DE102015204435A1

DE102015204435A1 - Lagerringe mit abgestimmter axialer Steifigkeit

Info

Publication number: DE102015204435A1
Application number: DE102015204435.1A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Hauleitner; Ferdinand Schweitzer; Christoph Essl; Gregor Schnabl
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2016-09-15

Abstract

Wälzlager (1), insbesondere Kugellager, mit zumindest einem Außenring (4) und einem Innenring (2), zwischen denen mindestens ein Wälzkörper (6) angeordnet ist, wobei Außenring (4) eine erste Steifigkeit und der Innenring (2) eine zweite Steifigkeit aufweist, wobei die erste Steifigkeit des Außenrings (4) über mindestens eine im Außenring (4) angeordnete Aussparung (S1; S2) definiert ist, sowie eine mehrreihiges Wälzlageranordnung mit zumindest einem derartige Wälzlager (1).

Description

Vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellager, mit zumindest einem Außenring und einem Innenring, zwischen denen mindestens ein Wälzkörper angeordnet ist, wobei der Außenring eine erste Steifigkeit und der Innenring eine zweite Steifigkeit aufweist.
Bei derartigen gattungsgemäßen Wälzlagern und insbesondere bei mehrreihigen Wälzlagern oder Lagersätzen werden axiale Kräfte oftmals unterschiedlich auf die einzelnen Reihen aufgeteilt. Grund dafür ist die übliche Lagergeometrie, die die Steifigkeit von Außen- und Innenring und damit die Kraftaufteilung bestimmt. Dabei hat sich gezeigt, dass bei den bestehenden Lagergeometrien oftmals der Außenring sehr viel steifer ausgebildet ist als der Innenring, Dadurch wird eine externe Belastung nicht gleichmäßig auf die einzelnen Lagerreihen aufgeteilt. Diese ungleichmäßige Lastaufteilung innerhalb der einzelnen Lagerreihen jedoch reduziert die Lagerlebensdauer.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, ein Wälzlager bereitzustellen, das eine gleichmäßigere axiale Kraftaufteilung bereitstellt.
Diese Aufgabe wird durch ein Wälzlager gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellager mit zumindest einem Außenring und einem Innenring, zwischen denen mindestens ein Wälzkörper angeordnet ist, vorgestellt. Dabei weist der Außenring eine erste Steifigkeit und der Innenring eine zweite Steifigkeit auf. Um eine gleichmäßigere axiale Kraftaufteilung zu erreichen, basiert die Erfindung auf der Erkenntnis, dass eine verbesserte Kraftaufteilung, insbesondere bei mehrreihigen Lagern, dadurch erreicht werden kann, dass die Steifigkeit des Außenrings an die Steifigkeit des Innenrings angepasst wird.. Diese Anpassung der Steifigkeit wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass im Außenring mindestens eine Aussparung vorgesehen ist, über die die erste Steifigkeit des Außenrings beeinflussbar und definierbar ist. Da sich gezeigt hat, dass überwiegend die Außenringe der bestehenden Wälzlager zu steif sind, stellt die im Außenring angeordnete Aussparung eine einfache und kostengünstige Möglichkeit dar, auch bei bestehenden Außenringdesigns eine Schwächung der Steifigkeit des Außenrings zu ermöglichen, so dass die Steifigkeit an den Innenring anpassbar und die axiale Kraftbeaufschlagung besser verteilt ist.
Dabei ist insbesondere bevorzugt, dass die erste Steifigkeit des Außenrings über die Länge und/oder Tiefe der mindestens einen Aussparung definierbar ist. Dadurch können gezielt über das Design der Aussparung die Steifigkeitswerte für den Außenring des zu fertigenden Wälzlagers eingestellt werden, wobei aber als Ausgangsmaterial initial immer die gleichen Außenringe verwendet werden können. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass bestehende Außenringe verwendet werden können, und keine neuen Werkzeuge für die zu fertigenden Außenringe bereitgestellt werden müssen. Dadurch können wiederum Kosten gespart werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass mittels der individuell fertigbaren Aussparung auch auf spezielle Anforderungen mit Standardwälzlagern eingegangen werden kann.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel erstreckt sich dabei die Aussparung umfänglich entlang eines Außenumfangs des Außenrings. Eine derartige Aussparung ist einfach zu fertigen und stellt eine effektive Steifigkeitsbeeinflussung dar.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel entspricht eine axiale Breite der Aussparung im Wesentlichen dem Durchmesser der Wälzkörper. Dabei ist insbesondere bevorzugt, wenn die axiale Breite der Aussparung ungefähr 40% bis 80%, insbesondere 50% bis 70% einer axialen Gesamtlänge des Außenrings darstellt. Vorteilhafterweise hat sich gezeigt, dass bei derartigen axialen Breiten die Steifigkeit des Außenrings so weit anpassbar ist, dass sie sich der Steifigkeit des Innenrings annähert, gleichzeitig aber die strukturelle Integrität des Außenrings nicht weiter beeinträchtigt ist.
Um eine besonders wirksame Steifigkeitsreduktion am Außenring bereitzustellen, ist es, wie ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt, weiterhin vorteilhaft, die eine Aussparung im Bereich der Wälzkörper anzuordnen. Dadurch kann die Steifigkeit des Außenrings direkt an der Stelle beeinflusst werden, an der die Steifigkeit am meisten zum Tragen kommt.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das Wälzlager als Schrägkugellager ausgeführt, wobei der Außenring einen ersten Innendurchmesser und einen zweiten Innendurchmesser aufweist. Dabei ist der erste Innendurchmesser größer als der zweite Innendurchmesser und geht über eine den Kugeln entsprechende Konturrille, die die Lauffläche für die Kugeln definiert, in den zweiten Innendurchmesser über. Dabei ist insbesondere bevorzugt, wenn die mindestens eine Aussparung über eine radiale Vergrößerung des ersten Innendurchmessers ausgebildet ist. Auch bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Steifigkeit des Außenrings gezielt beeinflusst. Dabei ist insbesondere bevorzugt, wenn eine axiale Breite der Aussparung am Innendurchmesser 0% bis 40% der Gesamtlänge des Außenrings entspricht. Da diese Aussparung weniger Steifigkeit beeinflussend ist als die Aussparung am Außendurchmesser, ist sie insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Steifigkeit nur geringfügig beeinflusst werden soll.
Ist eine größere Steifigkeitsanpassung nötig, so ist insbesondere vorteilhaft, wie oben beschrieben, eine zusätzliche Aussparung am Außendurchmesser des Außenrings vorzusehen.
Um eine möglichst gleichmäßige Kraftaufteilung bereitzustellen, hat sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, wenn die Steifigkeit des Außenrings derart eingestellt ist, dass sie sich um weniger als 40% von der zweiten Steifigkeit des Innenrings unterscheidet.
Ein weiterer Aspekt vorliegender Erfindung betrifft eine mehrreihige Wälzlageranordnung mit zumindest einem ersten und einem zweiten Wälzlager, wobei zumindest eines der Wälzlager, vorzugsweise alle Wälzlager, wie oben beschrieben ausgebildet ist. Aufgrund der angepassten Steifigkeit von Innenring und Außenring kann insbesondere bei einem mehrreihigen Wälzlager erreicht werden, dass die axiale Kraftaufteilung zwischen den Lagerreihen gleichmäßiger ausgebildet ist. Dadurch kann die Lebensdauer der Lageranordnung maximiert werden.
Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen definiert.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele rein exemplarischer Natur und sollen nicht den Schutzbereich der Anmeldung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
Es zeigen:
1: eine erste schematische Darstellung eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wälzlagers;
2: eine schematische Darstellung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wälzlagers;
3: eine graphische Darstellung der Änderung der Deformationsrelation von Außenring zu Innenring in Abhängigkeit der Aussparung in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel; und
4: eine graphische Darstellung der Änderung der Deformationsrelation von Außenring zu Innenring in Abhängigkeit der Aussparung in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel.
Im Folgenden werden gleiche oder gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt schematisch ein Wälzlager 1 in Form eines Schrägkugellagers. Das Wälzlager 1 weist einen Innenring 2 und einen Außenring 4 auf, zwischen denen Wälzkörper 6 in Form von Kugeln angeordnet sind. Bei derartigen Wälzlagern wird die Last entlang eines Teilkreises 8 in den Außenring (4) bzw. den Innenring (2) eingeleitet. Dadurch sind insbesondere die Bereiche 12; 14 des Innenrings 2 bzw. des Außenrings 4 als Lastzonen ausgebildet, d.h. die Lagerringe 2; 4 weisen in diesem Bereich einen vergrößerten Unterstützungsbereich 16, 18 auf, der die Kugel 6 in ihrem Lauf unterstützt. Dadurch weist der Außenring einen ersten Innendurchmesser d_OR1 und einen zweiten Innendurchmesser d_OR2 auf. Genauso wie der Innenring einen ersten Außendurchmesser D_IR1 und einen zweiten Außendurchmesser D_IR2 aufweist. Der Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Durchmesser von Innenring bzw. Außenring ist als Lauffläche 22, 24 für die Kugeln 6 ausgebildet und weist eine den Kugeln 6 komplementäre Konturrille auf.
Weiterhin ist 1 zu entnehmen, dass am Außendurchmesser D_OR des Außenrings 4 eine Aussparung S₁ vorgesehen ist, die sich in Umfangsrichtung um den Außenring 4 erstreckt und eine axiale Breite B_S1 und eine erste Tiefe T_S1 aufweist. Dabei beeinflussen die Breite B_S1 und die Tiefe T_S1 signifikant die Steifigkeit des Außenrings 4.
Bei einer beispielhaft gegebenen Breite von 60% einer Gesamtlänge B des Wälzlagers 1, bzw. des Lageraußenrings 4, ändert sich ein Parameter µ in Abhängigkeit von der Tiefe T_S1 der Aussparung 26, wie in dem in 3 gezeigten Diagramm dargestellt.
Der Parameter µ ist dabei definiert als die Relation der Verformung des Innenrings zur Verformung des Außenrings mit ausgebildeter Aussparung S_i (i = 1,2)
Das bedeutet, dass bei einem Wert von µ ≈ 1 die Verformungen und damit die Steifigkeit des Innenrings und des Außenrings im Wesentlichen gleich sind.
Wie der Graphik in 3 zu entnehmen, nimmt die relative Deformation µ bei größerer Tiefe T_S1der Aussparung S₁ ab. Das bedeutet gleichzeitig, dass der Unterschied zwischen der Steifigkeit des Außenrings 4 und der Steifigkeit des Innenrings 2 mit zunehmender Tiefe T_S1 der Aussparung S₁ abnimmt.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem zusätzlich zu der Aussparung S₁ eine zweite Aussparung S₂ ausgebildet ist, die über eine Vergrößerung des zweiten Innendurchmessers d_OR1,S2 des Außenrings 4 bereitgestellt wird. Auch die Aussparung S₂ beeinflusst die Steifigkeit des Lageraußenrings 4, jedoch nicht in dem Maße, wie die Aussparung S₁.
Der Einfluss der Aussparungen S₁, S₂ auf die Steifigkeit des Außenrings kann wiederum den in 4 dargestellten Diagrammen entnommen werden. Dabei zeigt das Diagramm in 4a den Einfluss der zweiten Aussparung S₂ bei einer angenommenen Breite B_S2 der Aussparung S₂ von 40% der Gesamtbreite B des Wälzlagers 1 bzw. des Lageraußenrings 4 und einer konstant gehaltenen Tiefe T_S1 der ersten Aussparung S₁ von 1 mm und einer angenommenen Breite B_S1 der ersten Aussparung S₁ von 60% der Gesamtlänge B. Analog zeigt das Diagramm in 4b den Einfluss der ersten Aussparung S₁ bei konstant gehaltener zweiten Aussparung S₂.
Wie dem Vergleich der Diagramme zu entnehmen, ist der Einfluss der ersten Aussparung S₁ deutlich größer als der der zweiten Aussparung S₂.
Wie oben stehend dargelegt, kann man also eine angeglichene Steifigkeit der Innen- und Außenringe erreichen, indem sowohl die Breite B_Si als auch die Tiefe T_Si der Aussparungen S₁ und S₂ entsprechend berechnet und angepasst werden. Gleichzeitig hat sich jedoch auch gezeigt, dass selbst bei einer relativen Angleichung der Steifigkeit in einen Bereich von 20% bis 30% bereits eine verbesserte gleichmäßigere axiale Kraftverteilung erreicht werden kann.
Insgesamt können über das Eindrehen der mindestens einen Aussparung in den Außenring auch bei bestehenden Außenringen unterschiedliche Steifigkeiten bereitgestellt werden. Dadurch entsteht der Vorteil, dass keine teuren Werkzeuge für die Neugestaltung der Außenringe beschafft werden müssen, sondern die gleichen Außenringe für unterschiedliche Steifigkeitsansprüche bei verschiedenen Lagern verwendbar sind. Dadurch kann auf spezielle Steifigkeitsanforderungen direkt und kostengünstig reagiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: Lagerinnenring
4: Lageraußenring
6: Wälzkörper
8: Teilkreis
12, 14: Lastbereich der Lagerringe
16, 18: Lastabstützung am Lagerring
22, 24: Lauffläche
S₁: erste Aussparung
S₂: zweite Aussparung
B: Gesamtbreite des Lagerrings
B_S1: axiale Breite der ersten Aussparung
B_S2: axiale Breite der zweiten Aussparung
T_S1: Tiefe der ersten Aussparung
T_S2: Tiefe der zweiten Aussparung
D_IR1: erster Außendurchmesser des Innenrings
D_IR2: zweiter Außendurchmesser des Innenrings
d_OR1: erster Innendurchmesser des Außenrings
d_OR,S1: erster Innendurchmesser des Außenrings bei der ersten Aussparung
d_OR,S2: erster Innendurchmesser des Außenrings bei der zweiten Aussparung
d_OR2: zweiter Innendurchmesser des Außenrings
D_OR: Außendurchmesser des Außenrings

Claims

Wälzlager (1), insbesondere Kugellager, mit zumindest einem Außenring (4) und einem Innenring (2), zwischen denen mindestens ein Wälzkörper (6) angeordnet ist, wobei Außenring (4) eine erste Steifigkeit und der Innenring (2) eine zweite Steifigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steifigkeit des Außenrings (4) über mindestens eine im Außenring (4) angeordnete Aussparung (S₁; S₂) definiert ist.
Wälzlager (1) nach Anspruch 1, wobei die erste Steifigkeit des Außenrings (4) über eine axiale Breite (B_S1; B_S2) und/oder eine radiale Tiefe (T_S1; T_S2) der mindestens einen Aussparung (S₁; S₂) definiert ist.
Wälzlager (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Aussparung (S₁) sich in Umfangsrichtung entlang eines Außenumfangs (D_OR) des Außenrings (4) erstreckt.
Wälzlager (1) nach Anspruch 3, wobei die mindestens eine Aussparung (S₁) eine axiale Breite (B_S1) aufweist, die im Wesentlichen einem Durchmesser der Wälzkörper (6) entspricht.
Wälzlager (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die axiale Breite (B_S1) der Aussparung (S₁) ungefähr 40% bis 80%, insbesondere 50% bis 70% einer axialen Gesamtlänge (B) des Außenrings (4) ist.
Wälzlager (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die mindestens eine Aussparung (S₁) im Bereich der Wälzkörper (6) angeordnet ist.
Wälzlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wälzlager (1) als Schrägkugellager ausgeführt ist, und der Außenring (4) einen ersten Innendurchmesser (d_OR1) und einen zweiten Innendurchmesser (d_OR2) aufweist, wobei der erste Innendurchmesser (d_OR1) größer ist als der zweite Innendurchmesser (d_OR2) und wobei die mindestens eine Aussparung (4) über eine radiale Vergrößerung des ersten Innendurchmessers (d_OR,S1) ausgebildet ist.
Wälzlager (1) nach Anspruch 7, wobei eine axiale Breite (B_S2) der Aussparung (S₂) am Innendurchmesser 20% bis 40% der Gesamtlänge (B) des Außenrings (4) entspricht.
Wälzlager (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei mindestens eine weitere Aussparung (S₁) nach einem der Ansprüche 3 bis 6 vorgesehen ist.
Wälzlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die erste Steifigkeit des Außenrings (4) um weniger als 40% von der zweiten Steifigkeit des Innenrings (2) unterscheidet.
Mehrreihige Wälzlageranordnung mit zumindest einem ersten Wälzlager und einem zweiten Wälzlager, wobei zumindest eines der Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.