem Wälzlager eine wärmebedingte Ausdehnung des Halterings im Vergleich zur wärmebedingten Ausdehnung der Auskragung grösser ist. Bei Betrieb des Wälzlagers wird folglich der Wirkkontakt zwischen dem Halteelement und der Auskragung noch intensiviert, so dass die Halterung des Bordrings verstärkt wird. Zusätzlich ergibt sich ein Versteifungseffekt des Bordrings bei Betrieb des Wälzlagers. Dieser ist somit besonders dünn und damit gewichtsoptimiert und platzsparend ausführbar.
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Eine normale Wandstärke eines herkömmlichen, einstückig integrierten Bordes liegt bei Außendurchmessern eines Außenringes von ca. 40 bis ca. 150 mm bei 2,5 bis 2,75 mm. Bei Ausführungsbeispielen sollte die gemeinsame Stärke von Bordring plus Haltering abhängig von den verwendeten Werkstoffen ca. 2 mm und weniger betragen, sodass der separate Bordring und der Haltering gemäß Ausführungsbeispielen zusammen eine axiale Erstreckung von 1 mm bis 2 mm aufweisen.
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In der Funktion als axiale Führung der Wälzkörper kann der separate Bordring aus Stahl, Leichtmetall (z.B. Aluminium), Titan oder aus Polymer gefertigt sein. In der Version aus Stahl ist eine axiale Führungsfläche des Bordrings vorzugsweise geschliffen ausgebildet. Alternativ ist es hier möglich, eine gleitgeschliffene Variante zu wählen. Damit ist eine besonders gute Oberflächenqualität erzielbar. Zur Reibungsverminderung kann auch ein BVF-Verfahren (sanftes Strahlen plus Gleitschleifen) angewandt werden. In der Version aus Leichtmetall ist die Bordfläche vorzugsweise beschichtet, bei Titanlegierungen ist vorzugsweise eine DLC-(Diamond like Carbon)-Beschichtung vorzusehen. In der Version aus Kunststoff sollte ein hochfestes und temperaturbeständiges Polymer, vorzugsweise mit reibungsvermindernden Additiven gewählt werden; als Beispiel kommt ein PEEK-(Polyetheretherketon)-Werkstoff (z. B. Victrex 450FC30) in Frage.
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Bei radial belasteten Lagern, wie z. B. Zylinderrollenlagern, kann durch eine äußere Belastung, z. B. asymmetrischer Lastangriff oder Schiefstellung durch hohe Kräfte, ein sogenanntes "Schränken" der Rollen auftreten. Hierbei tritt zwischen Rollenlängsachse und Lagerrotationsachse ein Winkel auf. Eine verbesserte Rollenführung durch wenigstens einen elastisch gestalteten Bordring kann dieses Schränken vermindern oder vermeiden. Hierzu kann der Bordring oder seine Befestigung gemäß Ausführungsbeispielen federnd gestaltet werden. Dies kann beispielsweise durch separate Federelemente erreicht werden oder aber durch konstruktive Ausführung des Ringes. Gemäß manchen Ausführungsbeispielen ist der separate Bordring und/oder seine Befestigung in axialer Richtung elastisch ausgebildet. Beispielsweise kann dazu der separate Bordring eine Verjüngung in seinem Querschnitt durch eine Ebene, welche durch die Rotationsachse des Lagerrings verläuft, aufweisen. Hierdurch ist es möglich, eine leichte axiale Vorspannung für die Rollen zu erzeugen und damit eine bessere Führung.
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Um eine bessere Lagerkäfigführung zu erreichen, wie sie für geschlitzte oder geteilte Lagerkäfige z. B. vorteilhaft sein könnte, ist eine entsprechende konstruktive Ausführung des Bordrings möglich, die einen Lagerkäfigseitenring beispielsweise U-förmig (mit geringem Spiel) umschließt. Mit anderen Worten kann der separate Bordring auf einer der Lauffläche zugewandten Seite eine U-förmige Ausnehmung zur Führung eines Seitenrings des Lagerkäfigs aufweisen.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele.
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Zusammenfassend sehen Ausführungsbeispiele einen Lagerring mit wenigstens einem separaten Bordring vor. Der wenigstens eine Bordring kann vorzugsweise mittels eines Halterings, der mit dem Lagerring über konische Flächen gekoppelt ist, axial festgehalten werden. Ein derart befestigter Bordring kann sowohl Rollenführungs- als auch Käfigführungsaufgaben übernehmen. Das erfindungsgemäße Konzept bietet kostenmäßige Vorteile im Vergleich zu einem herkömmlichen Lagerring mit integrierten Borden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, weitere vorteilhafte Zusatzfunktionen in einen separaten Bordring und seine Befestigung zu integrieren.
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Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend lediglich exemplarisch bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht eines Wälzlagers mit einer Lagerringanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 eine Schnittansicht eines Wälzlagers mit einer Lagerringanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
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3 eine Schnittansicht eines Wälzlagers mit einer Lagerringanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Die 1 zeigt eine Schnittansicht eines Wälzlagers 100 mit einer Lagerringanordnung 110 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die Lagerringanordnung 110 umfasst einen Lagerring 111, welcher eine Lauffläche 112 für Wälzkörper 113 und einen Halteabschnitt 114 aufweist. Lediglich exemplarisch ist der Lagerring 111 als Lageraußenring ausgebildet. Bei anderen Ausführungsbeispielen könnte es sich aber auch um einen Lagerinnenring handeln. Des Weiteren weist die Lagerringanordnung 110 einen in axialer Richtung (d.h. in Richtung der Lagerrotationsachse 115) die Lauffläche 112 begrenzenden und in dem Halteabschnitt 114 angeordneten separaten Bordring 116 zur Führung der Wälzkörper 113 und/oder zur Führung eines Lagerkäfigs 117 auf. Ferner ist ein Halteelement 118 vorgesehen, welches in axialer Richtung in dem Halteabschnitt 114 neben dem Bordring 116 angeordnet ist, um diesen verliersicher in dem Halteabschnitt 114 des Lagerrings 111 zu halten. Bei dem Halteelement kann es sich beispielsweise um einen zumindest abschnittsweise ringförmiges Halteelement, wie z. B. einen Haltering, handeln.
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Obwohl die Lagerringanordnung 110 im dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich einen axial außen liegenden separaten Bordring 116 aufweist, wohingegen axial innenliegend ein einstückig mit dem Lageraußenring integrierter Führungsbord 119 vorgesehen ist, können andere Ausführungsbeispiele auch an beiden axialen Stirnflächen separate Bordringe 116, Halteabschnitte 114 und Halteelemente 118 vorsehen.
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Der Halteabschnitt 114 des Lagerrings 111 weist eine umlaufende Kante bzw. Auskragung 120 auf, welche bezüglich der axialen Richtung einen sich ändernden Innendurchmesser aufweist. Der Innendurchmesser ist dabei im axial äußeren Bereich kleiner als im inneren Bereich der Auskragung 120, sodass eine Flankenfläche entsteht, die radial bzw. ringförmig umläuft. Der Halteabschnitt 114 weist also eine axial neben der Lauffläche 112 ringförmig umlaufende Auskragung bzw. Ausnehmung 120 mit einer konisch geformten Flanken- bzw. Haltefläche auf, wobei ein stirnseitiger Durchmesser der ringförmigen Ausnehmung 120 kleiner ist als deren laufflächenseitiger Durchmesser. Der separate Bordring 116 liegt im Bereich des maximalen Innendurchmessers der Auskragung 120 an einer seitlichen Anlagefläche 121 der Lauffläche 112 an. Der Außendurchmesser des Halterings 118 ist dem Innendurchmesser der Auskragung 120 im axial äußeren Bereich angepasst, verjüngt sich also axial nach außen. Der Außendurchmesser des Halterings 118 ist folglich bezüglich der axialen Richtung an der dem separaten Bordring 116 zugewandten Seite am größten.
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Der Haltering 118 ist durch das Zusammenwirken der Flankenfläche der Auskragung 120 mit seiner radial außen liegenden Fläche verliersicher in der Auskragung 120 gehaltert, da der maximale Außendurchmesser des Halterings 118 und der minimale Innendurchmesser der Auskragung 120 einander hintergreifen. Durch die Flankenfläche wird der Haltering 118 in Richtung des separaten Bordrings 116 gedrückt, welcher somit am Lageraußenring 111 fixiert wird. Der separate Bordring 116 wird durch die Fixierung mittels des Halterings 118 stabilisiert, so dass er besonders dünn und damit platzsparend ausführbar ist. Der separate Bordring 116 und der Haltering 118 weisen zusammen gemäß Ausführungsbeispielen eine axiale Erstreckung von lediglich 1 mm bis 2 mm auf. Ein Innendurchmesser des separaten Führungsbordrings 116 kann derart gewählt werden, dass er sich in radial nach innen bis hin zu einem Seitenring des Lagerkäfig 117 erstreckt.
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Die Auskragung 120 lässt sich beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung des Lagerrings 111 erzeugen, wobei ein Teil des Lagerrings 111 entfernt wird. Bei der Bearbeitung lässt sich in einem Arbeitsgang die Flankenfläche erzeugen, die zur Fixierung des Halterings 118 dient. Die Flankenfläche weist gegenüber der axialen Richtung bevorzugt eine Neigung von weniger als 15° auf, besonders bevorzugt eine Neigung von 8°. Dies entspricht einer Neigung von mehr als 75° bzw. 82° bezüglich der radialen Richtung. Bei der Wahl der Neigung ist einerseits die Verliersicherheit des Halterings 118 zu gewährleisten und andererseits eine möglichst hohe Stabilität der Auskragung 120 in deren axialen Außenbereich zu beachten.
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Im Innenbereich kann die Auskragung 120 eine Anlagefläche 121 aufweisen, an der der separate Bordring 116 mit einer entsprechenden Kontaktfläche anliegt. Durch diese Ausgestaltung der Auskragung 120 kann der separate Bordring 116 durch den Haltering 118 sicher fixiert werden. Ein Verrutschen oder Verkanten des separaten Bordrings 116 bei der Montage des Wälzlagers 100 wird verhindert. Die axiale Länge der Auskragung 120 ist bei Ausführungsbeispielen größer als oder gleich der Breite des Bordrings 116, welcher breiter als der Haltering 118 ausgeführt sein kann.
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Der Haltering 118 kann beispielsweise gesprengt ausgeführt sein, damit er durch kurzzeitige elastische Verformung in die Auskragung 120 einlegbar ist. Die Fixierung erfolgt in diesem Fall hauptsächlich über die Federkraft des gesprengten Halterings 118. Zur Montage ist zunächst der separate Bordring 116 innerhalb der Auskragung 120 zu platzieren und dann mittels des Halterings 118 zu fixieren.
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In einer anderen Ausführungsform des Befestigungsmechanismus lässt sich auch ein nicht gesprengter Haltering 118 verwenden, der also radial vollständig geschlossen umläuft. Um diesen ohne Kraftaufwand in der jeweiligen Auskragung 120 montieren zu können, kann der Durchmesserunterschied zwischen dem kleinsten und dem größten Durchmesser der sich nach außen verjüngenden Auskragung 120 derart gewählt werden, dass er durch Erwärmung des jeweiligen Außen- bzw. Innenrings des Wälzlagers 100 soweit vergrößert werden kann, dass der entsprechende Haltering 118 durch den kleinsten Durchmesser passt. Dadurch lässt sich der Haltering 118 ohne Kraftaufwand am erwärmten und damit ausgedehnten Lagerring 111 montieren. Daraufhin wird der Lagerring 111 wieder abgekühlt. Der sich dann verkleinernde Durchmesser der Auskragung 120 tritt in formschlüssigen Kontakt mit dem entsprechend ausgebildeten Haltering 118, so dass eine stabile Halterung des Halterings 118 und damit auch des separaten Bordrings 116 möglich ist. In dieser Ausführungsform ist der Haltering 118 besonders stabil ausgebildet und ermöglicht eine stabile Fixierung des separaten Bordrings 116. Vermittels der beschriebenen Temperierung des Lagerrings 111 kann natürlich ebenfalls der separate Bordring 116 in die Auskragung eingebracht werden. Zusätzlich oder alternativ zur Temperierung (Erwärmung, Abkühlung) des Lagerrings 111 können auch die Ringe 116, 118 entgegengesetzt temperiert werden, um diese in der Auskragung 120 zu platzieren.
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Der Haltering 118 ist bevorzugt aus einem Werkstoff ausgeführt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient des jeweils haltenden Lagerrings 111 bzw. der Auskragung 120 ist. Dies kann beispielsweise Aluminium oder Titan sein. Sobald das Lager 100 seine Betriebstemperatur erreicht, die im Allgemeinen oberhalb der Montagetemperatur des Lagers 100 liegt, dehnen sich der haltende Lagerring 111 und der Haltering 118 aus. Die Ausdehnung des Halterings 118 übersteigt jedoch die des Lagerrings 111 aufgrund des höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten. Dadurch wird die Haltekraft des Halterings 118 am Lagerring 111 bei Betrieb des Lagers 100 zusätzlich erhöht, was eine zusätzliche Versteifung des montierten Bordrings 116 zur Folge hat.
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Zur Montage des Bordrings 116 am Lagerring 111 ist also zunächst die Auskragung 120 zu erzeugen. Dies kann beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung geschehen. In einem weiteren Verfahrensschritt kann der Lagerring 111 derart erwärmt werden, dass sich der Bordring 116 und der Haltering 118 innerhalb der Auskragung 120 einlegen lassen. Nach Einlegen des Bordrings 116 und des Halterings 118 kann der Lagerring 111 wieder abgekühlt werden, wodurch sich ein stabiler formschlüssiger Kraftschluss des Halterings 118 mit der Auskragung 120 ergibt, so dass der Bordring 116 fest am Lagerring 111 gehaltert ist.
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Bei radial belasteten Lagern, wie z.B. Zylinderrollenlagern, kann durch eine äußere Belastung, z. B. asymmetrischer Lastangriff oder Schiefstellung durch hohe Kräfte, ein "Schränken" der Rollen 113 auftreten. Hierbei tritt zwischen Rollenlängsachse und Lagerachse 115 ein Winkel auf. Die 2 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, mit dem eine verbesserte Rollenführung durch einen in axialer Richtung elastisch ausgebildeten separaten Bordring 216 ermöglicht wird. Dadurch kann das beschriebene Schränken vermieden oder zumindest vermindert werden. Die 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 1 lediglich durch den axial federnd gestalteten Bordring 216, welcher dazu eine axiale Verjüngung 222 in seinem Querschnitt parallel zur Rotationsachse 115 des Lagerrings 111 aufweist (siehe 2 unten). Aufgrund des, im Vergleich zu radial darüber und darunter befindlichen Bereichen, axial schmaler gestalteten Mittelstegs 223 des Bordrings 216, ergibt sich eine Elastizität des separaten Bordrings 216 in axialer Richtung, sodass dieser bei einer asymmetrischen Belastung des Lagers 100 bzw. der Rollen 113 axial nach außen nachgeben kann. D.h., durch eine Verjüngung im Querschnitt des Bordringes 216 kann z.B. ein federndes Verhalten der Bordfläche erzielt werden. Hierdurch ist es möglich, eine leichte axiale Vorspannung für die Rollen 113 zu erzeugen und damit eine bessere Führung. Um auch die außenbordführende Funktion für den Lagerkäfig 117 übernehmen zu können, sollte die radial innenliegende Bord-Käfig-Kontaktfläche bzw. Schulterfläche 224 des Bordrings 216 axial entsprechend breit ausgeführt werden, d.h., sie sollte möglichst eine axiale Erstreckung entsprechend der axialen Erstreckung des Käfigseitenrings aufweisen. In einer Stahlversion des separaten Bordrings 216 wäre eine gleitgeschliffene Bord-Käfig-Kontaktfläche 224 auf Grund ihrer hohen Oberflächengüte besonders geeignet. Für eine Leichtmetallversion des separaten Bordrings 216 wäre jeweils eine beschichtete Rollenführungs- und Bord-Käfig-Kontaktfläche 224 vorteilhaft. In der Version aus Kunststoff sollte ein hochfestes und temperaturbeständiges Polymer, vorzugsweise mit reibungsvermindernden Additiven gewählt werden. Als Beispiel kommt beispielsweise der PEEK-Werkstoff Victrex 450FC30 in Frage.
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Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, um eine bessere Käfigführung zu erreichen, wie sie beispielsweise für geschlitzte oder geteilte Käfige vorteilhaft sein kann.
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Dazu ist eine entsprechende konstruktive Ausführung eines separaten Bordrings 316 möglich, die den Käfigseitenring 117 U-förmig und vorzugsweise mit geringem Spiel umschließt. Bei manchen Ausführungsbeispielen weist der separate Bordring 316 also auf einer der Lauffläche 112 zugewandten Seite eine Ausnehmung 322 zur Führung eines Seitenrings des Lagerkäfigs 117 auf. In diesem Fall erstreckt sich der separate Bordring 316 in radialer Richtung von der Flankenfläche der Auskragung 120 bis unterhalb des zu führenden Käfigseitenrings, wobei sich die Ausnehmung 322 auf radialer Höhe des Seitenrings befindet.
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Durch das hier vorgestellte Konzept mit separaten Führungsborden, die nun lösbar mit einem Außenring verbunden werden, kann eine Montageabfolge für das Lager 100 verändert werden. Bei einem herkömmlichen Lager mit festen Führungsborden werden die Rollen von innen in den in den Außenring eingelegten Käfig montiert bzw. eingeschnappt, wobei der Käfig die Rollen im Bereich des Teilkreises umschließt.
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Wie es in der 3 (unten) angedeutet ist, können bei den lösbaren Führungsborden die Rollen 113 hingegen vom äußeren Durchmesser her in den Käfig 117 eingelegt werden und anschließend der Käfig-Rollensatz seitlich in den Außenring 111 montiert werden. Dadurch wird es möglich, einen Käfig 117 zu verwenden, der unterhalb des Lagerteilkreises die Rollen 113 führt und hält und im Bereich des Teilkreises kein Material zwischen den Rollen 113 benötigt. Auf diese Weise erhält man die Möglichkeit, das Lager 100 vollrollig zu konstruieren und somit seine Tragfähigkeit erheblich zu steigern.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränken sich auf die Darstellung eines befestigten separaten Bordrings an einem Zylinderrollenlager mit Innen- und Außenring. Die erfindungsgemäßen Eigenschaften lassen sich jedoch in analoger Weise auf andere Lagerarten, wie z. B. Kugel- oder Kegelrollenlager übertragen. Ebenfalls sind Lager möglich, die nur einen Innenring bzw. nur einen Außenring aufweisen. So könnte beispielsweise der Außenring mit der erfindungsgemäßen Lageranordnung versehen sein und über Wälzkörper direkt auf einem Maschinenbauteil, z. B. einer Welle drehbar gelagert sein. Analoges gilt für einen Innenring. Die Befestigung des Bordrings lässt sich für eine Vielzahl denkbarer Lagergeometrien analog ausführen, wobei ggf. der Bordring und/oder der Halteabschnitt den geometrischen Gegebenheiten anzupassen ist. Besonders vorteilhaft ist stets die kompakte Bauform des Lagerrings mit dem separaten Bordring, der im Vergleich zu einem herkömmlichen Lagerring nicht breiter ausgeführt werden muss. Die Außenmasse des Lagerrings sind trotz des separaten Bordrings vergleichbar ausführbar.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Wälzlager
- 110
- Lagerringanordnung
- 111
- Lagerring
- 112
- Lauffläche
- 113
- Wälzkörper
- 114
- Halteabschnitt
- 115
- Lagerrotationsachse
- 116
- separater Bordring gemäß erstem Ausführungsbeispiel
- 117
- Lagerkäfig
- 118
- Halteelement
- 119
- einstückig integrierter Bord
- 120
- Auskragung
- 121
- Anlagefläche
- 216
- separater Bordring gemäß zweitem Ausführungsbeispiel
- 222
- axiale Verjüngung
- 223
- Mittelsteg
- 224
- Bord-Käfig-Kontaktfläche
- 316
- separater Bordring gemäß drittem Ausführungsbeispiel
- 322
- Ausnehmung
