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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, umfassend einen Außenring, einen Innenring bestehend aus einem ersten und einem zweiten Innenringabschnitt, die axial aneinander liegen, sowie zwischen dem Außen- und Innenring wälzende, in einem Käfig geführte Wälzkörper, wobei am Innenumfang jedes Innenringabschnitts wenigstens eine Axialnut vorgesehen ist, und wobei die Axialnut des zweiten Innenringabschnitts in eine Radialnut übergeht, die am Außenumfang des Innenringabschnitts mündet, wobei die Innenringabschnitte in der Montagestellung derart positioniert sind, dass die Axialnut des ersten Innenringabschnitts mit der des zweiten Innenringabschnitts kommuniziert.
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Wälzlager der beschriebenen Art kommen in vielerlei Anwendungen zum Einsatz. Ein Beispiel ist die Verwendung bei fliegenden und stationären Gasturbinen, wo solche Wälzlager häufig als Schublager verwendet werden. Sie sind als Drei- oder Vierpunktlager ausgeführt. Die in einem Käfig mit Seitenborden geführten Wälzkörper wälzen in bekannter Weise auf den entsprechenden Laufbahnen des Außen- und des Innenrings ab, wobei bei einem Wälzlager der eingangs genannten Art der Innenring aus zwei axial aneinander anliegenden, jedoch separaten Innenringabschnitten besteht, die jeweils eine Hälfte der Innenringlaufbahn bilden.
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Eine effiziente Schmierung eines Wälzlagers ist stets erforderlich. Soll ein Wälzlager der eingangs genannten Art mit hoher Drehzahl betrieben werden, wie bei Verwendung in Gasturbinen üblicherweise der Fall, so ist eine effiziente Schmierung und Kühlung nicht nur im Bereich der Wälzkörperkontakte am Innen- und am Außenring erforderlich, sondern auch im Bereich der seitlichen Käfigborde, die mit entsprechenden Führungsflächen auf den Innenringabschnitten, die entsprechende Innenringborde aufweisen, geführt werden. Bei hoher Drehzahl kommt es dort zur Erwärmung, so dass eine Schmiermittelzufuhr in diesem Bereich zur Schmierung und Kühlung nötig ist. Da üblicherweise das Schmiermittel an einer Wälzlagerseite ansteht, ist eine unmittelbare Schmiermittelzufuhr in den Bereich zwischen Käfigbord und Innenringbord möglich. Es ist aber auch bekannt, am ersten Innenring, an dem in der Montagestellung das Schmiermittel ansteht, eine kurze Axialnut vorzusehen, die in eine Radialnut mündet, die ihrerseits am Innenringbord mündet, so dass das Schmiermittel unmittelbar in den Kontaktbereich zwischen Innenringbord und Käfigbord am ersten Innenringabschnitt geführt wird.
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Um auch den zweiten Innenringabschnitt entsprechend mit Schmiermittel versorgen zu können sind an beiden Innenringabschnitten durchlaufende Axialnuten vorgesehen, wobei am zweiten Innenringabschnitt eine Radialnut vorgesehen ist, die umfangsmäßig am Innenringbord mündet, mithin also unmittelbar im Bereich der Kontaktfläche zwischen Käfigbord und Innenringbord. Um das Schmiermittel von der gegenüberliegenden Wälzlagerseite, an der es ansteht, zuführen zu können werden die beiden Innenringabschnitte in der Montagestellung so positioniert, dass die beiden durchlaufenden Axialnuten miteinander fluchten, so dass das Schmiermittel am ersten Innenringabschnitt eintreten kann, durch dessen Axialnut in die Axialnut des zweiten Innenringabschnitts strömen kann und von dort über die Radialnut in den Kontaktbereich zwischen Käfig- und Innenringbord gelangt.
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Üblicherweise wird der Innenring auf eine Welle aufgeschrumpft, wozu die Innenringabschnitte stark erwärmt werden. Nachdem der eine Innenringabschnitt aufgesetzt wurde, wird der zweite Innenringabschnitt montiert. Dieser muss in seiner Umfangslage exakt ausgerichtet werden, damit die beiden Axialnuten miteinander fluchten. Zur Ausrichtung bleibt jedoch nur sehr wenig Zeit, da sich der erwärmte Innenring schnell abkühlt und dann mithin nicht mehr beweglich ist. Aus diesem Grund kommt es, zumal die Axialnuten üblicherweise nur wenige Millimeter breit sind, in der Praxis häufig dazu, dass die Nuten nicht richtig zueinander positioniert sind, das heißt, dass die Innenringabschnitte zueinander verdreht sind, wodurch der freie Strömungsquerschnitt reduziert ist respektive im Extremfall ein Durchströmen überhaupt nicht möglich ist. Durch die fehlerhafte Stellung der Axialnuten zueinander wird der Schmiermittelfluss blockiert und damit eine Kühlung und Schmierung der Kontaktflächen reduziert wenn nicht gar verhindert.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Wälzlager anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Wälzlager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass an der Kante wenigstens eines Innenringabschnitts im Bereich, in dem seine Axialnut mündet, eine sich zu beiden Seiten der Axialnutmündung erstreckende Umfangsnut vorgesehen ist, die zur Axialnut des benachbarten Innenringabschnitts hin offen ist.
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Erfindungsgemäß ist an wenigstens einem Innenringabschnitt auf der Seite der kleinen Seitenfläche eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Umfangsnut vorgesehen, die in Umfangsrichtung respektive in ihrer Länge begrenzt ist. Diese Umfangsnut erstreckt sich ein Stück weit zu beiden Seiten der Axialnutmündung. Sie ist zur gegenüberliegenden Axialnut des anderen Innenringabschnitts hin offen, so dass dessen Axialnut auch im Falle einer Fehlpositionierung mit der Umfangsnut kommuniziert. Diese Umfangsnut bildet eine Sammelnut, die sich nach Montage des Wälzlagers mit Schmiermittel, das über die ihr zugeordnete Axialnut einströmt, füllt. Aus dieser Umfangsnut kann nun selbst im Falle einer Fehlmontage das Schmiermittel in die Axialnut des zweiten Innenringabschnitts gelangen und von dort aus über die Radialnut in den zu schmierenden Kontaktbereich. Da sich wie beschrieben die Umfangsnut, wenngleich begrenzt, jedoch ein hinreichendes Stück in Umfangsrichtung erstreckt, ist folglich ein Schmiermittelzufluss selbst bei einer Fehlmontage, in der die beiden Axialnuten überhaupt nicht miteinander fluchten würden, sichergestellt.
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Dies bedeutet eine erhebliche Arbeitserleichterung im Rahmen der Montage. Denn der Monteur muss nicht mehr mit hoher Präzision versuchen, die Axialnuten exakt miteinander fluchten zu lassen. Vielmehr ist es ausreichend, die beiden Innenringabschnitte mit Hilfe entsprechender Markierungen an den Stirnflächen, die die Position der miteinander fluchtend anzuordnenden Axialnuten und somit die Circa-Soll-Position des zu montierenden Ringes bestimmen, grob zu positionieren. Denn über die Umfangsnut ist selbst bei einem Montagewinkelsatz von einigen Grad stets eine Kommunikation zwischen den beiden Axialnuten sichergestellt.
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Die Umfangsnut kann an nur einem Innenringabschnitt vorgesehen sein, beispielsweise am ersten Innenringabschnitt, der zumeist ohnehin mit mehreren Nuten zu versehen ist, die beispielsweise der Zuführung des Schmiermittels in den Laufflächenbereich des Innenringabschnitts dienen, oder die der Zufuhr des Schmiermittels in den Kontaktbereich am ersten Innenringabschnitt dienen. Der zweite Innenringabschnitt würde in diesem Fall lediglich die wenigstens eine Axial- und Radialnut aufweisen, wobei natürlich mit definiertem Winkelabstand auch mehrere solcher Axialnuten an den entsprechenden Innenringabschnitt vorgesehen sein können.
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Darüber hinaus ist es natürlich auch denkbar, an beiden Innenringabschnitten zueinander hin offene Umfangsnuten vorzusehen, die miteinander kommunizieren und ein größeres Schmiermittelsammelreservoir definieren, als dies bei Ausbildung nur einer Umfangsnut der Fall wäre.
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Die Umfangsnut, die wie beschrieben in Umfangsrichtung beidseits begrenzt ist, mithin also in keinem Fall umläuft, sollte, ausgehend von der Axialnutmündung, um wenigstens 5°, insbesondere um wenigstens 10° zu beiden Seiten laufen. Eine maximale Länge von ca. 15–20° ist völlig ausreichend, um nahezu jedweden Montagefehler, der sich in der Regel ja nur auf wenige Winkelgrad beschränkt, aufzufangen. In jedem Fall wird die Nutlänge durch eine benachbarte Axialnut, sofern eine solche vorgesehen ist, begrenzt, denn die Umfangsnut läuft in keinem Fall in eine benachbarte weitere Axialnut, vielmehr ist die Umfangsnut ausschließlich der einen Axialnut zugeordnet.
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Die Tiefe der Umfangsnut sollte der Tiefe der zugeordneten Axialnut entsprechen, sie kann bei sehr tiefen axialen Nuten aber auch weniger tief sein. In jedem Fall soll die Nut ein hinreichend großes Reservoirvolumen bilden und die Strömung des Öls nicht signifikant drosseln.
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Wie beschrieben kann am ersten Innenringabschnitt wenigstens eine weitere Axialnut, die in eine zum Außenumfang des ersten Innenringabschnitts laufende Radialnut übergeht, vorgesehen sein. Über dieses Nutsystem kann – wie am zweiten Innenringabschnitt – eine Schmiermittelzufuhr direkt radial in den Kontaktbereich zwischen Käfig- und Innenringbord erfolgen.
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Des Weiteren kann am ersten Innenringabschnitt wenigsten eine weitere Axialnut vorgesehen sein, die in einer an der axialen Stirnseite vorgesehenen und zu einer die Wälzkörper führenden Lauffläche des Innenrings führenden Radialnut mündet. Über dieses Nutsystem kann schließlich, wie bereits beschrieben, das Schmiermittel in den innenringseitigen Kontaktbereich der Wälzkörper gebracht werden. Dies ist insbesondere bei mit hoher Drehzahl arbeitenden Wälzlagern zweckmäßig, da aufgrund der hohen Fliegkräfte das sich im Wälzkontakt befindliche Schmiermittel relativ schnell zum Außenring ausgetrieben wird. Eine unmittelbare, radial innenliegende Schmiermittelzufuhr ist für eine gute Schmierung zweckmäßig.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Wälzlager,
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2 eine Perspektivansicht eines ersten Innenringabschnitts des erfindungsgemäßen Wälzlagers, und
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3 eine Aufsicht auf den zweiten Innenringabschnitt des erfindungsgemäßen Wälzlagers.
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1 zeigt in Form einer Schnittansicht ein erfindungsgemäßes Wälzlager 1 in seiner Montagestellung auf einer hier nicht näher gezeigten Welle. Das erfindungsgemäße Wälzlager umfasst einen Außenring 2 sowie einen Innenring 3 bestehend aus zwei Innenringabschnitten, nämlich dem ersten Innenringabschnitt 4 und dem zweiten Innenringabschnitt 5. Sowohl am Außenring 2 als auch den Innenringabschnitten 4, 5 sind entsprechende Laufbahnen 6, 7 und 8 ausgebildet, auf denen die Wälzkörper 9, die in einem Käfig 10 geführt sind, laufen. Die Laufbahnen 7 und 8 der Innenringabschnitte 4, 5 ergänzen sich, wie 1 zeigt.
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Der Käfig 10 weist zwei seitliche Käfigborde 11, 12 auf, mit denen er auf entsprechenden Innenringborden 13, 14 geführt ist, das heißt, dass dort wenngleich leichter Kontakt gegeben ist.
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Um das Wälzlager schmieren zu können sind spezielle Vorkehrungen getroffen. Es sei angenommen, dass das Schmiermittel an der Seite des ersten Innenringabschnitts 4 ansteht.
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Erforderlich ist zum einen eine Schmierung der Wälzkörper 9 im Bereich der Laufflächen 7, 8 des Innenrings 3. Zu diesem Zweck sind am ersten Innenring in Umfangsrichtung äquidistant verteilt mehrere, im gezeigten Beispiel vier um 90° versetzte Axialnuten 15 vorgesehen, die jeweils in einer Radialnut 16 münden, die sich, siehe hierzu insbesondere 2, radial zur Laufbahn 7 erstreckt und dort mündet. Im gezeigten Beispiel sind vier Axialnuten und Radialnuten 15, 16 vorgesehen. Das Schmiermittel tritt von der Stirnfläche des Innenringabschnitts 4 in die entsprechende Axialnut 15 ein und strömt über die Radialnut 16 in den Wälzkörperbereich.
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Wie beschrieben ist ein Kontakt zwischen den Käfigborden 11, 12 und den Innenringborden 13, 14 gegeben. Um auch in diesem Kontaktbereich eine Schmierung vorzunehmen sind am ersten Ringabschnitt Axialnuten 17 vorgesehen, die axial gesehen, siehe die 1 und 2 begrenzt sind. Es sei angenommen, dass zwei solcher Axialnuten 17 um 180° versetzt am ersten Innenringabschnitt 4 vorgesehen sind. Von jeder Axialnut 17 geht eine Radialnut 18 ab, die unmittelbar an der Außenumfangsseite des Innenringabschnitts 4 mündet. Über die Axialnut 17 anströmendes Schmiermittel gelangt folglich über die Radialnut 18 unmittelbar in den Kontaktbereich zwischen Innenringbord 13 und Käfigbord 11. Auf diese Weise ist eine zuverlässige Schmierung auch dieses schmierungs- und kühlungsbedürftigen Bereichs gegeben.
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Ein solcher Bereich ist natürlich auch auf der gegenüberliegenden Seite im Kontaktbereich zwischen dem Innenringbord 14 und dem Käfigbord 12 gegeben. Um auch hier eine Schmierung vorzusehen sind im gezeigten Beispiel am ersten Innenringabschnitt 4 zwei ebenfalls um 180° versetzt zueinander angeordnete Axialnuten 19 vorgesehen, die sich axial über die gesamte Innenringabschnittslänge erstrecken. Im Bereich der innenliegende Kante 20 des Innenringabschnitts 4 ist eine in Umfangsrichtung begrenzte Umfangsnut 21 vorgesehen, siehe hierzu insbesondere 2, in der die jeweilige Axialnut 19 mündet. Die Umfangsnut 21 erstreckt um wenige Winkelgrad beidseits der Axialnutmündung, es sollten wenigstens 5° sein, die maximale Länge kann beispielsweise auf 20 oder 25° begrenzt sein, je nach konkreter Auslegung des Wälzlagers respektive Anzahl an sonstigen noch vorgesehenen Axialnuten. Denn in keinem Fall soll die Umfangsnut 21 – neben der ihr zugeordneten Axialnut 19 – noch in einer anderen Axialnut münden. Diese Umfangsnut 21 dient als Sammelnut für über die Axialnut 19 zuströmendes Schmiermittel.
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Am zweiten Innenringabschnitt 5 sind ebenfalls zwei Axialnuten 22 vorgesehen, von denen jeweils eine Radialnut 23 abgeht, die an der Umfangsaußenseite am Innenringbord 14 mündet, mithin im Bereich des Kontakts des Innenringbords 14 mit dem Käfigbord 12.
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Die Axialnut 22 kommuniziert im Montagefall selbst bei leicht versetzter Montage der beiden Innenringabschnitte 4, 5 in jedem Fall mit der Umfangsnut 21 des ersten Innenringabschnitts 4 und damit mit dessen Axialnut 19. Das heißt, dass über die Axialnut 19 zuströmendes Schmiermittel, also üblicherweise Öl, über die Umfangsnut 21 in die Axialnut 22 und von dieser in die Radialnut 23 und damit in den zu schmierenden Kontaktbereich gelangt. Eine Beeinträchtigung der Schmiermittelzufuhr im Falle einer um wenige Winkelgrad verdrehten Montage der beiden Innenringabschnitte 4, 5, die im Stand der Technik bisher zu Schmier- und Kühlproblemen aufgrund des reduzierten Strömungsquerschnitts, resultierend aus den nicht mehr fluchtenden Axialnuten 19 und 22 der beiden Innenringabschnitte 4, 5 geführt hat, ist mit besonderem Vorteil bei erfindungsgemäßen Wälzlager ausgeschlossen. Denn auch im Fall einer Verdrehung der Innenringabschnitte 4 und 5 um beispielsweise 6° oder 8°, was im Rahmen der manuellen Montage schon sehr viel ist, wirkt sich in keinem Fall nachteilig aus, da stets der Schmiermittelkanal geöffnet ist.
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Wie beschrieben sind – neben den Axial- und Radialnuten 15, 16 respektive 17, 18 – auch die Axialnuten 19 und die zugeordneten Umfangsnuten 21 am ersten Innenringabschnitt 4 vorgesehen. Aus diesem Grund kann der zweite Innenringabschnitt 5, siehe hierzu 3, sehr einfach ausgelegt werden.
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3 zeigt eine Aufsicht auf die innere Stirnseite des Innenringabschnitts 4 mit Blick auf die Laufbahn 8. Ersichtlich sind lediglich die beiden Axialnuten 22 vorgesehen, sowie die beiden Radialnuten 23.
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Alternativ besteht natürlich die Möglichkeit, wie in 3 strickpunktiert gezeigt ist, auch am zweiten Innenringabschnitt 5 den Axialnuten 22 zugeordnete und sich zu beiden Seiten erstreckende Umfangsnuten 21‘ vorzusehen, worüber das Volumen des Schmiermittelreservoirs, dann gebildet aus den Umfangsnuten 21, 21‘, vergrößert werden kann.
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Die Tiefe einer Umfangsnut sollte wenigstens der Tiefe der zugehörigen Axialnut entsprechen. Die Länge der jeweiligen Umfangsnut, siehe 2, ist begrenzt, sie endet in jedem Fall deutlich vor einer benachbarten Axial- oder Radialnut.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Außenring
- 3
- Innenring
- 4
- Innenringabschnitt
- 5
- Innenringabschnitt
- 6
- Laufbahn
- 7
- Laufbahn
- 8
- Laufbahn
- 9
- Wälzkörper
- 10
- Käfig
- 11
- Käfigbord
- 12
- Käfigbord
- 13
- Innenringbord
- 14
- Innenringbord
- 15
- Axialnut
- 16
- Radialnut
- 17
- Axialnut
- 18
- Radialnut
- 19
- Axialnut
- 20
- Kante
- 21
- Umfangsnut
- 21‘
- Umfangsnut
- 22
- Axialnut
- 23
- Radialnut
