DE102015212311A1 - Lageranordnung - Google Patents

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DE102015212311A1
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Padelis Katsaros
Rene Romeis
Rainer Spies
Roland Haas
Dominique Shah
Volker Wendt
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1), umfassend zwei Wälzlager (2, 3) mit jeweils einem Innenring (4, 5) und einem Außenring (6, 7) sowie zwischen den Lagerringen angeordneten Wälzkörpern (8, 9), wobei die beiden Wälzlager (2, 3) durch relative Verschiebung der Innenringe (4, 5) und/oder der Außenringe (6, 7) in axiale Richtung (a) vorgespannt werden können, wobei an den Innenringen (4, 5) und/oder an den Außenringen (6, 7) Borde (10, 11) angeordnet sind, die einen axialen Anschlag für die Wälzkörper (8, 9) bilden, und wobei mindestens einer der Borde (10) relativ zu dem diesen tragenden Lagerring (4) in axiale Richtung (a) verstellbar auf dem Lagerring (4) angeordnet ist. Um die Vorspannung in der Lageranordnung einfacher und genauer einstellen zu können und dabei hinreichenden Raum für die benötigten Bauteile zu haben, sieht die Erfindung vor, dass der relativ zum Lagerring (4) verschiebbare Bord (10), als Bordring ausgebildet, einen ersten Abschnitt (12) aufweist, der mit einem Schiebesitz (14) auf dem Lagerring (4) verschiebbar ist, und dass der Bord (10) einen zweiten, dem ersten Abschnitt (12) benachbarten Abschnitt (13) aufweist, der ein Gewinde (15) umfasst, wobei das Gewinde (15) mit einem Gegengewinde (16) in Eingriff bringbar ist, das in ein separates Bauteil (17) eingearbeitet ist, wobei das separate Bauteil (17) axial beabstandet zum Lagerring (4) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, umfassend zwei Wälzlager mit jeweils einem Innenring und einem Außenring sowie zwischen den Lagerringen angeordneten Wälzkörpern, wobei die beiden Wälzlager durch relative Verschiebung der Innenringe und/oder der Außenringe in axiale Richtung vorgespannt werden können, wobei an den Innenringen und/oder an den Außenringen Borde angeordnet sind, die einen axialen Anschlag für die Wälzkörper bilden, und wobei mindestens einer der Borde relativ zu dem diesen tragenden Lagerring in axiale Richtung verstellbar auf dem Lagerring angeordnet ist.
  • Eine solche gattungsgemäße Lageranordnung ist bereits aus der DE 10 2012 221 297 A1 bekannt. Mit dieser vorbekannten Lösung wird es möglich, zwei zusammenwirkende Wälzlager, insbesondere Kegelrollenlager, gegeneinander axial vorzuspannen. Die Einstellung der Vorspannung wird hierbei dadurch erleichtert, dass der Bord relativ zu dem Lagerring, der diesen trägt, in axiale Richtung verstellbar auf dem Lagerring angeordnet ist; hierfür dient ein Gewinde, das in den Lagerring eingearbeitet ist, so dass der Bord mit einem entsprechenden Gegengewinde auf den Lagerring aufgeschraubt und somit axial eingestellt werden kann.
  • Noch nicht optimal ist bei der vorbekannten Lösung, dass für die Einstellung der Lagervorspannung bzw. eines entsprechenden Lagerspiels nur wenig Bauraum vorhanden ist, so dass es relativ schwierig ist, die benötigten Komponenten zu montieren und die Einstellung vorzunehmen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass es möglich wird, die Vorspannung in der Lageranordnung nach wie vor in genauer Weise vornehmen zu können, wobei jedoch gleichzeitig sichergestellt werden soll, dass ein hinreichenden Raum für die benötigten Bauteile zur Verfügung steht.
  • Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der relativ zum Lagerring verschiebbare Bord – als Bordring ausgebildet – einen ersten Abschnitt aufweist, der mit einem Schiebesitz auf dem Lagerring verschiebbar ist, und dass der Bord einen zweiten, dem ersten Abschnitt axial benachbarten Abschnitt aufweist, der ein Gewinde umfasst, wobei das Gewinde mit einem Gegengewinde in Eingriff bringbar ist, das in ein separates Bauteil eingearbeitet ist, wobei das separate Bauteil axial beabstandet zum Lagerring angeordnet ist.
  • Das separate Bauteil ist dabei bevorzugt unmittelbar angrenzend an den Lagerring angeordnet, wobei das separate Bauteil mit einer Stirnfläche an einer Stirnfläche des Lagerrings anliegt.
  • Das separate Bauteil ist dabei bevorzugt als hohlzylindrische Hülse (mit Außen- oder Innengewinde) ausgebildet.
  • Bevorzugt sind Mittel angeordnet, mit denen der Bordring auf dem separaten Bauteil axial fixiert ist bzw. axial fixiert werden kann. Diese Mittel werden nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch eine Kontermutter gebildet, die auf das separate Bauteil aufgeschraubt ist.
  • Die Mittel können nach einer alternativen Lösung auch durch einen Teil des zweiten Abschnitts des Bordrings gebildet werden, wobei dieser Teil im Bereich des Gegengewindes plastisch verformt ist bzw. wird. In diesem Falle ist bevorzugt vorgesehen, dass im separaten Bauteil mindestens eine sich in axiale Richtung ersteckende Nut eingearbeitet ist. Dabei ist hier vorzugsweise der erste Abschnitt des Bordrings zumindest abschnittsweise gehärtet, während der zweite Abschnitt des Bordrings zumindest abschnittsweise ungehärtet ist (und damit zum plastischen Verformen zwecks Fixierung ausgebildet). Der gehärtete Bereich des Bordes ist dabei bevorzugt mit einer Induktivhärtung gehärtet worden.
  • Durch den nicht gehärteten Bereich des Bordrings wird in einfacher Weise eine plastische Deformierbarkeit gewährleistet, so dass hier mit einem Hammerschlag Material beispielsweise und bevorzugt in die genannte Nut im separaten Bauteil eingeschlagen werden kann.
  • Eine weitere alternative Lösung sieht vor, dass die Mittel durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere durch eine Verlötung, durch eine Verschweißung oder durch eine Verklebung, gebildet werden.
  • Mit den genannten Mitteln ist es möglich, zunächst die Vorspannung der Lageranordnung präzise einzustellen und dann den verschieblichen Bord zu fixieren, um die eingestellte Vorspannung dauerhaft aufrecht zu erhalten.
  • Die beiden Wälzlager sind bevorzugt Kegelrollenlager.
  • Die Borde sind vorzugsweise an den Innenringen angeordnet. Natürlich kann in kinematischer Umkehrung auch vorgesehen werden, dass der Führungsbordring am jeweiligen Lageraußenringen angeordnet ist. Dabei sitzt dann bevorzugt das Gegengewinde auf dem Bordring, während ein Muttergewinde in das benachbarte separate Bauteil eingearbeitet ist.
  • Bei dem eingesetzten Gewinde handelt es sich bevorzugt um ein Feingewinde.
  • Hinsichtlich der genannten Sitzfläche ist bevorzugt vorgesehen, dass diese mit einer Spielpassung zu einer Gegensitzfläche am Lagerring toleriert ist; die Spielpassung ist dabei bevorzugt eng ausgeführt.
  • Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung stellt darauf ab, dass der verstellbare Bord mit einem Antriebsmittel, insbesondere mit einem Motor (Servomotor), in Verbindung steht, mit dem der Bord relativ zum Lagerring verdreht werden kann. Damit wird es möglich, im Betrieb der Lageranordnung die Vorspannung zu kontrollieren bzw. zu justieren.
  • Die erfindungsgemäße Lösung sieht also vor, dass das Gegengewinde, auf das der Bordring aufgeschraubt wird, nicht auf dem Lagerring selber sitzt, sondern auf einem axial benachbarten separaten Bauteil. Das Verlagern dieses Gegengewindes auf das benachbarte separate Bauteil hat den Vorteil, dass nunmehr genügend Bauraum (sowohl in axialer als auch in radialer Richtung) zur Verfügung steht, um insbesondere eine Kontermutter unterzubringen. Aber auch, wenn eine andere Art der axialen Fixierung des Bordrings auf dem separaten Bauteil vorgesehen wird (also entweder mit der oben genannten plastischen Verformung oder in anderer Weise wie beispielsweise mittels Verkleben, Verlöten oder Verschweißen – insbesondere Laserverschweißen – des Bordrings mit dem separaten Bauteil) kann dies bei verbesserten Bauraumverhältnissen erfolgen.
  • Die vorgeschlagene Ausgestaltung einer Lageranordnung erlaubt also eine noch einfachere Einstellung der Vorspannung einer Lagereinheit, insbesondere einer Kegelrollenlagereinheit, über die axiale Verschiebung eines Führungsbords.
  • Die genaue Einstellung der Vorspannung führt vorteilhafter Weise zu einer reduzierten Lagerreibung.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
  • 1 im Radialschnitt eine Lageranordnung, unter anderem umfassend zwei gegeneinander verspannte Kegelrollenlager,
  • 2 im Radialschnitt einen Wellenabschnitt mit einem Kegelrollenlager, das erfindungsgemäß axial vorgespannt ist, und
  • 3 in der Darstellung gemäß 2 eine alternative Ausgestaltung der Erfindung.
  • In 1 ist eine Lageranordnung 1 dargestellt, die zwei Kegelrollenlager 2 und 3 aufweist. Die beiden Kegelrollenlager 2, 3 haben jeweils einen Innenring 4 bzw. 5 und einen Außenring 6 bzw. 7. Zwischen den Lagerringen sind Wälzkörper 8 bzw. 9 angeordnet.
  • Die dargestellte Lageranordnung ist in O-Anordnung ausgeführt. Borde 10 und 11 an den Innenringen 4, 5 begrenzen die Beweglichkeit der Kegelrollen 8, 9 in axiale Richtung a.
  • Während einer der Borde 10 oder 11 des Innenrings 4, 5 klassisch als fester Bord am Innenring 4, 5 angeformt ist, gilt dies nicht für den anderen Bord. Dieser Bord ist als verstellbarer Bord ausgeführt, d. h. er kann in axiale Richtung auf dem Innenring verstellt werden.
  • Hierzu sind zwei bevorzugte Lösungsmöglichkeiten in den 2 und 3 dargestellt.
  • Dabei ist in allen Fällen vorgesehen, dass der relativ zum Lagerring 4 oder 5 verschiebbare Bord 10 oder 11 als Bordring ausgebildet ist, der einen ersten axialen Abschnitt 12 und einen zweiten axialen Abschnitt 13 aufweist. Der erste axiale Abschnitt 12 ist mit einem Schiebesitz 14 auf dem Lagerring 4 oder 5 verschiebbar angeordnet. Der einstückig mit dem ersten Abschnitt 12 ausgebildete zweite Abschnitt 13 des Bords 10 bzw. 11 weist ein Gewinde 15 auf; dieses ist in den Ausführungsbeispielen nach den 2 und 3 als Innengewinde ausgebildet. Unmittelbar an den Lagerring 4 bzw. 5 angrenzend ist ein hülsenförmiges separates Bauteil 17 angeordnet. Dieses weist ein Gegengewinde 16 auf, das mit dem Gewinde 15 im Bordring 12, 13 in Eingriff gebracht werden kann, d.h. der Bordring kann auf das separate Bauteil aufgeschraubt werden. Wie zu sehen, liegt das separate Bauteil 17 mit seiner Stirnfläche 18 an der Stirnfläche 19 des Lagerrings 4, 5 an.
  • Das separate Bauteil 17 selber ist mittels einer Klemmmutter 23 auf der Welle 24 festgelegt. Demgemäß kann durch entsprechendes Aufschrauben des Bordrings 12, 13 die axiale Lage der Anlagefläche des Bordrings 12, 13 für die Wälzkörper 8, 9 eingestellt werden.
  • Damit die so eingestellte axiale Vorspannung bzw. Lagerluft dauerhaft erhalten bleibt, sind Mittel 20, 21 zum axialen Fixieren des Bordrings 12, 13 auf dem separaten Bauteil 17 vorhanden.
  • Im Ausführungsbeispiel nach 2 werden diese Mittel durch eine Kontermutter 20 gebildet, die auf das separate Bauteil 17 gegen den Bordring 12, 13 aufgeschraubt ist.
  • Im Ausführungsbeispiel nach 3 ist indes der Bordring 12, 13 mit seinem zweiten Abschnitt 13 zur rechten Seite hin mit einem nicht gehärteten Bereich versehen, der im montierten Zustand axial in den Bereich einer Nut 22 hineinreicht, die in axiale Richtung a verläuft. Wird nun auf die Außenseite des Bordrings 12, 13 (siehe Pfeilspitze des Bezugszeichens 21 in 3) ein Schlag mit einem Hammer ausgeübt, verformt sich das Material in diesem Bereich und legt sich in die Nut 22. Ein Verdrehen des Bordrings 12, 13 relativ zum separaten Bauteil 17 ist dann nicht mehr möglich, so dass die eingestellte Vorspannung bzw. Lagerluft erhalten bleibt.
  • Demgemäß ergibt sich die Möglichkeit, nach Montage der dargestellten Lageranordnung 1 den verstellbaren Bord 10, 11 durch Verschraubung soweit relativ zum Innenring 4, 5 axial zu verschieben, dass sich in der Lageranordnung eine gewünschte Vorspannung bzw. Lagerluft ergibt. Dies kann erst zu dem Zeitpunkt erfolgen, zu dem bereits die Klemmmutter 23 auf die Welle 24 aufgeschraubt und festgezogen ist, d. h. wenn die Lagerinnenringe 4, 5 fest auf der Welle 24 montiert sind. Das Einstellen der Vorspannung kann daher unabhängig von der Montage und Festlegung der Lagerinnenringe 4, 5 auf der Welle 24 erfolgen.
  • Durch Drehen des verstellbaren Bords 10, 11 wird dann also die gewünschte Vorspannung eingestellt, was vorteilhaft, wie gesagt, unabhängig von dem Anziehen der Klemmmutter 23 erfolgen kann. Ist die gewünschte Endlage des Bords 10, 11 auf dem Innenring 4, 5 erreicht, kann diese durch Mittel 20, 21 fixiert werden, mit denen eine axiale Festlegung des Bords 10, 11 auf dem Innenring 4, 5 möglich ist.
  • Die in 1 eingetragenen Verspannkreise A und B sind voneinander getrennt, so dass es möglich ist, zunächst die Innenringe 4 und 5 zu klemmen, was durch Anziehen der Klemmmutter 23 erfolgt. Dies erfolgt mit der hier üblichen und nötigen hohen Klemmkraft. Anschließend wird die eigentliche Lagervorspannung über den verstellbaren Bord 10, 11 sehr genau eingestellt und das Gewinde 15, 16 mit den Mitteln 20, 21 gesichert.
  • Die Kräfte, die über den verstellbaren Bord 10, 11 einzuleiten nötig sind, um eine gewünschte Rollenvorspannung zu erzielen, sind zumeist um etwa eine Zehnerpotenz niedriger als die Kräfte, die benötigt werden, um die Innenringe 4, 5 zu verspannen. Dies erlaubt eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung: Hiernach kann insbesondere bei großen Lagereinheiten beispielsweise mittels eines Servomotors der mit dem Gewinde 15 versehene Bord 10, 11 je nach Betriebszustand (aktiv) axial so eingestellt werden (dann natürlich ohne Fixierung mit den Mitteln 20, 21), dass stets die optimale Vorspannung in der Lagereinheit herrscht.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Lageranordnung
    2
    Wälzlager
    3
    Wälzlager
    4
    Innenring
    5
    Innenring
    6
    Außenring
    7
    Außenring
    8
    Wälzkörper
    9
    Wälzkörper
    10
    Bord
    11
    Bord
    12
    erster Abschnitt des Bord/des Bordrings
    13
    zweiter Abschnitt des Bord/des Bordrings
    12, 13
    Bordring
    14
    Schiebesitz
    15
    Gewinde
    16
    Gegengewinde
    17
    separates Bauteil
    18
    Stirnfläche des separaten Bauteils
    19
    Stirnfläche des Lagerrings
    20, 21
    Mittel zum axialen Fixieren
    20
    Kontermutter
    22
    Nut
    23
    Klemmmutter
    24
    Welle
    a
    axiale Richtung
    A
    Verspannkreis
    B
    Verspannkreis
  • 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 102012221297 A1 [0002]

Claims (11)

  1. Lageranordnung (1), umfassend zwei Wälzlager (2, 3) mit jeweils einem Innenring (4, 5) und einem Außenring (6, 7) sowie zwischen den Lagerringen angeordneten Wälzkörpern (8, 9), wobei die beiden Wälzlager (2, 3) durch relative Verschiebung der Innenringe (4, 5) und/oder der Außenringe (6, 7) in axiale Richtung (a) vorgespannt werden können, wobei an den Innenringen (4, 5) und/oder an den Außenringen (6, 7) Borde (10, 11) angeordnet sind, die einen axialen Anschlag für die Wälzkörper (8, 9) bilden, und wobei mindestens einer der Borde (10) relativ zu dem diesen tragenden Lagerring (4) in axiale Richtung (a) verstellbar auf dem Lagerring (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der relativ zum Lagerring (4) verschiebbare Bord (10), als Bordring ausgebildet, einen ersten Abschnitt (12) aufweist, der mit einem Schiebesitz (14) auf dem Lagerring (4) verschiebbar ist, und dass der Bord (10) einen zweiten, dem ersten Abschnitt (12) benachbarten Abschnitt (13) aufweist, der ein Gewinde (15) umfasst, wobei das Gewinde (15) mit einem Gegengewinde (16) in Eingriff bringbar ist, das in ein separates Bauteil (17) eingearbeitet ist, wobei das separate Bauteil (17) axial beabstandet zum Lagerring (4) angeordnet ist.
  2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das separate Bauteil (17) unmittelbar angrenzend an den Lagerring (4) angeordnet ist, wobei das separate Bauteil (17) mit einer Stirnfläche (18) an einer Stirnfläche (19) des Lagerrings (4) anliegt.
  3. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das separate Bauteil (17) als hohlzylindrische Hülse ausgebildet ist.
  4. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (20, 21) angeordnet sind, mit denen der Bordring (12, 13) auf dem separaten Bauteil (17) axial fixiert ist.
  5. Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (20, 21) durch eine Kontermutter (20) gebildet werden, die auf das separate Bauteil (17) aufgeschraubt ist.
  6. Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (20, 21) durch einen Teil des zweiten Abschnitts (13) des Bordrings (12, 13) gebildet werden, wobei dieser Teil im Bereich des Gegengewindes (16) plastisch verformt ist.
  7. Lageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im separaten Bauteil (17) mindestens eine sich in axiale Richtung (a) ersteckende Nut (22) eingearbeitet ist.
  8. Lageranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (12) des Bordrings (12, 13) zumindest abschnittsweise gehärtet ist und dass der zweite Abschnitt (13) des Bordrings (12, 13) zumindest abschnittsweise ungehärtet ist.
  9. Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (20, 21) durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere durch eine Verlötung, durch eine Verschweißung oder durch eine Verklebung, gebildet werden.
  10. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wälzlager (2, 3) Kegelrollenlager sind.
  11. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Borde (10, 11) an den Innenringen (4, 5) angeordnet sind.
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