DE102015201310A1

DE102015201310A1 - Axiale Bauteilsicherung für Wellen und Spindeln mittels formschlüssig montiertem Runddraht-Sprengring

Info

Publication number: DE102015201310A1
Application number: DE102015201310.3A
Authority: DE
Inventors: Peter Keller; Serge Ouedraogo
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-01-27
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2016-07-28

Abstract

Anordnung zur axialen Sicherung eines Wälzlagers auf einer Welle, wobei das Wälzlager eine Fase am Lagerinnenring und die Welle eine Aussparung, in der ein Sicherungselement angeordnet ist, aufweist. Die Fase des Lagerinnenrings und die Aussparung der Welle sind überlappend angeordnet, so dass eine Öffnung zwischen Fase und Aussparung vorhanden ist, wobei eine an der Fase anliegende Gerade und eine Parallele dazu, die die weiter vom Wälzlager beabstandeten Kante der Aussparung schneidet, die Öffnungsbreite definieren, und wobei das Sicherungselement eine Breite aufweist, die sich von an der Fase anliegende Gerade und einer dazu Parallelen bemisst, wobei die Parallele den vom Wälzlager am weitesten beabstandeten Punkt des Sicherungselements schneidet, wobei die Öffnungsbreite kleiner ist als die Breite des Sicherungselements.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur axialen Sicherung eines Wälzlagers auf einer Welle. Das Wälzlager weist eine Fase am Lagerinnenring und die Welle eine Aussparung, in der ein Sicherungselement angeordnet ist, auf. Die Fase des Lagerinnenrings und die Aussparung der Welle sind überlappend angeordnet, sodass eine Öffnung zwischen Fase und Aussparung vorhanden ist. Eine an der Fase anliegende Gerade und eine Parallele dazu, die die weiter vom Wälzlager beabstandeten Kante der Aussparung schneidet, definieren die Öffnungsbreite. Das Sicherungselement weist eine Breite auf, die sich von an der Fase anliegende Gerade und einer dazu Parallelen bemisst, wobei die Parallele den vom Wälzlager am weitesten beabstandeten Punkt des Sicherungselements schneidet.
Im Stand der Technik sind viele unterschiedliche Anordnungen zur axialen Sicherung von Maschinenelementen auf einer Welle bekannt. Beispielsweise wird in der DE 10 2007 030 982 A1 eine Anordnung vorgeschlagen, bei der die Welle eine Ausnehmung mit schräg verlaufender Seitenwandung aufweist und zur Sicherung des auf der Welle angeordneten Maschinenelements mindestens ein Sicherungselement in die Ausnehmung einführbar ist. Das Maschinenelement weist ebenfalls eine schräg verlaufende Seitenwandung auf, sodass die erste und die zweite schräg verlaufende Seitenwandung einen Montagespalt für das Sicherungselement bilden.
Weitere Anordnungen zur axialen Sicherung eines Maschinenelements auf einer Welle sind zum Beispiel aus der DE 10 2010 050 168 A1 oder aus der JP 2005233358 A bekannt.
Die im Stand der Technik bekannten Anordnungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Positionierung mit dem Wellenbund eine aufwendige Bearbeitung mit hohem Spanvolumen und großem Materialeinsatz nach sich zieht. Des Weiteren kann die axiale Sicherung des Wälzlagers mittels eines Sicherungsrings bei hohen Drehzahlen dazu führen, dass der Sicherungsring aus der Wellennut wandert und damit das Lager nicht mehr gesichert ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung zur axialen Sicherung eines Maschinenelements, nämlich eines Lagerrings eines Wälzlagers, auf einer Welle anzugeben, die konstruktiv ausschließt, dass sich das Sicherungselement bei hohen Drehzahlen löst und einen zum genannten Stand der Technik vergleichsweise geringen spanenden Fertigungsaufwand benötigt.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird die im Anspruch 1 angegebene Anordnung und im Anspruch 8 deren Verwendung vorgeschlagen. Optionale vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ganz oder teilweise aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Öffnungsbreite kleiner ist als die Breite des Sicherungselements. Die Anordnung selbst umfasst die Elemente Wälzlager, Welle und Sicherungselement. Unter dem Begriff Fase wird eine abgeschrägte Fläche, die an einer Werkstückkante erzeugt wird, verstanden. Eine Welle ist ein stabförmiges Maschinenelement, das zum Weiterleiten von Drehbewegungen und Drehmomenten sowie zur Lagerung von rotierenden Teilen angewandt wird. Somit können jegliche stabförmige Maschinenelemente, die Drehbewegungen und Drehmomente übertragen, wie zum Beispiel eine Welle oder eine Spindel für diese Anordnung verwendet werden. Die Presspassung des Lagerinnenrings auf der Welle, Fasengröße und Fasenwinkel sowie die Form der Aussparung sind so zu wählen, dass erfindungsgemäß die Öffnungsbreite kleiner ist als die Breite des Sicherungselements. Dieses konstruktive Zusammenspiel der angeführten Elemente ist für die Erfindung maßgebend.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Aussparung als Kreisbogen ausgebildet. Vorteilhaft ist es insbesondere, wenn die Aussparung als umlaufende, halbkreisförmige Nut ausgebildet ist.
Die Aussparung kann prinzipiell beliebig ausgebildet sein. Voraussetzung ist jedoch, dass das Sicherungselement das Gegenstück zur Aussparung darstellt. Es ist zum Beispiel auch möglich, einen rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt der Aussparung zu verwenden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Sicherungselement als ein Runddraht-Sprengring ausgebildet ist. Mögliche Maße für die Runddraht-Sprengringe und -Sprengringnuten für Wellen und Bohrungen sind beispielsweise in der DIN 7993 angegeben.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das Wälzlager als ein Vierpunktlager ausgebildet. Vierpunktlager gehören zu den einreihigen Schrägkugellagern und benötigen dadurch in axialer Richtung deutlich weniger Bauraum als zweireihige Ausführungen. Sie können axiale, radiale und Kippmomentbelastungen aufnehmen. Die Anmelderin bietet diese in ihrem Katalog in einer großen Vielzahl beispielsweise unter den Bezeichnungen „Vierpunktlager QJ2“, „Vierpunktlager QJ2...–N2“, „Vierpunktlager QJ3“ und „Vierpunktlager QJ3...–N2“ an.
Neben Vierpunktlagern können zweckmäßigerweise auch andere Lagerbauarten bei der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet werden, wie zum Beispiel Rillenkugellager, Schrägkugellager, Pendelkugellager, Kugelrollenlager, Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager, Tonnenlager, Pendelrollenlager, Kreuzrollenlager. Das Wälzlager der erfindungsgemäßen Anordnung kann als Massivlager oder als Dünnringlager ausgebildet sein.
Der Lageraußenring muss des Weiteren nicht notwendigerweise durch die Bauart des Wälzlagers gegenüber dem Lagerinnenring in axialer Richtung festgelegt sein.
Erfindungsgemäß ist es insbesondere, wenn die Fase einen Winkel von höchstens 60° aufweist. Ebenfalls ist es erfindungsgemäß, wenn die Fase einen Winkel von mindestens 30° aufweist. Der Fasenwinkel liegt somit vorzugsweise in dem Bereich von 30° bis 60°. Der Fasenwinkel ist definiert als eingeschlossener Winkel zwischen Rotationsachse der Anordnung und Fase des Lagerinnenrings.
Erfindungsgemäß ist die Verwendung der Anordnung zur axialen Sicherung eines Wälzlagers in einem Aktorgehäuse, das mittels einer Spindel mit einem Planetenwälzgetriebe verbunden ist. Es ist jedoch auch an anderen Lagereinbaustellen verwendbar.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in:
1 eine Ausführungsform einer Anordnung zur axialen Sicherung eines Wälzlagers auf einer Welle,
2 eine Detailansicht der in 1 dargestellten Anordnung zur axialen Sicherung eines Wälzlagers auf einer Welle,
3 erfindungsgemäße Anordnung zur axialen Sicherung eines Wälzlagers auf einer Spindel eines Planetenwälzgetriebes.
In der 1 ist eine Anordnung zur axialen Sicherung eines Wälzlagers 1 auf einer Welle 8 dargestellt. Das Wälzlager 1, ausgebildet als ein Vierpunkt-Lager, umfasst einen Lageraußenring 2, einen Lagerinnenring 3, der auf einer Stirnseite eine Fase 4 aufweist, eine zwischen den beiden Lagerringen 2, 3 angeordnete Reihe von Wälzkörpern 5, axial neben den Wälzkörpern 5 beidseitig angeordnete Dichtungen 6, sowie einen Käfig 7, in dem die Wälzkörper 5 geführt werden. Das Wälzlager 1 ist auf der Welle 8 vorzugsweise mittels einer Presspassung angeordnet. In der Welle 8 ist eine Aussparung 9, in der ein Sicherungselement 10 eingefügt ist, vorhanden. In dem Wälzkörper 5 ist eine als „X“ dargestellte gestrichelte Linie eingezeichnet, die die Drucklinien des Vierpunktlagers darstellt. Die Schnittpunkte der Drucklinien mit den Lagerringen 2, 3 stellen die vier Berührpunkte der Wälzkörper 5 dar.
Die 2 zeigt eine Detailansicht der in 1 dargestellten Anordnung. Die Aussparung 9 der Welle 8 ist als halbkreisförmige, umlaufende Nut ausgebildet. In dieser Aussparung 9 ist ein Sicherungselement 10 eingebracht, das als ein Runddraht-Sprengring ausgebildet ist und somit einen Durchmesser b aufweist. Der Lagerinnenring 3 weist auf der Seite zur Aussparung 9 der Welle 8 hin eine Fase 4 mit einem Winkel α von 36° auf. Der Fasenwinkel α, der zwischen Fase 4 und Rotationsachse der Welle 8 eingeschlossen ist, kann sich jedoch in dem Bereich von 30° bis 60° bewegen. Die Fase 4 des Lagerinnenrings 3 und die Aussparung 9 sind so überlappend angeordnet, dass eine Öffnungsbreite a entsteht. Die Öffnungsbreite a wird definiert als Abstand zwischen einer auf der Fase 4 liegenden Gerade und einer Parallelen, die die vom Wälzlager 1 weiter beabstandeten Kante der Aussparung 9 schneidet. Die Öffnungsbreite a, die von der Fase 4 und der Aussparung 9 vorgegeben ist, ist kleiner als der Durchmesser b des Sicherungselements 10. Dadurch wird eine axiale Sicherung auch bei hohen Drehzahlen gewährleistet, da das Sicherungselement 10 nicht aus der Aussparung 9 herauswandern kann.
In der 3 ist eine erfindungsgemäße Anordnung zur axialen Sicherung eines Wälzlagers 1 im Planetenwälzgetriebe 11 dargestellt. Das Planetenwälzgetriebe 11 ist mittels einer Spindel 8 mit einem Aktorgehäuse 12 verbunden. Das Aktorgehäuse 12 umfasst eine Lagerlastscheibe 13 und ein Lagerlastträger 14. Die Spindel 8 wird durch ein Wälzlager 1, insbesondere ein Vierpunkt-Lager, gelagert. Das in 3 dargestellte Vierpunkt-Lager ist mit einem Sicherungselement 10 gesichert. Das Sicherungselement 10 sowie die Spindel 8 des Planetenwälzgetriebes 11 weist die Merkmale, die in der 2 dargestellt sind, auf.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: Lageraußenring
3: Lagerinnenring
4: Fase
5: Wälzkörper
6: Dichtung
7: Käfig
8: Welle
9: Aussparung
10: Sicherungselement
11: Planetenwälzgetriebe
12: Aktorgehäuse
13: Lagerlastscheibe
14: Lagerlastträger
a: Öffnungsbreite
b: Breite Sicherungselement
α: Fasenwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007030982 A1 [0002]
DE 102010050168 A1 [0003]
JP 2005233358 A [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 7993 [0010]

Claims

Anordnung zur axialen Sicherung eines Wälzlagers (1) auf einer Welle (8), wobei das Wälzlager (1) eine Fase (4) am Lagerinnenring (3) und die Welle (8) eine Aussparung (9), in der ein Sicherungselement (10) angeordnet ist, aufweist, wobei die Fase (4) des Lagerinnenrings (3) und die Aussparung (9) der Welle (8) überlappend angeordnet sind, so dass eine Öffnung zwischen Fase (4) und Aussparung (9) vorhanden ist, wobei eine an der Fase (4) anliegende Gerade und eine Parallele dazu, die die weiter vom Wälzlager (1) beabstandeten Kante der Aussparung (9) schneidet, die Öffnungsbreite (a) definieren, und wobei das Sicherungselement (10) eine Breite (b) aufweist, die sich von an der Fase (4) anliegende Gerade und einer dazu Parallelen bemisst, wobei die Parallele den vom Wälzlager (1) am weitesten beabstandeten Punkt des Sicherungselements (10) schneidet, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsbreite (a) kleiner ist als die Breite (b) des Sicherungselements (10).
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (9) als Kreisbogen ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (9) als halbkreisförmige Nut ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (10) als ein Runddraht-Sprengring ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (1) als ein Vierpunkt-Lager ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fase (4) einen Winkel (α) von höchstens 60° aufweist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fase (4) einen Winkel (α) von mindestens 30° aufweist.
Verwendung der in den Ansprüchen 1 bis 7 beschriebenen Anordnung zur axialen Sicherung eines Wälzlagers (1) in einem Aktorgehäuse (12), das mittels einer Spindel (8) mit einem Planetenwälzgetriebe (11) verbunden ist.