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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit zwei Wälzlagern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In zahlreichen industriellen Anwendungen, beispielsweise bei Ritzellagern von Kraftfahrzeugsachsantrieben, werden zur Aufnahme von Radial- und Axiallasten durch eine Achse oder Welle Lageranordnungen mit zwei oder mehr Wälzlagern eingebaut, die gegeneinander vorgespannt sind, um eine Steifigkeit der Lageranordnung zu verbessern und/oder um eine Laufgenauigkeit zu erhöhen.
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Im Allgemeinen weisen derartige Lageranordnungen zumindest zwei, meist spiegelbildlich angeordnete, Wälzlager, insbesondere Kegelrollen-, Schrägzylinderrollen- oder Schrägkugellager, auf, mit einem Lageraußenring und einem Lagerinnenring, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind. Grundsätzlich kann dabei zwischen einer O-Anordnung und einer X-Anordnung der Wälzlager unterschieden werden, wobei bei einer O-Anordnung eine Anstellung der Wälzlager in der Regel über die Lagerinnenringe und bei einer X-Anordnung die Anstellung in der Regel über die Lageraußenringe erfolgt. Um eine Vorspannung der Lageranordnung bereitzustellen, sind der Lagerinnenring und/oder der Lageraußenring zumindest eines der beiden Wälzlager in axialer Richtung relativ verschiebbar ausgebildet.
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Oft kommt es jedoch während des Betriebs der Wälzlager zu einer Veränderung der Lagervorspannung, insbesondere zu einem Abfallen der Lagervorspannung. Diese kann beispielsweise in einer Zunahme der Lagerluft resultieren, wobei die Lagerluft als Gesamtabstand definiert ist, um den der eine Lagerring relativ zu dem anderen Lagerring in axialer und/oder radialer Richtung verschiebbar ist. Wird die Lagerluft zu groß, kann es zu einer Schiefstellung der Wälzkörper kommen, was wiederum zu einem hohen Verschleiß und einer erhöhten Reibung der Lageranordnung führen kann, so dass sich die Lebensdauer der Lageranordnung verkürzt.
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Bisher ist ein Einfluss auf die Änderung der Lagervorspannung nur in einem Anfangszustand während der Fertigung und/oder der Montage der Lageranordnung möglich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Lageranordnung bereitzustellen, die ein Nachstellen der sich ändernden Lagervorspannung im Betrieb der Lageranordnung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lageranordnung nach Anspruch 1 gelöst.
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Im Folgenden wird eine Lageranordnung mit mindestens zwei Wälzlagern vorgestellt, die zwischen sich einen Lagerinnenraum ausbilden, und die einen Lagerinnenring und einen Lageraußenring umfassen, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind. Dabei kann der Lageraußenring und/oder der Lagerinnenring einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein. Vorzugsweise ist zumindest eines der Wälzlager als Schräglager, wie beispielsweise Kegelrollenlager, Schrägzylinderrollenlager oder Schrägkugellager, ausgebildet. Die Wälzkörper können optional in einem Lagerkäfig aufgenommen sein. Weiterhin ist mindestens eines der beiden Wälzlager durch ein relatives Verschieben des Lagerinnenrings und/oder des Lageraußenrings in axialer Richtung vorspannbar.
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Um einen Einfluss auf eine Änderung der Lagervorspannung während eines Betriebs der Lageranordnung ausüben zu können, insbesondere um einem Abfallen der Lagervorspannung entgegenzuwirken, ist zwischen zumindest zwei Lagerinnenringen und/oder zwischen zumindest zwei Lageraußenringen zumindest ein deformierbares Ausgleichselement angeordnet, das dazu ausgelegt ist, sich im Betrieb der Lageranordnung bei einer im Wesentlichen axialen Kraftbeaufschlagung zu verformen. Dabei wird die auf das deformierbare Ausgleichselement wirkende, vorzugsweise mechanische, axiale Kraft durch ein im Wesentlichen axiales Aufeinanderzubewegen der beiden Lagerinnenringe oder der beiden Lageraußenringe bereitgestellt. Die axiale Kraftbeaufschlagung kann auch über die Bewegung nur eines der beiden Lagerinnenringe oder nur eines der beiden Lageraußenringe erfolgen. Des Weiteren kann die axiale Kraftbeaufschlagung auch direkt oder indirekt über zumindest ein Zwischenelement, das zwischen den beiden Lagerinnenringen und/oder zwischen den beiden Lageraußenringen angeordnet sein kann, erfolgen. Dabei kann das Zwischenelement beispielsweise verklemmt oder verschraubt sein. Das Zwischenelement wird weiter unten ausführlicher beschrieben. Durch das deformierbare Ausgleichselement kann ein direktes Aufeinandertreffen der beiden Lagerinnenringe und/oder der beiden Lageraußenringe im Betrieb der Lageranordnung zumindest verzögert bzw. vermieden werden. Die Lagervorspannung kann somit im Betrieb der Lageranordnung zumindest über eine gewisse Zeit aufrechterhalten bleiben und eine zu große Lagerluft zwischen dem Lagerinnenring und dem Lageraußenring kann verhindert werden. Eine Schiefstellung bzw. ein Verklemmen der Wälzkörper oder eine erhöhte Reibung der Lageranordnung ist somit vermeidbar, wodurch sich wiederum die Lebensdauer der Lageranordnung erhöht.
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In diesem Zusammenhang umfasst der Begriff „im Betrieb“ eine Betriebsdauer von einem Zeitpunkt nach einer Montage der Lageranordnung, das heißt, ab einer Inbetriebnahme der Lageranordnung und während ihrer Benutzung. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung umfassen die Begriffe „im Wesentlichen axial“ bzw. „im Wesentlichen radial“ jeweils die exakte Position und auch kleine Abweichungen von dieser Position.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist das Ausgleichselement ein deformierbares Material auf. Dabei ist bevorzugt, wenn es sich bei dem deformierbaren Material um ein kriechfähiges Material handelt, das sich durch ein kontrolliertes Kriechverhalten auszeichnet, und das bei einer mechanischen Kraftbeaufschlagung verformbar ist. Vorzugsweise weist das Material eine langsame Kriechkurve auf, so dass das Ausgleichselement über einen langen Zeitraum deformierbar ist. Weiterhin ist es durch die Verwendung eines Materials mit einer bekannten Kriechkurve möglich, die Deformation des Ausgleichselements über die Zeit bei einer bestimmten Belastung vorauszusagen, so dass auch Aussagen über die Lebensdauer der Lageranordnung möglich sind. Als Material für das Ausgleichselement können beispielsweise Metalle, wie Blei, Zinn, Zink, Aluminium oder Magnesium, oder auch Kunststoffe in Frage kommen. Die Kunststoffe können vorzugsweise Glasfasern aufweisen, um eine Festigkeit des Ausgleichselements zu erhöhen.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Ausgleichselement ein weicheres Material als der Lagerinnenring und/oder als der Lageraußenring auf. Dadurch kann sichergestellt werden, dass sich der Lagerinnenring und/oder der Lageraußenring nicht verformt, sondern nur das Ausgleichselement. Zudem weisen der Lagerinnenring und/oder der Lageraußenring eine ausreichend große Härte und Festigkeit auf, um das Ausgleichselement bei einem Kontakt zu deformieren.
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In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist das Ausgleichselement, in einem Querschnitt, eine im Wesentlichen axiale Länge und eine im Wesentlichen radiale Breite auf. Durch die axiale Kraftbeaufschlagung im Betrieb der Lageranordnung nimmt die axiale Länge ab, während die radiale Breite zunimmt. Vorzugsweise verformt sich das Ausgleichselement durch die axiale Kraftbeaufschlagung derart, dass es im Wesentlichen radial in Richtung Lagerinnenraum expandiert. Über eine vorher bekannte axiale Länge und/oder radiale Breite des Ausgleichselements kann ein kontrollierbarer Nachstellbereich der sich vergrößernden Lagerluft bereitgestellt werden, so dass kritische Lagerluftzustände über die Betriebsdauer vermeidbar sind.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist zumindest ein Lagerinnenring und/oder zumindest ein Lageraußenring eine sich im Wesentlichen radial in Richtung Lagerinnenraum erstreckende Stirnfläche auf, die eine Ausnehmung aufweist, in der das Ausgleichselement angeordnet ist. Dabei erstreckt sich die Ausnehmung vorzugsweise von einer zu einem Außenbereich der Lageranordnung angeordneten Seitenfläche des Lagerinnenrings und/oder des Lageraußenrings in einem Teilbereich der Stirnfläche im Wesentlichen radial in Richtung Lagerinnenraum, so dass sich ein Absatz in der Stirnfläche ausbildet. Des Weiteren kann, gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel, die Ausnehmung eine im Wesentlichen radiale Breite aufweisen, die größer ausgebildet ist, als die im Wesentlichen radiale Breite des Ausgleichelements zumindest vor Inbetriebnahme der Lageranordnung. Dadurch kann sich vor Inbetriebnahme zwischen dem Ausgleichselement und der Ausnehmung ein, sich vorzugsweise in Richtung Lagerinnenraum erstreckender, Raum ausbilden. Wird das Ausgleichselement im Betrieb der Lageranordnung mit der axialen Kraft beaufschlagt, nimmt, wie oben beschrieben, dessen axiale Länge ab, während dessen radiale Breite zunimmt. Dabei kann sich die radiale Breitenzunahme des Ausgleichselements innerhalb des Raumes bis zu dem Absatz der Ausnehmung erstrecken.
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Durch die vor Inbetriebnahme der Lageranordnung bekannten geometrischen Maße der Ausnehmung und/oder des Ausgleichselements kann eine vordefinierte Endposition für die Deformation des Ausgleichselements bereitstellgestellt werden, so dass der Nachstellbereich vorgegeben werden kann und kontrollierbar ist. Somit sind auch Aussagen über die Lebensdauer der Lageranordnung möglich.
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Weiterhin weist, gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel, die Ausnehmung vor Inbetriebnahme der Lageranordnung eine axiale Länge auf, die kürzer ausgebildet ist als die axiale Länge des Ausgleichelements. Dadurch kann ein kontrollierbarer Nachstellbereich der sich erweiternden Lagerluft bereitgestellt werden. Im Betrieb der Lageranordnung nimmt die axiale Länge des Ausgleichelements ab, bis die Lagerinnenringe und/oder die Lageraußenringe aneinanderstoßen und/oder bis die axiale Länge des Ausgleichelements in etwa der axialen Länge der Ausnehmung entspricht, und/oder bis die radiale Breitenzunahme des Ausgleichelements den Raum ausfüllt.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Ausnehmung ringförmig ausgebildet. Dabei kann die ringförmige Ausnehmung als umfängliche Nut ausgebildet sein. Die ringförmige Ausnehmung bietet den Vorteil, dass sich das Ausgleichselement bei der axiale Kraftbeaufschlagung gleichmäßig, insbesondere konzentrisch, nach radial außen ausdehnen kann. Alternativ ist es auch möglich, dass die Ausnehmung ringabschnittsförmig ausgebildet ist.
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In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das Ausgleichselement als Ring ausgebildet. Dadurch ist eine gleichmäßige, insbesondere konzentrische, radiale Ausdehnung des Ausgleichelements bei der Kraftbeaufschlagung in Richtung Lagerinnenraum möglich. Alternativ kann das Ausgleichselement als Ringabschnitt ausgebildet sein, beispielsweise um einen einfacheren Austausch des Ausgleichselements bei einem Defekt zu ermöglichen. Vorzugsweise ist die Ausnehmung ringförmig und das Ausgleichselement als Ring ausgebildet.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind mindestens zwei Wälzlager in einer O-Anordnung angeordnet, wobei das Ausgleichselement zwischen den beiden Lagerinnenringen angeordnet ist. Der Lageraußenring kann bei der O-Anordnung einstückig ausgebildet sein. Durch die axiale Kraftbeaufschlagung, die aus dem Aufeinanderzubewegen der beiden Lagerinnenringe resultiert, kann das Ausgleichselement, wie oben beschrieben, deformiert werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können mindestens zwei Wälzlager in einer X-Anordnung angeordnet sein, wobei das Ausgleichselement zwischen den beiden Lageraußenringen angeordnet ist. Dabei kann der Lagerinnenring, beispielsweise aus Montagegründen, einstückig ausgebildet sein. Durch diese Anordnung kann das Ausgleichselement, wie oben beschrieben, durch die axiale Kraftbeaufschlagung, die aus dem Aufeinanderzubewegen der beiden Lageraußenringe resultiert, deformiert werden.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zwischen zumindest zwei Lagerinnenringen und/oder zwischen zumindest zwei Lageraußenringen zumindest ein Zwischenelement angeordnet. Dabei kann zwischen einem Lagerinnenring und einem Zwischenelement und/oder zwischen einem Lageraußenring und einem Zwischenelement und/oder zwischen zwei Zwischenelementen zumindest ein Ausgleichselement, wie oben beschrieben, angeordnet sein. Bei dem Zwischenelement kann es sich beispielsweise um einen Zwischenring oder um eine Buchse handeln, die als Stützelemente bei der X- bzw. O-Anordnung dienen können. Des Weiteren kann ein Zwischenelement dazu dienen, Reibungswärme besser abzuführen und/oder eine Zu- bzw. Abführung eines Schmierstoffs in bzw. aus dem Lagerinnenraum zu verbessern.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen definiert. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
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Es zeigen:
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1: eine schematische Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Lageranordnung;
und
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2: eine schematische Detailschnittansicht des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.
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Im Folgenden werden gleiche bzw. funktionell gleich wirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt eine schematische Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Lageranordnung 1 vor einer Inbetriebnahme der Lageranordnung 1, wobei die Lageranordnung 1 als ein Drehkranzlager ausgebildet ist. In der 2 ist eine schematische Detailansicht des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels dargestellt.
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Wie in 1 gezeigt, weist die Lageranordnung 1 zwei Wälzlager 2, 4 auf, die einen gemeinsamen einstückig als Zahnrad ausgebildeten Lageraußenring 6 und jeweils zwei zueinander beabstandete Lagerinnenringe 8, 10 aufweisen. Dabei bilden die beiden Wälzlager 2, 4 zwischen sich einen Lagerinnenraum 12 aus. Weiterhin zeigt 1, dass zwischen dem Lageraußenring 6 und den Lagerinnenringen 8, 10 Wälzkörper 14, 16 angeordnet sind, die optional in einem Lagerkäfig 18, 20 aufgenommen sein können.
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Die beiden Wälzlager 2, 4 der Lageranordnung 1 sind gegeneinander vorgespannt, um eine hohe Steifigkeit der Lageranordnung 1 bereitstellen zu können. Dabei ist die in 1 gezeigte Lageranordnung 1 als ein zweireihiges Kegelrollenlager ausgebildet, das in einer O-Anordnung angeordnet ist. Prinzipiell ist jedoch auch der Einsatz anderer Schräglager, wie zum Beispiel Schrägzylinderrollenlager oder Schrägkugellager, möglich.
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Um ein Abfallen der Lagervorspannung im Betrieb der Lageranordnung 1 zu verhindern, ist, wie in den 1 und 2 gezeigt, ein deformierbares Ausgleichselement 22 zwischen den beiden Lagerinnenringen 8, 10 vorgesehen, das dazu ausgelegt, sich bei einer axialen Kraftbeaufschlagung Fa während des Betriebs der Lageranordnung 1 zu verformen. Dazu weist das Ausgleichselement 22 ein kriechfähiges Material, beispielsweise ein Metall oder einen Kunststoff, auf. Das Material des Ausgleichselements 22 kann weicher als das Material der Lagerinnenringe 8, 10 sein, um bei der Kraftbeaufschlagung deformierbar zu sein und um sicherzustellen, dass nur das Ausgleichselement 22, nicht aber die Lagerinnenringe 8, 10 deformiert werden. Bei der auf das Ausgleichselement 22 wirkenden axialen Kraft Fa handelt es sich um eine mechanische Kraft, die im Betrieb der Lageranordnung 1 durch ein Aufeinanderzubewegen der beiden Lagerinnenringe 8, 10 bereitgestellt wird. Generell kann die axiale Kraft Fa auch über ein Bewegen nur eines der beiden Lagerinnenringe 8; 10 erfolgen, beispielsweise wenn einer der beiden Lagerinnenringe 8; 10 fest montiert angeordnet ist. Bevor die beiden Lagerinnenringe 8, 10 direkt aufeinander treffen, kontaktieren sie das Ausgleichselement 22, das so über einen längeren Zeitraum verformt wird. Dadurch ist es möglich, die Lagervorspannung aufrechtzuerhalten und eine zu groß werdende Lagerluft zwischen den Lagerinnenringen 8, 10 und dem Lageraußenring 6 zu verhindern.
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Wie insbesondere in 2 dargestellt, weist das Ausgleichselement 22 im Querschnitt eine axiale Länge L1 und eine radiale Breite B1 auf. Bei einem Aufeinandertreffen des Ausgleichelements 22 und des Lagerinnenrings 10, im Betrieb der Lageranordnung 1, nimmt die axiale Länge L1 des Ausgleichelements 22 ab, während dessen radiale Breite B1 zunimmt.
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Wie in den 1 und 2 weiterhin gezeigt, weist der Lagerinnenring 8 eine sich im Wesentlichen radial in Richtung Lagerinnenraum 12 erstreckende Stirnfläche 24 auf, die wiederum eine Ausnehmung 26 aufweist, in der das Ausgleichselement 22 angeordnet ist. Die Ausnehmung 26 kann ringförmig oder ringabschnittsförmig ausgebildet sein. Dabei erstreckt sich die Ausnehmung 26, wie in den 1 und 2 dargestellt, von einer zu einem Außenbereich 28 angeordneten Seitenfläche 30 des Lagerinnenrings 8 radial in Richtung Lagerinnenraum 12, so dass sich ein Absatz 32 in der Stirnfläche 24 ausbildet. Durch die axiale Kraftbeaufschlagung Fa wird das Ausgleichselement 22 derart deformiert, dass dessen axiale Länge L1 abnimmt, während dessen radiale Breite B1 zunimmt. Dabei kann sich die Breitenzunahme bis zu dem Absatz 32 der Ausnehmung 26 erstrecken.
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Wie insbesondere in 2 gezeigt, weist die Ausnehmung 26 eine radiale Breite B2 auf, die größer ausgebildet ist, als die radiale Breite B1 des Ausgleichelements 22. Dadurch wird zwischen dem Ausgleichselement 22 und der Ausnehmung 26 ein, sich in Richtung Lagerinnenraum 12 erstreckender, Raum 34 ausgebildet, in den sich das Ausgleichselement 22 bei der axialen Kraftbeaufschlagung Fa radial erstrecken kann.
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Weiterhin weist die Ausnehmung 26 vor Inbetriebnahme der Lageranordnung 1 eine axiale Länge L2 auf, die kürzer ausgebildet ist, als die axiale Länge L1 des Ausgleichelements 22. Dadurch kommt es zu einer Ausbildung eines positiven Differenzbereichs ∆ des Ausgleichelements 22, durch den ein kontrollierbarer Nachstellbereich der sich erweiternden Lagerluft bereitgestellt werden kann. Im Betrieb der Lageranordnung 1 nimmt die axiale Länge L1 des Ausgleichelements 22 ab, bis sie in etwa der axialen Länge L2 der Ausnehmung 26 entspricht oder bis die radiale Breitenzunahme des Ausgleichelements 22 den Raum 34 ausfüllt, das heißt, B1 entspricht in etwa B2.
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Bei der in 1 gezeigten O-Anordnung ist das Ausgleichselement 22 zwischen den beiden Lagerinnenringen 8, 10 angeordnet. Das Ausgleichselement 22 kann auch bei einer X-Anordnung eingesetzt werden, wobei das Ausgleichselement 22 in diesem Fall vorzugsweise zwischen zwei Lageraußenringen angeordnet ist.
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Zusammenfassend kann mit Hilfe der vorgestellten Lageranordnung eine Lageranordnung bereitgestellt werden, mit der im Betrieb der Lageranordnung ein Einfluss auf eine Änderung der Lagervorspannung, insbesondere auf ein Abfallen der Lagervorspannung, genommen werden kann. Dazu weist die Lageranordnung zwischen zwei Lagerinnenringen und/oder zwischen zwei Lageraußenringen ein deformierbares Ausgleichselement auf, das dazu ausgelegt ist, sich im Betrieb der Lageranordnung bei einer im Wesentlichen axialen mechanischen Kraftbeaufschlagung zu verformen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lageranordnung
- 2, 4
- Wälzlager
- 6
- Lageraußenring
- 8, 10
- Lagerinnenring
- 12
- Lagerinnenraum
- 14, 16
- Wälzkörper
- 18, 20
- Lagerkäfig
- 22
- Ausgleichselement
- 24
- Stirnfläche
- 26
- Ausnehmung
- 28
- Außenbereich
- 30
- Seitenfläche
- 32
- Absatz
- 34
- Raum
- Fa
- axiale Kraftbeaufschlagung
- ∆
- Differenzbereich
- L1
- axiale Länge des Ausgleichelements
- L2
- axiale Länge der Ausnehmung
- B1
- radiale Breite des Ausgleichelements
- B2
- radiale Breite der Ausnehmung
