DE102014209639A1 - bearing arrangement - Google Patents
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- F16C35/04—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings
- F16C35/06—Mounting or dismounting of ball or roller bearings; Fixing them onto shaft or in housing
- F16C35/067—Fixing them in a housing
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1) zur Lagerung eines ersten Maschinenteils (2) in einem zweiten Maschinenteil (3), umfassend ein erstes Wälzlager (4) und ein zweites Wälzlager (5), wobei die beiden Wälzlager (4, 5) unter axialer Vorspannung in der Lageranordnung (1) eingebaut sind, wobei zwischen mindestens einer Stirnseite (6) mindestens eines Ringes (7) eines der Wälzlager (4) und einer axialen Anlagefläche (8) eines der beiden Maschinenteile (3) eine Vorrichtung (9) zur Erzeugung einer axialen Vorspannkraft angeordnet ist. Um die Vorspannung auch bei Temperaturveränderungen aufrechtzuerhalten, sieht die Erfindung vor, dass die Vorrichtung (9) zur Erzeugung einer axialen Vorspannkraft umfasst: einen ersten Spannring (10), der in einem radial innenliegenden Endbereich eine erste Kegelfläche (11) aufweist, wobei der erste Spannring (10) mit der axialen Anlagefläche (8) eines der beiden Maschinenteile (3) direkt oder indirekt in Kontakt steht, einen zweiten Spannring (12), der in einem radial außenliegenden Endbereich eine zweite Kegelfläche (13) aufweist, die kongruent zur ersten Kegelfläche (11) ausgebildet ist, wobei der zweite Spannring (12) mit der Stirnseite (6) eines der Ringe (7) eines der Wälzlager (4) direkt oder indirekt in Kontakt steht, wobei der Wärmeausdehnkoeffizient (α1) des ersten Spannrings (10) kleiner ist als der Wärmeausdehnkoeffizient (α2) des zweiten Spannrings (12).The invention relates to a bearing arrangement (1) for mounting a first machine part (2) in a second machine part (3) comprising a first rolling bearing (4) and a second rolling bearing (5), wherein the two rolling bearings (4, 5) under axial Preload in the bearing assembly (1) are installed, wherein between at least one end face (6) of at least one ring (7) of the rolling bearing (4) and an axial bearing surface (8) of the two machine parts (3) comprises a device (9) for Generation of an axial biasing force is arranged. In order to maintain the prestress even with temperature changes, the invention provides that the device (9) for generating an axial prestressing force comprises: a first clamping ring (10) having a first conical surface (11) in a radially inner end region, the first one Clamping ring (10) with the axial abutment surface (8) of one of the two machine parts (3) is directly or indirectly in contact, a second clamping ring (12) having a second conical surface (13) in a radially outer end region, which is congruent to the first Conical surface (11) is formed, wherein the second clamping ring (12) with the end face (6) of one of the rings (7) of the rolling bearing (4) is directly or indirectly in contact, wherein the coefficient of thermal expansion (α1) of the first clamping ring (10 ) is smaller than the thermal expansion coefficient (α2) of the second clamping ring (12).
Description
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur Lagerung eines ersten Maschinenteils in einem zweiten Maschinenteil, umfassend ein erstes Wälzlager und ein zweites Wälzlager, wobei die beiden Wälzlager axial gegeneinander angestellt sind, insbesondere unter axialer Vorspannung oder axialem Spiel in der Lageranordnung eingebaut sind, wobei zwischen mindestens einer Stirnseite mindestens eines Ringes eines der Wälzlager und einer axialen Anlagefläche eines der beiden Maschinenteile oder eines mit diesen verbundenen Bauteil eine Vorrichtung zur Erzeugung einer axialen Verschiebung, insbesondere zur Erzeugung einer axialen Vorspannkraft, angeordnet ist.The invention relates to a bearing assembly for supporting a first machine part in a second machine part, comprising a first roller bearing and a second rolling bearing, wherein the two rolling bearings are axially against each other, in particular under axial bias or axial play in the bearing assembly are installed, wherein between at least one End side of at least one ring of the rolling bearing and an axial bearing surface of one of the two machine parts or a component connected thereto, a device for generating an axial displacement, in particular for generating an axial biasing force, is arranged.
Vorgespannte Lageranordnungen der genannten Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt und gebräuchlich. Häufig werden zwei Kegelrollenlager (aber beispielsweise auch Schrägkugellager, Axialrollenlager, Axialkugellager) axial gegeneinander verspannt, um eine spielfreie Lagerung beispielsweise einer Welle in einem Gehäuse zu bewerkstelligen. Aus Festigkeits- und Gewichtsgründen bestehen die Lager und namentlich deren Ringe meist aus Stahl, während für das Gehäuse Leichtmetall, insbesondere Aluminium, verwendet wird. Vorgespannte Lageranordnungen werden oft auch bei Einsatz von mehr als zwei Lagerreihen realisiert. Prestressed bearing arrangements of the type mentioned are well known and customary in the prior art. Often two tapered roller bearings (but for example also angular contact ball bearings, thrust roller bearings, thrust ball bearings) axially braced against each other to accomplish a play-free storage, for example, a shaft in a housing. For strength and weight reasons, the bearings and their rings are usually made of steel, while light metal, in particular aluminum, is used for the housing. Pre-stressed bearing arrangements are often realized even when using more than two rows of bearings.
Bei derart angestellten Lagerungen kann es zu "Heißläufern" kommen, wenn sich die eingestellte axiale Vorspannung im Betrieb bei der Erwärmung der Maschinenteile nicht schnell genug reduziert. Es kann weiterhin zu einer ungewollten Geräuschentwicklung kommen, beispielsweise in einer Getriebeanwendung, wenn die eingestellte axiale Vorspannung im Betrieb verloren geht und die Zahnradpaare, die sich auf einer gelagerten Welle befinden, ihren Eingriffspunkt verändern. Im Betrieb der Lageranordnung wird somit dann der optimale Vorspannungsbereich bzw. auch ein möglicher optimaler Lagerluftbereich verlassen, der ansonsten angestrebt wird, um optimale Betriebsbedingungen der Lager sicherzustellen. Die Wärmeentwicklung im Lager und die Lastverteilung in der Lageranordnung bzw. auch ein eventuell vorhandenes axiales Lagerspiel können dann nicht mehr zuverlässig kontrolliert werden. With such employed bearings, it can lead to "hot runners" if the set axial preload does not reduce fast enough during operation when heating the machine parts. It may also lead to unwanted noise, for example, in a gear application, when the set axial bias is lost during operation and the gear pairs, which are located on a supported shaft change their point of engagement. During operation of the bearing arrangement, the optimum preload range or even a possible optimum bearing air area will be left, which is otherwise desired in order to ensure optimum operating conditions of the bearings. The heat development in the bearing and the load distribution in the bearing assembly or any existing axial bearing clearance can then no longer be reliably controlled.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Lageranordnung so fortzubilden, dass sichergestellt ist, dass auch bei Temperaturveränderungen die gewünschte axiale Vorspannung bzw. eine definierte axiale Lagerluft in den Wälzlagern aufrechterhalten bleibt, was insbesondere auch sichergestellt sein soll, wenn das Gehäuse aus einem ersten Material (vor allem Leichtmetall) besteht, während die Lager und namentlich deren Ringe und die Welle aus einem anderen Material (nämlich zumeist aus Stahl) bestehen.The invention has the object of developing a generic bearing assembly so that it is ensured that even with temperature changes, the desired axial preload or a defined axial bearing clearance is maintained in the bearings, which should also be ensured in particular when the housing of a first Material (especially light metal) exists, while the bearings, and especially their rings and the shaft of a different material (namely mostly steel) exist.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzeugung einer axialen Verschiebung, insbesondere einer axialen Vorspannkraft, umfasst:
- – einen ersten Spannring, der in einem radial innenliegenden Endbereich eine erste Kegelfläche aufweist, wobei der erste Spannring mit der axialen Anlagefläche eines der beiden Maschinenteile oder mit der Stirnseite eines der Ringe eines der Wälzlager direkt oder indirekt in Kontakt steht,
- – einen zweiten Spannring, der in einem radial außenliegenden Endbereich eine zweite Kegelfläche aufweist, die kongruent zur ersten Kegelfläche ausgebildet ist, wobei der zweite Spannring mit der Stirnseite eines der Ringe eines der Wälzlager oder mit der axialen Anlagefläche eines der beiden Maschinenteile direkt oder indirekt in Kontakt steht,
- A first clamping ring which has a first conical surface in a radially inward end region, the first clamping ring being in direct or indirect contact with the axial abutment surface of one of the two machine parts or with the end face of one of the rings of one of the rolling bearings;
- - A second clamping ring having a second conical surface in a radially outer end region, which is formed congruent to the first conical surface, wherein the second clamping ring with the end face of one of the rings of the rolling bearing or with the axial bearing surface of one of the two machine parts directly or indirectly in Contact stands,
Von der erwähnten Vorrichtung zur Erzeugung einer axialen Verschiebung, insbesondere einer axialen Vorspannkraft, kann auch mehr als eine zum Einsatz kommen, beispielsweise in der Mitte zwischen zwei Lagern bzw. endseitig im Bereich der Lageranordnung.Of the mentioned device for generating an axial displacement, in particular an axial prestressing force, more than one can also be used, for example in the middle between two bearings or at the end in the region of the bearing arrangement.
Der erste Spannring besteht dabei bevorzugt aus Stahl. Der zweite Spannring besteht bevorzugt aus Nichteisenmetall, Leichtmetall oder aus einer Leichtmetall-Legierung; in Frage kommende und bewährte Materialien sind hierbei insbesondere Bronze, Messing, Kupfer, Aluminium, Zink, Zinn oder Magnesium bzw. Legierungen mit diesen Bestandteilen. The first clamping ring is preferably made of steel. The second clamping ring is preferably made of non-ferrous metal, light metal or a light metal alloy; Eligible and proven materials here are in particular bronze, brass, copper, aluminum, zinc, tin or magnesium or alloys with these components.
Während der äußere Spannring also zumeist aus Stahl besteht (Wärmeausdehnungskoeffizient von ca. α1 = 0,000011 bis 0,000012 1/K), kommt für den inneren Spannring beispielsweise neben Messing, Kupfer, Aluminium, Magnesium oder Bronze (z. B. mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient für spezielle Gussbronze von ca. α2 = 0,0000185 1/K) oder auch Zinn bzw. Zink zum Einsatz.While the outer clamping ring is usually made of steel (coefficient of thermal expansion of approx. Α 1 = 0.000011 to 0.000012 1 / K), the inner clamping ring may contain, for example, brass, copper, aluminum, magnesium or bronze (eg. with a thermal expansion coefficient for special cast bronze of approx. α 2 = 0.0000185 1 / K) or also tin or zinc.
Bevorzugt beträgt die Differenz zwischen den Wärmeausdehnkoeffizienten mindestens 0,000002 1/K.The difference between the thermal expansion coefficients is preferably at least 0.000002 1 / K.
Die erste und die zweite Kegelfläche haben vorzugsweise einen Kegelwinkel zur Achse der Lageranordnung, der zwischen 10° und 75° liegt, bevorzugt zwischen 20° und 65° und besonders bevorzugt zwischen 25° und 60°.The first and second conical surfaces preferably have a cone angle to the axis of the bearing assembly which is between 10 ° and 75 °, preferably between 20 ° and 65 ° and more preferably between 25 ° and 60 °.
Die erste und/oder die zweite Kegelfläche sind bevorzugt mit einer reibungsvermindernden Beschichtung versehen, wobei die reibungsvermindernde Beschichtung insbesondere Polytetrafluoräthylen (PTFE) oder Gleitlack ist oder aufweist. Die erste und/oder die zweite Kegelfläche können auch alternativ oder additiv mit einem Schmiermittel versehen sein. Insofern kann auch ins Auge gefasst werden, dass zur Aufnahme von Schmierstoff in der Oberfläche der Kegelfläche Aufnahmetaschen bzw. Rillen eingearbeitet sind. The first and / or the second conical surface are preferably provided with a friction-reducing coating, wherein the friction-reducing coating is or has in particular polytetrafluoroethylene (PTFE) or bonded coating. The first and / or the second conical surface may also be alternatively or additively provided with a lubricant. In this respect, it can also be envisaged that for receiving lubricant in the surface of the conical surface receiving pockets or grooves are incorporated.
Der erste Spannring kann mit einem Trägerring verbunden sein (dabei ist bevorzugt an eine Verschraubung gedacht), wobei der Trägerring zwischen dem ersten Spannring und der axialen Anlagefläche eines der beiden Maschinenteile angeordnet ist. Zwischen dem ersten Spannring und dem zweiten Spannring können weiterhin Mittel zur Verdrehsicherung um die Achse der Lageranordnung vorhanden sein. Diese Mittel zur Verdrehsicherung werden vorzugsweise durch mindestens einen Bolzen gebildet, der im Trägerring befestigt ist und sich in Richtung der Achse der Lageranordnung erstreckt, wobei der Bolzen in einer Bohrung im zweiten Spannring angeordnet ist, wobei die Bohrung zum Bolzen radiales Spiel aufweist. Die Bohrung kann dabei als Sackbohrung im zweiten Spannring ausgebildet sein. Zwischen dem Trägerring und dem zweiten Spannring kann schließlich eine Transportsicherung und/oder Fertigungsfixierung angeordnet sein; diese besteht vorzugsweise aus mindestens einer Schraube, die den Trägerring und den zweiten Spannring zeitweise zusammenhält.The first clamping ring may be connected to a carrier ring (this is preferably intended to a screw), wherein the support ring between the first clamping ring and the axial bearing surface of one of the two machine parts is arranged. Between the first clamping ring and the second clamping ring, means for securing against rotation about the axis of the bearing arrangement can furthermore be present. These means for preventing rotation are preferably formed by at least one bolt which is fixed in the carrier ring and extending in the direction of the axis of the bearing assembly, wherein the bolt is disposed in a bore in the second clamping ring, wherein the bore to the bolt has radial clearance. The bore can be formed as a blind bore in the second clamping ring. Between the carrier ring and the second clamping ring can finally be arranged a transport lock and / or production fixing; this preferably consists of at least one screw which holds the carrier ring and the second clamping ring temporarily.
Der innenliegende zweite Spannring kann an einer Stirnseite im radial inneren Bereich eine eingedrehte Ringnut aufweisen, um die Planfläche auf diese Weise etwas freizusetzen und Kippmomente zu vermeiden.The inner second clamping ring may have a turned-in annular groove on an end face in the radially inner region in order to release the plane surface somewhat in this way and to avoid tilting moments.
Eine leichtere Formanpassung des radial innenliegenden zweiten Spannrings bei Temperaturveränderungen kann dadurch begünstigt werden, dass der Ring über den Umfang einige (z. B. vier) radial verlaufende Schlitze aufweist, die sich über einen Teil der radialen Ausdehnung des Rings erstrecken.Easier conforming of the radially inner second clamping ring to temperature variations may be facilitated by having the ring circumferentially with some (eg, four) radially extending slots extending over part of the radial extent of the ring.
Die vorgeschlagene Lösung stellt eine gleichmäßige axiale Vorspannung bzw. eine definierte Lagerluft der gegeneinander angestellten Wälzlager sicher. Beim Verbau von Wälzlagern in Gehäusen insbesondere aus Aluminium und Magnesium kann bei Temperaturveränderung, z. B. bei der Erwärumg von 20 °C auf 100 °C, die Lagervorspannung bzw. die Lagerluft möglichst konstant gehalten werden. Demgemäß können „Heißläufer“ vermieden werden, da die einstellte axiale Vorspannung beim Erwärmen der Lageranordnung aufrechterhalten wird. Ebenfalls ist es möglich, ungewollte Geräuschentwicklungen in Getrieben zu vermeiden, da es nicht mehr zu einem ungewollten axialen Lagerspiel kommt, durch welches sich die Zahneingriffspunkt der Zahnräder verändern.The proposed solution ensures a uniform axial preload or a defined internal clearance of the antifriction bearings. When installing rolling bearings in housings, in particular made of aluminum and magnesium can be used in temperature change, for. B. in the warming of 20 ° C to 100 ° C, the bearing preload and the bearing air are kept as constant as possible. Accordingly, "hot runners" can be avoided because the adjusted axial preload is maintained upon heating of the bearing assembly. It is also possible to avoid unwanted noise in gears, since it no longer comes to an unintentional axial bearing clearance, which change the tooth engagement of the gears.
Vorliegend wird von Kegelflächen gesprochen, an denen der erste und der zweite Spannring zusammenwirken. Natürlich ist es auch im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten, wenn die in Rede stehenden Flächen leicht ballig ausgebildet sind und dann nach Art zweier kongruenter Kugelkalotten zusammenwirken.In the present case is spoken of conical surfaces on which the first and the second clamping ring cooperate. Of course, it is also included in the scope of the present invention, when the surfaces in question are slightly convex and then cooperate in the manner of two congruent Kugelkalotten.
Die vorgeschlagene Lösung kann beispielsweise sowohl in Industriegetrieben als auch in Automobilgetrieben für PKW und LKW (dabei auch in Differentialgetrieben) eingesetzt werden.The proposed solution can be used, for example, both in industrial gears and in automobile transmissions for cars and trucks (also in differential gears).
Hierbei ist es sehr vorteilhaft, dass im Betrieb der Lager dauerhaft eine geringe Geräuschentwicklung sichergestellt ist. Dies ist bei manchen Anwendungen besonders wichtig, z. B. bei Betätigungsvorrichtungen von Theaterbühnen.It is very advantageous that during operation of the bearing permanently low noise is ensured. This is particularly important in some applications, e.g. B. in actuators of theaters.
Die vorgeschlagene Idee stellt also auf einen Kegel-Axialscheibenverband ab, der bei der Erwärmung eine axiale Ausdehnung erzeugt. Der innenliegende Ring hat eine größere Wärmeausdehnung als der außenliegende Ring. Eine Übertragung der axialen Kraft ist sichergestellt. The proposed idea is therefore based on a cone Axialscheibenverband, which generates an axial expansion when heated. The inner ring has a greater thermal expansion than the outer ring. Transmission of the axial force is ensured.
Im nicht-eingebauten Zustand liegen die Planflächen der beiden Spannringe mit den Kegelflächen auf einer Ebene, so dass in diesem Zustand keine Änderung der Vorspannung in der Lageranordnung durch die Spannringe gegeben ist. In the non-installed state, the plane surfaces of the two clamping rings lie with the conical surfaces on a plane, so that there is no change in the preload in the bearing assembly through the clamping rings in this state.
Die Anwendung der vorgeschlagenen Lösung erlaubt den Ausgleich der Lagerluft bzw. der Vorspannung durch eine axiale Verschiebung, d. h. bei Temperaturänderungen kommt es zu einer Spaltveränderung (bei einer spielbehafteten Lagerung).The application of the proposed solution allows the compensation of the bearing clearance or the bias by an axial displacement, d. H. with temperature changes, there is a gap change (in a play-bearing).
Als Material für die Spannringe kommen solche Stoffe zum Einsatz, die einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben; bevorzugt liegen auch gute Gleiteigenschaft vor, da die Kegelflächen im Betrieb ja aufeinander gleiten müssen. Auch sind die Druckfestigkeit und die Bearbeitbarkeit relevante Kriterien.As material for the clamping rings such substances are used, which have a different thermal expansion coefficient; Preferably, there are also good sliding properties, since the conical surfaces must indeed slide on each other in operation. Also, compressive strength and machinability are relevant criteria.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawings, embodiments of the invention are shown. Show it:
In
Im Gehäuse
Die Ausgestaltung der besagten Vorrichtung
Hieraus ergibt sich, dass die Vorrichtung
Der erste Spannring
Wesentlich ist, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient α1 des Materials des ersten Spannrings
Zu erwähnen ist noch eine Transportsicherung bzw. Fertigungsfixierung, die durch Schrauben
Die Schrauben
In den
In
Auf der linken Seite wird das Gehäuse
Dargestellt ist in
In
Dargestellt ist in
Gemäß
Dargestellt ist in
Möglich ist es bei allen vorstehenden Lösungen auch, dass der erste Spannring
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Lageranordnung bearing arrangement
- 22
- erstes Maschinenteil (Welle) first machine part (shaft)
- 33
- zweites Maschinenteil (Gehäuse) second machine part (housing)
- 44
- erstes Wälzlager (Kegelrollenlager) first rolling bearing (tapered roller bearing)
- 55
- zweites Wälzlager (Kegelrollenlager) second rolling bearing (tapered roller bearing)
- 66
- Stirnseite front
- 77
- Lagerring bearing ring
- 88th
- axiale Anlagefläche axial contact surface
- 99
- Vorrichtung zur Erzeugung einer axialen Vorspannkraft Device for generating an axial preload force
- 1010
- erster Spannring first clamping ring
- 1111
- erste Kegelfläche first conical surface
- 1212
- zweiter Spannring second clamping ring
- 1313
- zweite Kegelfläche second conical surface
- 1414
- Trägerring support ring
- 1515
- Mittel zur Verdrehsicherung (Bolzen) Anti-twist device (bolt)
- 1616
- Bohrung drilling
- 1717
- Transportsicherung / Fertigungsfixierung Transport security / production fixation
- 1818
- Schraube screw
- 1919
- Deckel (mit dem Gehäuse verbundenes Bauteil) Cover (component connected to the housing)
- 2020
- Verzahnung gearing
- α1 α 1
- Wärmeausdehnkoeffizient des ersten Spannrings Thermal expansion coefficient of the first clamping ring
- α2 α 2
- Wärmeausdehnkoeffizient des zweiten Spannrings Thermal expansion coefficient of the second clamping ring
- ββ
- Kegelwinkel cone angle
- aa
- Achse der Lageranordnung Axle of the bearing assembly
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014209639.1A DE102014209639A1 (en) | 2014-05-21 | 2014-05-21 | bearing arrangement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102014209639.1A DE102014209639A1 (en) | 2014-05-21 | 2014-05-21 | bearing arrangement |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN108443468A (en) * | 2018-05-22 | 2018-08-24 | 无锡明恒混合动力技术有限公司 | A kind of hybrid power gearbox high-low pressure oil circuit transmission system |
WO2021197725A1 (en) * | 2020-03-31 | 2021-10-07 | Zf Friedrichshafen Ag | Universal drive housing |
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- 2014-05-21 DE DE102014209639.1A patent/DE102014209639A1/en not_active Ceased
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