DE102015201172A1

DE102015201172A1 - Lageranordnung

Info

Publication number: DE102015201172A1
Application number: DE102015201172.0A
Authority: DE
Inventors: Heinz Breunig; Thomas HEEGE; Volker Wendt; Hubert Herbst; Wolfgang Gläntz; Jörg Wainus
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2016-07-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1) zur Lagerung eines ersten Maschinenteils (2) in einem zweiten Maschinenteil (3), umfassend ein erstes und ein zweites Wälzlager (4, 5), wobei die beiden Wälzlager (4, 5) axial gegeneinander angestellt sind, wobei zwischen einer Stirnseite (6) eines Ringes (7) eines der Wälzlager (4) und einer axialen Anlagefläche (8) eines der beiden Maschinenteile (3) eine Vorrichtung (9) zur Erzeugung einer axialen Verschiebung angeordnet ist. Um die Vorspannung auch bei Temperaturveränderungen aufrechtzuerhalten, sieht die Erfindung vor, dass die Vorrichtung (9) zur Erzeugung einer axialen Verschiebung 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) 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) in Kontakt steht, wobei der Wärmeausdehnkoeffizient (α1) des ersten Spannrings (10) ungleich ist dem Wärmeausdehnkoeffizient (α2) des zweiten Spannrings (12), wobei die Lageranordnung (1) weiter umfasst ein Sensorelement (14) zur Erfassung der Temperatur oder eines Verschiebeweges eines Teils der Lageranordnung (1), ein die Temperatur der beiden Spannringe (10, 12) beeinflussendes Temperierelement (15) und ein Steuer- oder Regelelement (16), das mit dem einen Sensorelement (14) und dem einen Temperierelement (15) in Verbindung steht und ausgebildet ist, in Abhängigkeit des vom Sensorelement (14) ermittelten Signals das Temperierelement (15) anzusteuern.

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 diesem verbundenen Bauteils eine Vorrichtung zur Erzeugung einer axialen Verschiebung, insbesondere zur Erzeugung einer axialen Vorspannkraft, angeordnet ist.
Vorgespannte Lageranordnungen der genannten Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt und gebräuchlich. Häufig werden zwei Kegelrollenlager (aber beispielsweise auch Schrägkugellager, Axialrollenlager, Axialzylinderrollenlager, 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.
Das generelle Ziel einer stets gleichmäßigen axialen Vorspannung bzw. eines gleichbleibenden axialen Spiels in der Lageranordnung ist insbesondere dann schwer zu erreichen, wenn beim Verbau von Wälzlagern in Gehäusen beispielsweise Aluminium, Magnesium und Guss eingesetzt wird. Bei Temperaturveränderung, z. B. bei der Erwärumg von 20 °C auf 100 °C, kann die Lagervorspannung verloren gehen bzw. es kann zu „Heißläufern“ kommen, wenn sich die einstellte axiale Vorspannung nicht schnell genug beim Erwärmen der Anlage 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.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine 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.
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, wobei der Wärmeausdehnkoeffizient des ersten Spannrings ungleich ist dem Wärmeausdehnkoeffizient des zweiten Spannrings, wobei die Lageranordnung und/oder die Vorrichtung zur Erzeugung einer axialen Verschiebung weiter umfasst:
– mindestens ein Sensorelement zur Erfassung der Temperatur oder eines Verschiebeweges eines Teils der Lageranordnung,
– mindestens ein die Temperatur der beiden Spannringe beeinflussendes Temperierelement und
– ein Steuer- oder Regelelement, das mit dem mindestens einen Sensorelement und dem mindestens einen Temperierelement in Verbindung steht und ausgebildet ist, in Abhängigkeit des vom Sensorelement ermittelten Signals das Temperierelement anzusteuern.

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.
Der Wärmeausdehnkoeffizient des ersten Spannrings ist dabei bevorzugt kleiner als der Wärmeausdehnkoeffizient des zweiten Spannrings. Der erste Spannring besteht bevorzugt aus Stahl. Der zweite Spannring besteht indes bevorzugt aus Nichteisenmetall, Leichtmetall oder 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.
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.
Die Differenz zwischen den Wärmeausdehnkoeffizienten beträgt bevorzugt mindestens 0,000002 1/K.
Das Temperierelement ist bevorzugt ein Heizelement; allerdings kann auch vorgesehen sein, dass das Temperierelement ein Kühlelement ist. Es können auch sowohl ein Heiz- als auch ein Kühlelement vorgesehen werden.
Die erste und die zweite Kegelfläche weisen bevorzugt einen Kegelwinkel zur Achse der Lageranordnung auf, der zwischen 10° und 75°, bevorzugt zwischen 20° und 65°, besonders bevorzugt zwischen 25° und 60°, liegt.
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. Eine solche reibungsvermindernde Beschichtung kann auch auf mindestens einer der Stirnseiten der Vorrichtung zur Erzeugung einer axialen Verschiebung vorgesehen werden.
Der erste Spannring kann mit einem Trägerring verbunden, insbesondere verschraubt, sein, wobei der Trägerring zwischen dem ersten Spannring und der axialen Anlagefläche eines der beiden Maschinenteile oder eines mit diesem verbundenen Bauteils angeordnet ist.
Zwischen dem ersten Spannring und dem zweiten Spannring können Mittel zur Verdrehsicherung um die Achse der Lageranordnung vorhanden sein, wobei die Mittel zur Verdrehsicherung vorzugsweise durch mindestens einen Bolzen gebildet werden, 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 und wobei die Bohrung zum Bolzen radiales Spiel aufweist. Die Bohrung kann in diesem Falle als Sackbohrung im zweiten Spannring ausgebildet sein.
Zwischen dem Trägerring und dem zweiten Spannring kann schließlich eine Transportsicherung und/oder Fertigungsfixierung angeordnet sein, vorzugsweise mindestens eine Schraube, die den Trägerring und den zweiten Spannring zeitweise zusammenhält.
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.
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.
Die Erfindung stellt also auf ein aktiv regelbares Element ab, mit dem die Lagervorspannung bzw. Lagerluft gezielt auf ein gewünschtes Maß eingestellt werden kann.
Gemäß dem vorgeschlagenen Konzept erfolgt durch Sensoren eine Erfassung der Temperaturen (insbesondere des Gehäuses oder der genannten Vorrichtung zur Erzeugung der axialen Verschiebung) oder des aktuellen Verschiebeweges einer Komponente der Lageranordnung, bevorzugt wiederum der Vorrichtung zur Erzeugung der axialen Verschiebung. Durch ein gezieltes Beheizen, gegebenenfalls aber auch Kühlen, der Vorrichtung zur Erzeugung der axialen Verschiebung kann ein optimales Axialspiel bzw. eine optimale Vorspannung einer angestellten Wälzlagerung realisiert werden, d. h. es wird eine aktive Regelung vorgesehen.
Vorteilhaft kann hierdurch eine aktive Verringerung der Lagerreibung bewerkstelligt werden. Eine hohe Vorspannung kann dann vorgesehen werden, wenn sie gebraucht wird, gleichermaßen eine gezielte geringere Vorspannung bzw. Spiel in der Lagerordnung, wenn beispielsweise geringere Lagerbelastungen auftreten. Als Beispiel hierfür sei ein LKW-Radlager genannt; bei der Fahrt auf der Autobahn könnte mit einer herabgesetzten Lagervorspannung gearbeitet werden; ansonsten kann eine höhere Vorspannung realisiert werden.
Weiterhin kann vorteilhaft die Vorspannung so verändert werden, dass die Schwingungsanregung im Antriebsstang eines Getriebes (beispielsweise in einer Windkraftlage) verbessert wird. Dies beugt möglichen Wälzlagerschäden bzw. Schäden an Getriebe-Verzahnungen vor.
Durch die vorgeschlagene Lösung können auch "Heißläufer" bei angestellten bzw. vorgespannten Wälzlagerungen gezielt vermieden werden; der zum Einsatz kommende Lagertyp ist dabei fast beliebig, es können beispielsweise Kegelrollenlager, Schrägkugellager, Axialzylinderrollenlagern, Axialkugellagern vorgesehen werden.
Der Betrieb der Wälzlager findet somit stets im optimalen Vorspannungsbereich bzw. Lagerluftbereich statt, um optimale Betriebsbedingungen des Lagers zu erreichen (beispielsweise eine gleichmäßig kontrollierbare Wärmeentwicklung oder eine gleichmäßig kontrollierbar Wälzlagerbelastung).
Die vorgeschlagene Lösung stellt also eine definierte und gewünschte, gegebenenfalls auch zeitlich variable axiale Vorspannung bzw. 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. So werden die genannten „Heißläufer“ vermieden, da die eingestellte 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.
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.
Die vorgeschlagene Lösung kann beispielsweise sowohl in Industriegetrieben als auch in Automobilgetrieben für PKW und LKW (dabei auch in Differentialgetrieben) eingesetzt werden. Bevorzugte Anwendung sind weiterhin Werkzeugspindellagerungen.
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.
Die vorgeschlagene Idee stellt also auf einen Kegel-Axialscheibenverband ab, der mittels einer aktiv geregelten Erwärmung und/oder Kühlung des Verbands eine axiale Ausdehnung erzeugt. Vorzugsweise hat der innenliegende Ring eine größere Wärmeausdehnung als der außenliegende Ring. Eine Übertragung der axialen Kraft ist sichergestellt.
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.
Die Anwendung der vorgeschlagenen Lösung erlaubt den aktiv geregelten Ausgleich der Lagerluft bzw. der Vorspannung durch eine axiale Verschiebung, d. h. bei Temperaturänderungen kommt es zu einer Spaltveränderung (bei einer spielbehafteten Lagerung).
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.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 einen Radialschnitt durch eine Lageranordnung, bei der eine Welle mittels zweier axial vorgespannter Kegelrollenlager in einem Gehäuse gelagert ist,
2 im Radialschnitt eine Vorrichtung zur Erzeugung einer axialen Vorspannkraft gemäß der Erfindung,
3 im Radialschnitt die Vorrichtung gemäß 2, wobei Sensoren und Temperierelemente nicht dargestellt sind,
4 im Radialschnitt eine alternativ ausgestaltete Lageranordnung, mit der eine Verzahnung auf einer Welle zwischen zwei Lagern gelagert ist,
5 im Radialschnitt eine weitere alternativ ausgestaltete Lageranordnung, wobei ein axial endseitiger Bereich einer Wellenlagerung dargestellt ist, und
6 im Radialschnitt eine zu 5 weitere alternativ ausgestaltete Lageranordnung.
In 1 ist eine Lageranordnung 1 skizziert, mit der ein erstes Maschinenteil 2 in Form einer Welle in einem zweiten Maschinenteil 3 in Form eines Gehäuses gelagert wird. Die Lagerung erfolgt mit zwei Wälzlagern 4 und 5 die vorliegend als Kegelrollenlager ausgeführt sind (hier in X-Anordnung). Die beiden Wälzlager 4, 5 sind axial, d. h. in Richtung der Achse a der Lageranordnung, vorgespannt.
Im Gehäuse 3 bzw. in einem mit dem Gehäuse 3 verbundenen Deckel 22 ist eine axiale Anlagefläche 8 für eine Vorrichtung 9 zur Erzeugung einer axialen Vorspannkraft ausgebildet; an dieser Anlagefläche 8 liegt die Vorrichtung 9 an. Mit ihrer anderen (rechten) Außenseite liegt die Vorrichtung 9 an dem Lageraußenring 7 des linken Wälzlagers 4 und hier an einer Stirnseite 6 des Lagerrings 7 an. Kommt es bei der Vorrichtung 9 zu einer Ausdehnung in Richtung der Achse a, wirkt diese folglich vorspannend auf die beiden Wälzlager 4, 5.
Die Ausgestaltung der besagten Vorrichtung 9 zur Erzeugung einer axialen Vorspannkraft geht am besten aus den 2 und 3 hervor.
Hieraus ergibt sich, dass die Vorrichtung 9 zwei Spannringe 10 und 12 aufweist, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Der radial äußere Spannring 10 hat in seinem radial innenliegenden Bereich eine erste Kegelfläche 11. Der radial innere Spannring 12 hat in seinem radial außenliegenden Bereich eine zweite Kegelfläche 13. Die beiden Kegelflächen 11, 13 sind kongruent und haben einen Kegelwinkel β (s. 2). Dieser liegt im Ausführungsbeispiel bei ca. 45°.
Der erste Spannring 10 ist mit einem Trägerring 17 verschraubt, wozu die Schrauben 21 dienen. Damit sich der zweite Spannring 12 relativ zum ersten Spannring 10 nicht um die Achse a drehen kann, sind Mittel 18 zur Verdrehsicherung vorgesehen. Diese bestehen vorliegend aus mindestens einem Bolzen, der mit Festsitz in einer Bohrung im Trägerring 17 sitzt und sich in Achsrichtung a erstreckt. Im zweiten Spannring 12 ist eine korrespondierende Bohrung 19 eingebracht (vorliegend als Sackbohrung ausgebildet), in der der Bolzen 18 mit radialem Spiel sitzt.
Wesentlich ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient α₁ des Materials des ersten Spannrings 10 kleiner ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient α₂ des Materials des zweiten Spannrings 12. Dies hat zur Folge, dass bei Erwärmung der Vorrichtung 9 der innere zweite Spannring 12 temperaturbedingt mehr wächst als der äußere erste Spannring 10, so dass sich der innere Spannring 12 über die Kegelflächen 11, 13 in den Figuren nach rechts herausschiebt und so auf die Stirnseite 6 des Lageraußenrings 7 des Wälzlagers 4 drückt; dies wirkt auf die Lagervorspannung erhöhend. Bei der Abkühlung der Vorrichtung 9 gilt das entsprechend Umgekehrte.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt bei der beschriebenen Anordnung ist folgender:
Die Lageranordnung 1 bzw. die Vorrichtung 9 zur Erzeugung einer axialen Verschiebung umfasst des weiteren mindestens ein Sensorelement 14; dieses kann zur Erfassung der Temperatur oder eines Verschiebeweges eines Teils der Lageranordnung 1 ausgebildet sein.
Weiterhin ist mindestens ein die Temperatur der beiden Spannringe 10 und 12 beeinflussendes Temperierelement 15 vorhanden. Es handelt sich dabei bevorzugt um elektrische Temperierelemente, d. h. insbesondere Heizelemente.
Schließlich ist ein Steuer- oder Regelelement 16 vorhanden, das mit dem Sensorelement 14 und dem Temperierelement 15 in Verbindung steht und ausgebildet ist, in Abhängigkeit des vom Sensorelement 14 ermittelten Signals das Temperierelement 15 anzusteuern.
Somit kann über die Steuer- oder Regelmittel 16 das Temperierelement 15 gezielt so angesteuert werden, dass die Vorrichtung 9 eine solche axiale Verschiebung realisiert, dass sich ein gewünschtes Maß an Vorspannung bzw. Lagerluft einstellt; diese kann wiederum per Sensor detektiert werden.
Hierzu kann in den Steuer- oder Regelmitteln ein Algorithmus hinterlegt sein, der für einen per Sensor 14 gemessenen Wert eine definierte Heizleistung (oder Kühlleistung) für das Temperierelement 15 vorgibt.
Das Temperierelement 15 kann dabei ringförmig ausgebildet sein und konzentrisch zur Achse a in die Vorrichtung 9 eingebaut sein, wozu hier entsprechende Nuten vorgesehen werden können (s. 2). Das Temperierelement 15 kann aber auch benachbart zur Vorrichtung 9 eingebaut sein, wie es 1 zeigt.
In 1 sind zwei Sensoren 14 vorgesehen, die als Temperatursensoren ausgeführt sind und so die Information liefern, so dass das Steuer- oder Regelelement über das Heizelement die Vorrichtung 9 mehr oder weniger erwärmt, bis sich ein gewünschtes Maß an Vorspannung bzw. Lagerluft einstellt.
Genauso können die Sensorelemente 14 in 1 aber auch als Wegsensoren ausgebildet sein, so dass die effektiv vorhandene relative Position zwischen den Lagerringen der beiden Lager 4, 5 erfasst werden kann.
In 1 sind zwei konzentrisch zueinander angeordnete Temperierelemente 15 eingezeichnet. Hiermit soll angedeutet werden, dass eine Heizeinrichtung und eine Kühleinrichtung kombiniert eingesetzt werden können, um über einen weiten Temperaturbereich die Vorrichtung 9 thermische beeinflussen zu können.
In 2 ist angedeutet, dass die Sensorelemente auch direkt in der Vorrichtung 9 angeordnet sein können. Hier ist im übrigen vorgesehen, dass ein Temperatursensor 14 und ein Verschiebewegsensor 14‘ vorhanden ist. Der Verschiebewegsensor 14‘ ist geeignet, um die relative axiale Verschiebung der beiden Spannringe 10 und 12 zu ermitteln.
Um eine einfache Übertragung der axialen Verschiebebewegung der Vorrichtung 9 zu erreichen, können die Kegelflächen 11, 13 aber auch die Stirnseiten der Vorrichtung mit einem Material mit geringem Reibungskoeffizienten beschichtet sein.
Zu erwähnen ist noch eine Transportsicherung bzw. Fertigungsfixierung 20, die durch Schrauben 21 (s. 3) bewerkstelligt wird. Mit diesen Schrauben 21 wird ein Verbund, bestehend aus erstem Spannring 10, zweitem Spannring 12 und Trägerring 17 hergestellt, so dass eine unverlierbare Einheit für den Transport gegeben ist; bei der Montage der Vorrichtung 9 in die Lageranordnung 1 werden die Schrauben 21 dann entfernt.
Die Schrauben 21 dienen aber auch bei der Fertigung der Vorrichtung 9 dazu, eine bündige (rechte) Stirnfläche zwischen den beiden Spannringen 10, 12 beim Schleifen zu schaffen.
In den 4 bis 6 sind Varianten der erläuterten Lageranordnung dargestellt, wobei allerdings die Sensorelemente und die Temperierelemente nicht skizziert sind.
In 4 ist eine Lageranordnung 1 dargestellt, bei der die beiden Wälzlager 4 und 5 in Abschnitten des Gehäuses 3 angeordnet sind und die Welle 2 lagern. Auf der Welle ist eine Verzahnung 23 angeordnet.
Auf der linken Seite wird das Gehäuse 3 durch einen Deckel 22 abgeschlossen. Vorliegend sind zwei Vorrichtungen 9 (wie oben beschrieben) vorgesehen, die zwischen den jeweiligen Wälzlagern 4 bzw. 5 und dem Gehäuse 3 bzw. dem Deckel 22 positioniert sind.
Dargestellt ist in 4 eine Lageranordnung in X-Anordnung.
In 5 ist zu sehen, wie ein axiales Ende der Welle 2 im Gehäuse 3 gelagert ist. Auch hier werden – wie bei der Lösung gemäß 4 – zwei Vorrichtungen 9 wie oben beschrieben eingesetzt.
Dargestellt ist in 5 eine Festlageranordnung in X-Anordnung.
Gemäß 6 sind die beiden Vorrichtungen 9 benachbart angeordnet und zwischen den beiden Wälzlagern 4 und 5 platziert. Auch hier ist das Gehäuse 3 wieder mittels eines Deckels 22 abgeschlossen.
Dargestellt ist in 6 eine Festlageranordnung in O-Anordnung.
Möglich ist es bei allen vorstehenden Lösungen auch, dass der erste Spannring 10 – aus Stahl bestehend – einstückig mit dem Lageraußenring ausgebildet wird.
Bezugszeichenliste

1: Lageranordnung
2: erstes Maschinenteil (Welle)
3: zweites Maschinenteil (Gehäuse)
4: erstes Wälzlager (Kegelrollenlager)
5: zweites Wälzlager (Kegelrollenlager)
6: Stirnseite
7: Lagerring
8: axiale Anlagefläche
9: Vorrichtung zur Erzeugung einer axialen Verschiebung
10: erster Spannring
11: erste Kegelfläche
12: zweiter Spannring
13: zweite Kegelfläche
14, 14‘: Sensorelement (Temperatursensor / Verschiebewegsensor)
15: Temperierelement (Heizelement)
16: Steuer- oder Regelelement
17: Trägerring
18: Mittel zur Verdrehsicherung (Bolzen)
19: Bohrung
20: Transportsicherung / Fertigungsfixierung
21: Schraube
22: Deckel (mit dem Gehäuse verbundenes Bauteil)
23: Verzahnung
α₁: Wärmeausdehnkoeffizient des ersten Spannrings
α₂: Wärmeausdehnkoeffizient des zweiten Spannrings
β: Kegelwinkel
a: Achse der Lageranordnung

Claims

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) axial gegeneinander angestellt sind, insbesondere unter axialer Vorspannung oder axialem Spiel 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) oder eines mit diesem verbundenen Bauteils eine Vorrichtung (9) zur Erzeugung einer axialen Verschiebung, insbesondere zur Erzeugung einer axialen Vorspannkraft, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9) zur Erzeugung einer axialen Verschiebung, insbesondere 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) oder mit der Stirnseite (6) eines der Ringe (7) eines der Wälzlager (4) 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) oder mit der axialen Anlagefläche (8) eines der beiden Maschinenteile (3) direkt oder indirekt in Kontakt steht, wobei der Wärmeausdehnkoeffizient (α₁) des ersten Spannrings (10) ungleich ist dem Wärmeausdehnkoeffizient (α₂) des zweiten Spannrings (12), wobei die Lageranordnung (1) und/oder die Vorrichtung (9) zur Erzeugung einer axialen Verschiebung weiter umfasst: – mindestens ein Sensorelement (14) zur Erfassung der Temperatur oder eines Verschiebeweges eines Teils der Lageranordnung (1), – mindestens ein die Temperatur der beiden Spannringe (10, 12) beeinflussendes Temperierelement (15) und – ein Steuer- oder Regelelement (16), das mit dem mindestens einen Sensorelement (14) und dem mindestens einen Temperierelement (15) in Verbindung steht und ausgebildet ist, in Abhängigkeit des vom Sensorelement (14) ermittelten Signals das Temperierelement (15) anzusteuern.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeausdehnkoeffizient (α₁) des ersten Spannrings (10) kleiner ist als der Wärmeausdehnkoeffizient (α₂) des zweiten Spannrings (12).
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spannring (10) aus Stahl besteht.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Spannring (12) aus Nichteisenmetall, Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung besteht.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen den Wärmeausdehnkoeffizienten (α₂ – α₁) mindestens 0,000002 1/K beträgt.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierelement (15) ein Heizelement ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Kegelfläche (11, 13) einen Kegelwinkel (β) zur Achse (a) der Lageranordnung (1) aufweisen, der zwischen 10° und 75°, bevorzugt zwischen 20° und 65°, besonders bevorzugt zwischen 25° und 60°, liegt.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Kegelfläche (11, 13) mit einer reibungsvermindernden Beschichtung versehen sind, wobei die reibungsvermindernde Beschichtung insbesondere Polytetrafluoräthylen (PTFE) oder Gleitlack ist oder aufweist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Kegelfläche (11, 13) mit einem Schmiermittel versehen sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spannring (10) mit einem Trägerring (17) verbunden, insbesondere verschraubt, ist, wobei der Trägerring (17) zwischen dem ersten Spannring (10) und der axialen Anlagefläche (8) eines der beiden Maschinenteile (3) oder eines mit diesem verbundenen Bauteils angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Spannring (10) und dem zweiten Spannring (12) Mittel (18) zur Verdrehsicherung um die Achse (a) der Lageranordnung (1) vorhanden sind, wobei die Mittel (18) zur Verdrehsicherung vorzugsweise durch mindestens einen Bolzen gebildet werden, der im Trägerring (17) befestigt ist und sich in Richtung der Achse (a) der Lageranordnung (1) erstreckt, wobei der Bolzen in einer Bohrung (19) im zweiten Spannring (12) angeordnet ist, wobei die Bohrung (19) zum Bolzen radiales Spiel aufweist.
Lageranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (19) als Sackbohrung im zweiten Spannring (12) ausgebildet ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Trägerring (17) und dem zweiten Spannring (12) eine Transportsicherung und/oder Fertigungsfixierung (20) angeordnet ist, vorzugsweise mindestens eine Schraube (21), die den Trägerring (17) und den zweiten Spannring (12) zeitweise zusammenhält.