DE102017108862A1

DE102017108862A1 - Lageranordnung

Info

Publication number: DE102017108862A1
Application number: DE102017108862.8A
Authority: DE
Inventors: Sreepal Rajan Singh Negi; Pramod Francis
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2018-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, umfassend ein Wälzlager (19) mit einem Innenring (20), einem Außenring (21) und dazwischen wälzenden Wälzkörpern (22), wobei der Außenring (21) ein Rad (5) oder eine Rolle trägt, und wobei der Innenring (20) auf einem ihn durchgreifenden, eine Drehachse bildenden Achsbauteil (11) aufsitzt, wobei das Achsbauteil (11) einen länglichen Achszapfen (12) und einen diesen tragenden Teller (13) aufweist, welcher Teller (13) das Wälzlager (19) axial übergreift.
Diese Lageranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass das Rad (5) oder die Rolle an einer Seite im Bereich der Innenkante einen umlaufenden Konus (27) oder Ringfalz (31) aufweist, und dass der Teller (13) randseitig eine formkompatible Eingriffsgeometrie (28) aufweist, mit der er in den Konus (27) oder den Ringfalz (31), über einen Spalt (30) von dem Konus (27) oder dem Ringfalz (31) beabstandet, eingreift.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring und dazwischen wälzenden Wälzkörpern, wobei der Außenring ein Rad oder eine Rolle trägt, und wobei der Innenring auf einem ihn durchgreifenden, eine Drehachse bildenden Achsbauteil aufsitzt, wobei das Achsbauteil einen länglichen Achszapfen und einen diesen tragenden Teller aufweist, welcher Teller das Wälzlager axial übergreift.
Hintergrund der Erfindung
Eine solche Lageranordnung, über die ein Rad oder eine Rolle gelagert ist, kommt beispielsweise bei Webschiffchen von Rundwebmaschinen zum Einsatz. Ein solches Webschiffchen umfasst einen Tragkörper, der über mehrere Rollen gelagert ist und auf einer Ringbahn läuft. Die Rollen umfassen zumeist zwei Führungsrollen, sogenannte „shuttle wheels“ über die das Webschiffchen an einem Axialflansch geführt ist. Ihnen gegenüberliegend sind am Träger eine Stopperrolle sowie eine Conchoidrolle angeordnet. Zur Radialführung sind weitere, radial liegende Rollen oder Räder vorgesehen.
Insbesondere die Führungsrollen, also die „shuttle wheels“, sind im Betrieb dem dabei entstehenden Staub, beispielsweise Faser- oder Kalziumstaub, ausgesetzt. Dieser Staub dringt in den Bereich des Wälzlagers ein, und sammelt sich im Lauf der Zeit im Lagergehäuse an. Dies führt nach kurzer Zeit, üblicherweise wenigen Monaten, zum Ausfall des Wälzlagers, was einen relativ häufigen Tausch des Wälzlagers respektive der Lageranordnung erfordert. Die Verwendung von Kontaktdichtungen kommt nicht in Frage, da diese ein nicht erwünschtes Reibmoment erzeugen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lageranordnung anzugeben, bei der ein Zusetzen des Lagerbereichs stark reduziert respektive verhindert werden kann.
Beschreibung der Erfindung
Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Lageranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Rad oder die Rolle an einer Seite im Bereich der Innenkante einen umlaufenden Konus oder Ringfalz aufweist, und dass der Teller randseitig eine formkompatible Eingriffsgeometrie aufweist, mit der er in den Konus oder den Ringfalz, über einen Spalt von dem Konus oder dem Ringfalz beabstandet, eingreift.
Erfindungsgemäß zeichnet sich die Lageranordnung durch eine spezielle Geometrie sowohl am Rad oder an der Rolle sowie dem positionsfesten Teller aus. Das Rad oder die Rolle ist im Bereich der Innenkante mit einer Aufnahmegeometrie in Form eines Konus oder eines Ringfalzes versehen. Der in das Rad oder die Rolle eingesetzte Lagerzapfen ist so ausgeführt, dass der Teller einerseits eine entsprechende Eingriffsgeometrie aufweist, die formkompatibel zum Ringfalz oder dem Konus am Rad oder an der Rolle ist, zum anderen ist der Teller derart positioniert, dass er mit seiner Eingriffsgeometrie in die Aufnahmegeometrie am Rad oder an der Rolle eingreift. In der Montagestellung übergreift folglich der Teller die Rad- oder Rollenbohrung respektive -felge, in der das Wälzlager aufgenommen ist, es ergibt sich ein radialer Übergriff. Da erfindungsgemäß die Eingriffsgeometrie über einen Spalt von dem Ringfalz oder dem Konus beabstandet ist, ergibt sich demzufolge eine Art Spaltdichtung oder Labyrinthdichtung, die ein Eindringen von Staub weitestgehend unterbindet.
Darüber hinaus ergibt sich auch aufgrund strömungstechnischer Umstände eine Art Selbstreinigungseffekt. Denn im Betrieb rotiert das Rad oder die Rolle relativ zum positionsfesten Teller. Es sind also beispielsweise bei der Konusausführung im schräg nach außen verlaufenden Spalt unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten im inneren Spaltbereich und im äußeren Spaltbereich gegeben. Im Bereich des inneren Radius ist eine niedrigere Umfangsgeschwindigkeit als im äußeren Bereich gegeben. Dies führt dazu, dass im inneren Bereich respektive im Rad- oder Rolleninneren ein höherer Druck als außerhalb davon gegeben ist, so dass sich letztlich ein von innen nach außen gerichteter Luftstrom durch den Spalt zwischen dem Rad respektive der Rolle und dem Teller ergibt. Auch bei einer Ringfalz- oder Stufenanordnung ergibt sich eine derartige Luftströmung, da auch diese in dem ringförmig umlaufenden Spalt im Bereich des Radialabschnitts entsprechend unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten zeigt.
Damit wird erfindungsgemäß eine Lageranordnung angegeben, bei der ein Eindringen von Staub in den Lagerbereich weitestgehend verhindert wird, was die Lebensdauer der Lageranordnung deutlich erhöht.
Der Spalt sollte möglichst schmal sein und eine Breite von bevorzugt 0,3 - 3 mm aufweisen. Bei größerem Durchmesser kann er auch etwas breiter sein.
Der Teller weist zweckmäßigerweise einen ringförmigen, den Achszapfen umlaufenden Anschlagbund auf, mit dem er am Innenring abgestützt ist. Über diesen Anschlagbund kann der Teller entsprechend axial positioniert werden, so dass er in korrekter Position relativ zum Rad oder zur Rolle und damit zu der dortigen Aufnahmegeometrie positioniert ist und sich der Spalt in der gewünschten Breite ausbildet.
Das Rad oder die Rolle weisen bevorzugt einen ein- oder mehrteiligen Felgenkörper mit einem radial darauf vorgesehenen Laufbelag auf, wobei der Felgenkörper an der dem Teller gegenüberliegenden Seite radial nach innen gezogen ist. Einerseits ist der Felgenkörper mit der Aufnahmegeometrie in Form des Ringfalzes oder des Konus versehen, an der anderen Seite ist er radial nach innen gezogen, so dass sich wenn überhaupt nur ein schmaler Spalt zwischen dem an dieser Seite aus der Felge herauslaufenden Achszapfen und der Felge ergibt. Damit ist auch diese Seite weitgehend geschlossen, so dass auch über diese Seite kein Staub eindringen kann.
Schließlich kann eine an einem rad- oder rollenseitig, insbesondere dem Felgenkörper aufgesetzten Stützelement abgestützte und den hohlen Achszapfen durchsetzende Befestigungsschraube vorgesehen sein kann, die sich auch durch den Teller erstreckt. Diese Befestigungsschraube dient der Befestigung der Lageranordnung an einem Drittgegenstand, hier also beispielsweise dem Webschiffchenträger. Die Befestigungsschraube wird in eine geeignete Gewindebohrung am Träger eingeschraubt. Sie wird von der Seite, an der der Achszapfen austritt, eingeführt und stützt sich auf einem am Achszapfen festgelegten, den vorspringenden Achszapfen umgreifenden Stützelement ab. An der gegenüberliegenden Seite durchgreift die Befestigungsschraube den Teller in einer zentralen Bohrung, in der sie möglichst dicht aufgenommen ist und wird sodann in eine Innengewindebohrung am Träger eingeschraubt.
Neben der Lageranordnung selbst betrifft die Erfindung ferner ein Schlitten- oder Schiffchenbauteil, insbesondere ein Webschiffchen einer Rundwebmaschine, umfassend eine oder mehrere Lageranordnungen der beschriebenen Art. Dabei kann das Schlitten- oder Schiffchenbauteil einen Tragkörper aufweisen, an dem die oder jede Lageranordnung befestigt ist. Hierzu kann am Tragkörper eine Gewindebohrung vorgesehen sein, in die die Befestigungsschraube der oder einer jeden Lageranordnung eingeschraubt ist.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen in:

1 eine Prinzipdarstellung eines Schlitten- oder Schiffchenbauteils in Form eines Webschiffchens,
2 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Lageranordnung von der einen Seite,
3 eine Perspektivansicht der Lageranordnung aus 2 von der anderen Seite,
4 eine geschnittene Prinzipdarstellung durch die Lageranordnung aus den 2, 3 ohne Befestigungsschraube und Stützelement,
5 eine vergrößerte Teilansicht aus 4, und
6 eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Lageranordnung einer zweiten Ausführungsform ohne Darstellung der Befestigungsschraube sowie des Stützelements.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Schlitten- oder Schiffchenbauteil 1 in Form eines Webschiffchens, umfassend einen Tragkörper 2, der auch als Karosserie bezeichnet werden kann. An ihm sind in an sich bekannter Weise Halterungen 3 zur Aufnahme einer Spule, die hier nicht gezeigt ist, angeordnet.
Im Betrieb läuft das Webschiffchen auf einer Ringbahn einer Rundwebmaschine, wozu entsprechende Räder oder Rollen am Webschiffchen vorgesehen sind.
Zur Radialführung sind die radial gerichteten Rollen 4 vorgesehen, die jeweils paarweise an beiden Seiten des Tragkörpers 2 angeordnet sind.
Zur Axialführung sind zum einen zwei Führungsrollen 5 vorgesehen, die im Betrieb auf einem Axialflansch laufen. An der gegenüberliegenden Seite ist zum einen eine Stopperrolle 6 sowie eine Conchoid- oder Muschelrolle 7 angeordnet.
Zur Vermeidung, dass die Führungsrollen 5 im Betrieb aufgrund in den Lagerbereich eindringenden Staubes ausfallen, ist ein erfindungsgemäßes, spezielles Design der entsprechenden Lageranordnung vorgesehen.
2 zeigt in Form einer Perspektivansicht eine solche Lageranordnung 8, umfassend die eigentliche Führungsrolle 5 bestehend aus einem ein- oder mehrteiligen Felgenkörper 9, auf dem ein Laufbelag 10 aufgebracht ist. Der Felgenkörper 9 ist an einer Seite, siehe 2, offen, an der gegenüberliegenden Seite, siehe 3, ist der Felgenkörper 9 radial nach innen gezogen.
Im Inneren des Felgenkörpers ist, worauf nachfolgend noch eingegangen werden wird, ein Wälzlager mit Außenring, Innenring und Wälzkörpern vorgesehen.
Des Weiteren vorgesehen ist ein Achsbauteil 11, umfassend einen hohlen Achszapfen 12, der an der geschlossenen Seite des Felgenkörpers 9 austritt, siehe 2. Der Achszapfen 12 sitzt auf einem Teller 13, der an der gegenüberliegenden Felgenkörperseite angeordnet ist.
Des Weiteren vorgesehen ist ein am Achszapfen festgelegtes Stützelement 14, das in der zusammengebauten Stellung den Achszapfen 12 übergreift. Über eine Beilagscheibe 15 stützt sich eine Befestigungsschraube 16 mit ihrem Schraubenkopf auf den Stützelement ab. Der Schraubenschaft 17 läuft durch den hohlen Achszapfen 12 und tritt durch eine Bohrung 18 einer gegenüberliegenden Seite aus.
4 zeigt eine Schnittansicht durch die Lageranordnung 8 aus den 2 und 3, in der das erfindungsgemäße Design des Felgenkörpers sowie des Tellers gezeigt ist, über welches ein übermäßiges Eindringen von Staub in den Bereich des Wälzlagers vermieden wird. Gezeigt ist der Felgenkörper 9, der ein einteiliges Bauteil beispielsweise aus Stahl oder Aluminium ist. Er ist mit dem Laufbelag 10 versehen. In ihm aufgenommen ist ein Wälzlager 19 umfassend einen Innenring 20, einen Außenring 21 sowie dazwischen wälzende Wälzkörper 22, hier in Form von Kugeln, die auf entsprechenden Laufflächen am Außen- bzw. Innenring 20, 21 laufen. Gegebenenfalls sind die Kugeln in einem Käfig geführt.
Der Innenring 20 sitzt auf dem Achszapfen 12 des Achsbauteils 11 auf. Der Achszapfen 12 weist eine zylindrische Bohrung 23 auf, auch der Teller 13 weist eine entsprechende, exemplarisch schmälere Bohrung 24 auf, wobei der Schraubenschaft 18 durch beide Bohrungen 23, 24 greift. Die Bohrungen 23, 24 können aber auch gleiche Durchmesser aufweisen und direkt ineinander übergehen. Im Übergang vom Achszapfen 12 zum Teller 13 ist ein Anschlagbund 25 ausgebildet, mit dem der Teller 13 am Innenring 20 anliegt.
Das Felgenbauteil 9 weist im Bereich seiner Innenkante eine Aufnahmegeometrie 26, hier in Form eines Konus 27, auf, wobei sich der Konus nach außen hin erweitert.
Wie 4 deutlich zeigt, weist auch der Teller an seinem Rand eine entsprechende Eingriffsgeometrie 28 in Form eines formkompatiblen Konus 29 auf. In der Montageposition liegen folglich die beiden Konen 27, 29 benachbart zueinander, sie sind über einen zwangsläufig ebenfalls konischen Spalt 30 geringfügig voneinander beabstandet.
Ersichtlich wird durch diese Ausgestaltung eine großflächige Abdeckung des Inneren des Felgenbauteils 9, in dem das Wälzlager 19 verbaut ist, erreicht, nachdem der Teller 13 das Felgenbauteil 9 übergreift. Durch die einander axial überlagernden Konen 27, 29 wird eine Spaltdichtung gebildet, die ein Eindringen von Staub von außerhalb der Lageranordnung verhindert. Die Spaltbreite beträgt z. B. zwischen 0,5 - 3 mm, kann aber bei größeren Lageranordnungen auch größer sein.
Ein weiterer Vorteil dieser Spaltdichtung ist in 5 gezeigt. Hier ist in vergrößerter Darstellung das Felgenbauteil 9 im Kantenbereich mit dem Konus 27 sowie der Teller 13 mit seinem ebenfalls im Randbereich ausgebildeten Konus 29 und dem zwischen beiden gebildete Spalt 30 dargestellt.
Im Betrieb rotiert das Rad oder die Rolle, also das Felgenbauteil 9, um den Achszapfen 12, also um die Drehachse relativ zum positionsfesten Teller 13. Dies führt dazu, dass, bezogen auf den Spalt 30, im radial inneren Spaltbereich, der exemplarisch mit A gekennzeichnet ist, eine geringere Umfangsgeschwindigkeit gegeben ist, als im radial weiter außen liegenden Spaltbereich, der mit B gekennzeichnet ist. Das heißt, dass die Umfangsgeschwindigkeit von innen nach außen zunimmt. Dies führt wiederum dazu, dass im Inneren des Felgenbauteils 9, wo also das Wälzlager 19 montiert ist, von dem hier nur ausschnittsweise der Außenring 21 gezeigt ist, ein höherer Druck gegeben ist als außerhalb des Lagerbereichs. Dieser Druckunterschied führt dazu, dass sich ein Luftstrom von innen nach außen durch den Spalt 30 ergibt, wie durch den Pfeil P dargestellt ist.
Das heißt, dass im Betrieb nicht nur durch das deckelartige Abdecken des Lagerinneren durch den Teller 13 ein Eindringen von Staub verhindert wird, sondern darüber hinaus auch das Lager respektive die Lageranordnung quasi einen Selbstreinigungseffekt zeigt, indem im Betrieb der durch den Spalt 30 strömende Luftstrom nach außen zieht und einem Eindringen von Staub entgegenwirkt.
6 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Lageranordnung 8, wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
Vorgesehen ist auch hier ein exemplarisch einteiliges Felgenbauteil 9 mit Laufbelag 10, in dem das Wälzlager 19 mit Innenring 20, Außenring 21 und den Wälzkörpern 22 aufgenommen ist. Der Innenring 21 sitzt wiederum auf dem Achszapfen 12 des Achsbauteils 11, das auch hier den Anschlagbund 25 sowie den Teller 13 aufweist.
Bei dieser Erfindungsausgestaltung ist ebenfalls eine Aufnahmegeometrie 26 am Felgenbauteil 9 ausgebildet, hier in Form eines Ringfalzes 31, also einer stufenförmigen Geometrie. Die Eingriffsgeometrie 28 des Tellers 13 ist auch hier formkompatibel, es ist eine einfache, hier rechtwinklige Kantengeometrie 32 ausgebildet.
Auch hier ergibt sich folglich ein Spalt 30 zwischen dem rotierenden Felgenbauteil 9 und dem positionsfesten Teller 13. Dieser hat hier eine gewinkelte Form.
Da sich der Spalt 30 mit seinem inneren Spaltabschnitt radial erstreckt, sind auch hier entsprechende unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten des Felgenbauteils 9 bezogen auf die Spaltlänge gegeben, so dass auch hier ein durch den gewinkelten Spalt 30 strömender Luftstrom von innen nach außen ergibt.
Bezugszeichenliste

1: Schiffchenbauteil
2: Tragkörper
3: Halterung
4: Rolle
5: Führungsrad
6: Stopperrolle
7: Conchoid- oder Muschelrolle
8: Lageranordnung
9: Felgenkörper
10: Laufbelag
11: Aschbauteil
12: Achszapfen
13: Teller
14: Stützelement
15: Beilagscheibe
16: Befestigungsschraube
17: Schraubenschaft
18: Bohrung
19: Wälzlager
20: Innenring
21: Außenring
22: Wälzkörper
23: Bohrung
24: Bohrung
25: Anschlagbund
26: Aufnahmegeometrie
27: Konus
28: Eingriffsgeometrie
29: Konus
30: Spalt
31: Ringfalz
32: Kantengeometrie

Claims

Lageranordnung, umfassend ein Wälzlager (19) mit einem Innenring (20), einem Außenring (21) und dazwischen wälzenden Wälzkörpern (22), wobei der Außenring (21) ein Rad (5) oder eine Rolle trägt, und wobei der Innenring (20) auf einem ihn durchgreifenden, eine Drehachse bildenden Achsbauteil (11) aufsitzt, wobei das Achsbauteil (11) einen länglichen Achszapfen (12) und einen diesen tragenden Teller (13) aufweist, welcher Teller (13) das Wälzlager (19) axial übergreift, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad (5) oder die Rolle an einer Seite im Bereich der Innenkante einen umlaufenden Konus (27) oder Ringfalz (31) aufweist, und dass der Teller (13) randseitig eine formkompatible Eingriffsgeometrie (28) aufweist, mit der er in den Konus (27) oder den Ringfalz (31), über einen Spalt (30) von dem Konus (27) oder dem Ringfalz (31) beabstandet, eingreift.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (30) eine Breite zwischen 0,5 - 3 mm aufweist.
Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teller (13) einen ringförmigen, den Achszapfen (12) umlaufenden Anschlagbund (25) aufweist, mit dem er am Innenring (20) abgestützt ist.
Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad (5) oder die Rolle einen ein- oder mehrteiligen Felgenkörper (9) mit einem radial darauf vorgesehenen Laufbelag (10) aufweist, wobei der Felgenkörper (9) an der dem Teller (13) gegenüberliegenden Seite radial nach innen gezogen ist.
Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine an einem rad- oder rollenseitig, insbesondere dem Felgenkörper (9) aufgesetzten Stützelement (14) abgestützte und den hohlen Achszapfen (12) durchsetzende Befestigungsschraube (16) vorgesehen ist, die sich auch durch den Teller (13) erstreckt.
Schlitten- oder Schiffchenbauteil, insbesondere Webschiffchen einer Rundwebmaschine, umfassend eine oder mehrere Lageranordnungen (8) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Schlitten- oder Schiffchenbauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Tragkörper (2) aufweist, an dem die oder jede Lageranordnung (8) befestigt ist.
Schlitten- oder Schiffchenbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Tragkörper (2) eine Gewindebohrung vorgesehen ist, in die die Befestigungsschraube (16) der oder einer jeden Lageranordnung (8) eingeschraubt ist.