-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager, das insbesondere für Dreh-Schwenk-Gelenke in Koordinaten Messsystemen einsetzbar ist.
-
Bei Dreh-Schwenk-Gelenken für die Koordinaten Messtechnik werden hohe Anforderungen an die Präzision und damit die Lagerung drehbarer Achsen gestellt. Hierzu kommen üblicherweise Wälzlager zum Einsatz. Um eine hohe Präzision insbesondere hinsichtlich Rund- und Planlauf und Kippsteifigkeit (Taumel ohne/mit Last) zu erzielen, werden in der Regel verspannte Lagersysteme eingesetzt. Diese können als Ausführung einreihige Systeme wie z.B. Vierpunktlager oder Kreuzrollenlager sein, oder Schrägkugel- oder Schrägrollenlager (Ausführung als Spindellager).
-
Grundsätzlich ist im Bereich der Sensorik mit einem begrenzten Bauraumvolumen und mit einer gewichtsoptimierten Konstruktion zu rechnen. Daher ist eine kompakte Bauweise stets anzustreben oder notwendig.
-
Häufig werden Wälzlager bisher mit dem Außenring in eine Gehäusestruktur über eine Klebverbindung befestigt. Die erforderlichen Parameter (Rund-, Planlauf, Taumel und Kippsteifigkeit) können erst in einem verklebten Zustand ermittelt werden. In diesem Zustand können die Parameter folglich nicht mehr beeinflusst bzw. verändert werden.
-
Es kommt ferner hinzu, dass die Klebung und deren Alterung einen signifikanten Einfluss auf die Parameter hat. Aus diesen Gründen ist eine exakte Kippsteifigkeit (kleines Toleranzband) häufig nicht im gewünschten Ausmaß realisierbar. Des Weiteren sind in dieser Befestigung bei bestimmten Maßen sehr kleine Fertigungstoleranzen notwendig. Dies macht den Herstellungsprozess teuer und instabil.
-
Kommerziell erhältliche Spindellager haben insofern dasselbe Problem. In der benötigten Präzisionsklasse werden i.d.R. der Innenring auf eine Welle gefügt (Sehrumpfsitz oder Klebung) und der Außenring unter einer entsprechenden Vorspannkraft in ein Gehäuse geklebt. Dann können die Laufeigenschaften aber erst in einem verklebten Zustand geprüft werden. In der Regel ist aber der geklebte Zustand irreversibel und es können keine Nachkorrekturen oder Anpassungen vorgenommen werden.
-
Die
DE 10 2015 218 863 A1 hatte sich die Aufgabe gestellt, auch bei engen Raumverhältnissen eine Vorspannung bzw. ein Lagerspiel in einer Wälzlager-Anordnung einfach und genau einzustellen. Angegeben wird dort eine Lageranordnung, umfassend zwei Wälzlager mit jeweils einem Innenring und einem Außenring sowie zwischen den Lagerringen angeordneten Wälzkörpern. Die beiden Wälzlager können durch relative Verschiebung der Innenringe und/oder der Außenringe in axiale Richtung vorgespannt oder mit einer gewünschten Lagerluft versehen werden, wobei an den Innenringen und/oder an den Außenringen Borde angeordnet sind, die einen axialen Anschlag für die Wälzkörper bilden. Mindestens einer der Borde ist relativ zu dem diesen tragenden Lagerring in axiale Richtung verstellbar auf dem Lagerring angeordnet. Der verstellbare Bord sowie der Lagerring sind mit einem Gewinde versehen, so dass der Bord durch Verdrehen in axiale Richtung relativ zum Lagerring verstellbar ist. Das Gewinde kann ein Feingewinde sein. Die erwähnte Lageranordnung ist insbesondere für Hinterachsgetriebe gedacht und stellt damit eine vergleichsweise groß dimensionierte Lageranordnung dar.
-
Für Standard Wälzlagerringe werden i.d.R. härtbare rostfreie Stähle verwendet, beispielsweise mit einer Vickers-Härte von >500HV. Üblicherweise werden die Lagerringe vorbearbeitet, gehärtet und anschließend die Laufbahnen im Finish geschliffen und poliert. Bei diesem Fertigungsverfahren ist ein Feingewinde nicht realisierbar, da sich durch den Verzug beim Härten nicht mehr verwenden lässt, wenn das Feingewinde vor dem Härten eingebracht wurde. Nach dem Härten kann das Feingewinde eingeschliffen werden, was unwirtschaftlich und technisch schwierig oder in der für eine Anwendung in Dreh-schwenk-Gelenken erforderlichen Feinheit momentan nicht darstellbar ist.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, für oben genannte Probleme eine Lösung anzugeben. Insbesondere sollte ein verbessertes kompaktes Wälzlager angegeben werden, das hinsichtlich seiner Laufeigenschaften, insbesondere der Kippsteifigkeit, auch im eingebauten Zustand präzise einstellbar ist.
-
Angegeben wird von der vorliegenden Erfindung ein Wälzlager, aufweisend
- - mehrere erste Wälzkörper die eine erste Wälzkörperreihe bilden,
- - einen Innenring mit einer ersten inneren Lauffläche für die ersten Wälzkörper
- - einen Außenring mit einer ersten äußeren Lauffläche für die ersten Wälzkörper
wobei zumindest der Innenring oder der Außenring einen ersten Ringteil und einen zweiten Ringteil aufweisen,
wobei der erste Ringteil mit einem ersten Gewinde versehen ist und der zweite Ringteil mit einem zweiten Gewinde versehen ist und der erste Ringteil und der zweite Ringteil über das erste Gewinde und das zweite Gewinde miteinander verschraubt sind und durch Verdrehen relativ zueinander in axialer Richtung beweglich sind,
wobei
- - der erste Ringteil die erste innere Lauffläche aufweist, wenn der erste Ringteil Teil des Innenrings ist, und, sofern nur eine erste Wälzkörperreihe vorhanden ist, der zweite Ringteil eine zweite innere Lauffläche für die ersten Wälzkörper aufweist oder
- - der erste Ringteil die erste äußere Lauffläche aufweist, wenn der erste Ringteil Teil des Außenrings ist, und, sofern nur eine erste Wälzkörperreihe vorhanden ist, der zweite Ringteil eine zweite äußere Lauffläche für die ersten Wälzkörper aufweist
und durch Verdrehen des ersten Ringteils und des zweiten Ringteils relativ zueinander eine Vorspannkraft des Wälzlagers einstellbar ist,
wobei der erste Ringteil aus einem ringformbildenden Material gebildet ist, das im Bereich der ersten inneren oder der ersten äußeren Lauffläche mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet ist, sodass die betreffende Lauffläche aus dem Beschichtungsmaterial gebildet ist, wobei das Beschichtungsmaterial eine größere Härte aufweist als das ringformbildende Material
und wobei das erste Gewinde in das ringformbildende Material eingebracht ist, und wobei, sofern nur eine erste Wälzkörperreihe vorhanden ist, der zweite Ringteil aus einem ringformbildenden Material gebildet ist, das im Bereich der zweiten inneren Lauffläche oder der zweiten äußeren Lauffläche mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet ist, sodass die betreffende Lauffläche aus dem Beschichtungsmaterial gebildet ist, wobei das Beschichtungsmaterial eine größere Härte aufweist als das ringformbildende Material.
-
Es ist erfindungsgemäß möglich, ein einreihiges Lager oder ein mehrreihiges Lager, insbesondere zweireihiges Lager, vorzusehen. Nur im Fall eines einreihigen Lagers mit nur einer ersten Wälzkörperreihe, sind obige Einschränkungen („sofern nur eine erste Wälzkörperreihe vorhanden ist“) obligatorisch vorgesehen, um die Einstellung einer Lagervorspannung zu ermöglichen. Ein einreihiges Lager kann beispielsweise als 4-Punkt oder Kreuzrollenlager ausgebildet sein.
-
Nach einer Idee der Erfindung ist das ringformbildende Material des ersten Ringteils ein relativ weiches Material, in welches das erwähnte Gewinde einfach einbringbar ist, insbesondere in den kleinen Dimensionen, die für Wälzlager für Anwendungen in Dreh-Schwenk-Gelenken erforderlich sind. Das ringformbildende Material ist der Grundwerkstoff zumindest für den ersten Ringteil, in speziellen Ausführungsformen auch für den zweiten Ringteil oder für den gesamten Innenring oder den gesamten Außenring.
-
Nach einer weiteren Idee der Erfindung wird das ringformbildende Material im Bereich der ersten äußeren Lauffläche mit einer relativ harten Beschichtung versehen, um im Bereich der Lauffläche die benötigte Härte für eine dauerhafte und präzise Lagerung bereitzustellen.
-
Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass zum einen ein Feingewinde auf einfache Art und Weise in einem weicheren Material geschaffen werden kann und zum anderen die benötigte Härte dort bereitgestellt ist, wo sie erforderlich ist.
-
Durch die Erfindung werden in ihrer allgemeinen oder speziellen Ausführungsform einer oder mehrere der nachfolgenden Vorteile erzielt:
- • Eher weicheres Metall, beispielsweise auf nicht oder nicht gut härtbares, ist als Grundwerkstoff für die Lagerringe einsetzbar.
- • Eine Bearbeitung (Finish) der Lagerringe, insb. der Laufbahnen, kann werkzeuggeführt mit Diamantwerkzeugen auf einer Ultrapräzisons-Maschine erfolgen. Dadurch werden sehr exakte Laufbahncharakteristika und Genauigkeiten erhalten. Es hast sich nämlich gezeigt, dass das Beschichtungsmaterial, insbesondere wenn es Nickel oder eine Nickellegierung ist, nicht zwingend mit Hilfe eines Schleifprozesses bearbeitet werden muss. Stattdessen ist eine Bearbeitung auf einer Ultra-Präzisions-Drehmaschine, beispielsweise mit Diamantwerkzeugen, ermöglicht, die schwingungsfreier arbeitet. Hierdurch ist eine wellenarme Bearbeitung der Laufbahnen möglich und damit eine sehr hohe Laufbahnpräzision ermöglicht.
- • Kompakte Modulbauweise: das fertige, messbare Wälzlager, auch bezeichnet als Lagermodul, kann in die weitere Konstruktion mit Hilfe von Schraubverbindungen eingesetzt werden.
- • Das Lagermodul kann in seinen Laufeigenschaften gemessen und qualifiziert werden, ohne irreversiblen Klebeprozess.
- • Die Lagervorspannung und die daraus resultierende Kippsteifigkeit kann bei der Montage eingestellt werden. Des Weiteren ist es möglich, die Kippsteifigkeit zu jeglichem späteren Zeitpunkt nachzujustieren.
- • Die Kippsteifigkeit kann mit geringer Abweichung und reproduzierbar, damit prozessicher, eingestellt werden
- • Das Lagermodul ist jederzeit komplett demontierbar.
- • Ultra-Leichtbau ist möglich
- • bei dem Abstand der Laufbahnen zueinander, und auch bei den Wälzkörpern, ist keine extrem hohe Genauigkeit erforderlich. Eine Prozesssicherheit kann durch eine einstellbare Kippsteifigkeit trotz reduzierter Genauigkeitsanforderung erzielt werden.
-
Unter dem ringformbildenden Material ist das Material zu verstehen, aus dem der Ringkörper gebildet oder im Wesentlichen gebildet ist. Es wird auch, im Unterschied zu dem Beschichtungsmaterial, als Kernmaterial bezeichnet. Der Begriff Kernmaterial bedeutet aber nicht, dass die Beschichtung über die gesamte Oberfläche des Kernmaterials durchgängig ist oder sein muss. Das ringformbildende Material des Ringteils, gegebenenfalls auch weitere Ringe oder Ringteile, kann ein nicht härtbares Material sein, oder es ist zumindest eine Härtung hier nicht notwendig oder vorgesehen.
-
Das ringformbildende Material ist nicht besonders beschränkt. Es kann aus einem Stahl gebildet sein, der einfach zu zerspanen ist, beispielsweise Niro-Stahl, wie z.B. X14CrMoS17. Anstatt des Grundwerkstoffes aus Stahl könnten auch andere alternative Werkstoffe verwendet werden. Beispielsweise ist Leichtmetall einsetzbar, wie Aluminium. Ein weiteres Beispiel ist Messing. Das ringformbildende Material oder ein nachfolgend noch erwähntes alternatives ringformbildendes Material weist vorzugsweise eine Vickers-Härte von höchstens ca. oder genau 300 HV auf.
-
Das im Vergleich dazu härtere Beschichtungsmaterial oder ein nachfolgend noch erwähntes alternatives Beschichtungsmaterial weist vorzugsweise eine Vickers-Härte von mindestens 500 HV auf. Ein beispielhaftes (alternatives) Beschichtungsmaterial ist Nickel oder eine Nickellegierung, beispielsweise chemisch abgeschiedenes Phosphor-Nickel.
-
Im Bereich des Gewindes existiert vorzugsweise keine äußere Schicht aus erwähntem Beschichtungsmaterial. Bei einer Aufbringung des Beschichtungsmaterials auf das ringformbildende Material wird vorzugsweise der Bereich des Gewindes, oder der Bereich, in den das Gewinde noch einzubringen ist, abgedeckt, sodass dort keine Beschichtung gebildet wird. Alternativ kann das Beschichtungsmaterial dort entfernt werden, wo das Gewinde in das ringbildende Material eingebracht werden soll.
-
Erwähnter erster Ringteil und erwähnter zweiter Ringteil sind miteinander über die erwähnten Gewinde verschraubt. Eines der Gewinde ist vorzugsweise ein Außengewinde, das dazu komplementäre andere Gewinde vorzugsweise ein Innengewinde. Die Gewinde sind umlaufend. Durch Verdrehen des ersten Ringteils und des zweiten Ringteils relativ zueinander sind Wälzkörper an gegenüberliegende Laufflächen, auf denen die Wälzkörper laufen, pressbar bzw. es ist ein Druck der Wälzkörper gegen die Laufflächen erhöhbar oder verringerbar, je nach Drehrichtung.
-
Sowohl der Innenring als auch der Außenring können zwei erwähnte Ringteile aufweisen. In einer speziellen Ausführungsform ist der Außenring zweiteilig und der Innenring einteilig. In noch einer Ausführungsform ist der Innenring zweiteilig und der Außenring einteilig. In einer speziellen Ausführungsform ist der Innenring einteilig und der Außenring zweiteilig. Ein einteiliger Innenring hat einen speziellen Vorteil bezüglich Genauigkeit, Gewichtsoptimierung und kompakter Modulbauweise.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Ringteil ebenfalls aus dem ringformbildenden Material gebildet, oder einem alternativen ringformbildenden Material. Die ringformbildenden Materialien verschiedener Ringteile oder verschiedene Ringe müssen somit nicht identisch sein, weisen aber vorzugsweise gleichartige Materialeigenschaften, insbesondere gleichartige Härte auf. Ein alternatives ringformbildendes Material weist ebenfalls eine geringe Härte auf als erwähntes Beschichtungsmaterial, oder als ein nachfolgend noch erwähntes alternatives Beschichtungsmaterial, wenn verschiedene Beschichtungsmaterialien verwendet werden. In dieser Ausführungsform ist das zweite Gewinde in das ringformbildende Material oder in das alternative ringformbildende Material eingebracht. In dieser Ausführungsform wird auch bei dem zweiten Ringteil der Vorteile erzielt, dass ein Gewinde besser eingebracht werden kann.
-
In einer Ausführungsform sind alle Ringe oder Ringteile des Wälzlager aus dem ringformbildenden Material oder einem alternativen ringformbildenden Material gebildet, wobei diese Materialien eine geringere Härte aufweisen als ein eingesetztes Beschichtungsmaterial oder alternatives Beschichtungsmaterialien.
-
Die Form der Wälzkörper ist nicht besonders beschränkt. Verwendbar sind Kugeln, Zylinder, Kegel und weitere. Wälzkörper können aus Metall, insbesondere Hartmetall, Keramik oder einer Kombination davon aufgebaut sein.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist das Wälzlager auf:
- - mehrere zweite Wälzkörper die eine zweite Wälzkörperreihe bilden
wobei
der Innenring eine zweite innere Lauffläche für die zweiten Wälzkörper aufweist und der Außenring eine zweite äußere Lauffläche für die zweiten Wälzkörper aufweist wobei
der zweite Ringteil die zweite innere Lauffläche aufweist, wenn der zweite Ringteil Teil des Innenrings ist, oder
der zweite Ringteil die zweite äußere Lauffläche aufweist, wenn der zweite Ringteil Teil des Außenrings ist.
In dieser Ausführungsform ist das Wälzlager ein zweireihiges Lager. Vorteil hiervon ist, dass eine noch bessere Kippsteifigkeit erzielt werden kann.
-
In einer Weiterbildung der vorangehenden Ausführungsform ist der zweite Ringteil im Bereich der zweiten inneren Lauffläche (wenn der zweite Ringteil Teil des Innenrings ist) oder der zweiten äußeren Lauffläche (wenn der zweite Ringteil Teil des Außenrings ist) mit dem Beschichtungsmaterial oder einem alternativen Beschichtungsmaterial, das eine größere Härte aufweist als das ringformbildende Material oder als das alternative ringformbildende Material, beschichtet, sodass die betreffende Lauffläche aus dem Beschichtungsmaterial oder dem alternativen Beschichtungsmaterial gebildet ist.
-
Der Begriff „alternatives Beschichtungsmaterial“ soll zum Ausdruck bringen, dass nicht alle Beschichtungsmaterialien in dem Wälzlager identisch sein müssen. Sie weisen aber jeweils eine größere Härte auf als ein ringformbildendes Material, auf welches sie aufgebracht sind.
-
Ein Beschichtungsmaterial kann erfindungsgemäß auch im Bereich eine Lauffläche vorhanden sein, die an einem einteiligen Ring, der je nach Ausführungsform ein Innenring oder ein Außenring sein kann, vorhanden ist. Wenn beispielsweise der erste Ringteil eines zweiteiligen Außenrings im Bereich der ersten äußeren Lauffläche mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet ist, so kann weiterhin auch die dieser äußeren Lauffläche gegenüber liegende innere Lauffläche (an einem einteiligen Innenring) beschichtet sein. Wenn beispielsweise der erste Ringteil eines zweiteiligen Innenrings im Bereich der ersten inneren Lauffläche mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet ist, so kann weiterhin auch die dieser inneren Lauffläche gegenüber liegende äußere Lauffläche (an einem einteiligen Außenring) beschichtet sein. Es wurde bereits erwähnt, dass bei einer Beschichtung eine Bearbeitung der Lauffläche auch mit Diamantwerkzeug ermöglicht wird. Dies führt zu dem Vorteil der wellenarmen und hochgenauen Herstellung der Laufbahn. Dies ist insbesondere bei einem einteiligen Innenring von Vorteil wie im nachfolgenden Ausführungsbeispiel gezeigt, wenn der Innenring das sich relativ zu einem Gehäuse (an dem ein Außenring befestigt ist) drehende Teil darstellt und infolgedessen maßgebend für diesen Genauigkeitsanteil ist.
-
In einer Ausführungsform des Wälzlagers sind das erste Gewinde und das zweite, zum ersten Gewinde komplementäre Gewinde Feingewinde, vorzugsweise nicht selbstverspannende Feingewinde. Es ist bei dem Funktionsprinzip dieser Erfindung erwünscht, dass die beiden mit dem Gewinde verbundenen Ringteile gegeneinander verdrehbar bleiben, um die Vorspannung zu beliebigen späteren Zeitpunkten verstellen oder nachstellen zu können.
-
In einer Ausführungsform weist der Innenring auf einer axialen Seite Verbindungsmittel für einen Antrieb auf und auf einer gegenüberliegenden axialen Seite Verbindungsmittel für einen Abtrieb auf. Wie erwähnt ist ein bevorzugter ein Einsatzort eines erfindungsgemäßen Wälzlagers ein Einsatzort mit geringem Bauraum, insbesondere in Dreh- Schwenk-Gelenken. Durch die Anordnung von Verbindungsmitteln, insbesondere Anschlussstellen für Antrieb und Abtrieb können zusätzliche Teile, wie Kupplungen, gespart werden und eine kompakte Ausführung erreicht werden. Geeignete Verbindungsmittel sind beispielsweise Löcher mit Innengewinde, Zapfen mit Außengewinde, anderweitige formschlüssige Verbindungsmittel etc. Die Verbindungsmittel sind vorzugsweise an oder in dem Innenring ausgeformt.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist der Außenring Verbindungsmittel zur Befestigung an einem Gehäuse auf. Auch mit dieser Ausführungsform wird der Vorteil einer kompakten Bauweise erzielt und es werden keine Anbau- oder Umbauteile erforderlich. Geeignete Verbindungsmittel sind beispielsweise Innengewinde, Außengewinde, anderweitige formschlüssige Verbindungsmittel etc. Die Verbindungsmittel sind vorzugsweise an oder in dem Außenring ausgeformt.
-
In einer Ausführungsform ist das Wälzlager ein Schrägrollenlager, Schrägkegellager oder Schrägkugellager. Derartige Lager haben in Richtung der Lagerachse gegeneinander versetzt angeordnete Laufbahnen im Innen- und Außenring. Sie sind für Lagerungen konzipiert, die kombinierte Belastungen wie etwa gleichzeitig wirkende Radial- und Axialbelastungen aufnehmen müssen.
-
Das Wälzlager ist in einer Ausführungsform ein zweireihiges Schrägrollenlager, Schrägkegellager oder Schrägkugellager, insbesondere zweireihiges Spindellager. Hierbei können die Anordnungen von Laufflächen und Kraftflüsse unterschiedlich gewählt werden beispielsweise ist eine X-Anordnung möglich oder eine O-Anordnung oder eine Tandem-Anordnung (zur Erläuterung: http://www.skf.com/de/products/bearings-unitshousings/super-precision-bearings/angular -contact-thrust-ball-bearings-for-screwdrives/bearingarrangementdesign/bearing_arrangements/index.html.
-
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Drehgelenk oder Dreh-Schwenk-Gelenk für ein Koordinatenmessgerät, aufweisend ein Wälzlager wie vorangehend in allgemeiner oder speziellen Ausführungsformen und Varianten beschrieben. Die Erfindung ist generell bei Systemen mit mehreren Drehachsen vorteilhaft verwendbar, beispielsweise auch bei Systemen mit zwei, drei oder mehr Drehachsen. Aber auch für Systeme mit nur einer Drehachse ist die Erfindung verwendbar, beispielsweise bei Drehtischen. Weitere Anwendungsfälle sind Roboter, zum Beispiel in deren Achsen oder Gelenken, insbesondere in der Messtechnik.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäßes Wälzlager im Querschnitt
- 2 einen Ausschnitt aus 1 im Detail
- 3 ein Dreh-Schwenk-Gelenk mit Wälzlagern gemäß 1 und 2
-
Das in 1 gezeigte Wälzlager 1 weist den Innenring 2 und den Außenring 3 auf. Der Außenring 3 ist aus dem ersten Ringteil 4 und dem zweiten Ringteil 5 zusammengesetzt. In der Detaildarstellung der 2 ist der rechte Teil der 1 gezeigt. An dem ersten Ringteil 4 ist das erste Gewinde 6 ausgebildet, das ein Feingewinde ist. An dem zweiten Ringteil 5 ist das dazu komplementäre zweite Gewinde 7 ausgebildet, das ebenfalls ein Feingewinde ist. Über die Gewinde 6 und 7 sind der erste Ringteil 4 und der zweite Ringteil 5 miteinander verschraubt und in axialer Richtung A durch gegenseitiges verdrehen, vorzugsweise durch verdrehen des ersten Ringteils 4, gegeneinander beweglich.
-
Durch Verdrehen des ersten Ringteils 4 gegen den zweiten Ringteil 5 des Außenrings 3 kann die Vorspannung des Lagers 1 eingestellt werden. Durch Verdrehen des ersten Ringteils 4 in den zweiten Ringteil 5 hinein, was in der 1 und 2 zu einer axialen Bewegung nach oben führt, wird die Kraft (Spannkraft zwischen den Laufflächen 9 und 10 bzw. Klemmkraft) auf die Wälzkörper 8 erhöht und damit die Vorspannung des Wälzlagers 1 erhöht.
-
Die Wälzkörper 8 bilden eine erste Kugelreihe. Des Weiteren sind zweite Wälzkörper 11 vorhanden, die eine zweite Kugelreihe bilden, sodass das gezeigte Wälzlager 1 ein zweireihiges Lager ist. Für die Wälzkörper 11 ist an dem zweiten Ringteil 5 des Außenrings 3 eine zweite äußere Lauffläche 12 ausgebildet und an dem Innenring 2 eine zweite innere Lauffläche 13. Ein Verdrehen des ersten Ringteils 4 gegen den zweiten Ringteil 5 in oben dargestellter Art und Weise bewirkt auch eine Erhöhung der Kraft auf die Wälzkörper 11, wodurch ebenfalls die Vorspannung des Wälzlagers 1 erhöht wird.
-
Beim Eindrehen von Ring 4 in Ring 5 passiert folgendes:
- Ring 4 und Ring 5 werden „zusammengezogen“. Der Abstand zwischen den Laufflächen 9 und 12 wird verringert. Dadurch werden die Wälzkörper 8 und 11 auch aufeinander zu bewegt. Durch die Abstützung der Wälzkörper 8, 11 auf den Innenlaufflächen 10 und 13 entstehen innere Spannkräfte, und somit die sog. Lagervorspannung.
-
Die Wälzkörper 8 und die Wälzkörper 11 sind in den Lagerkäfigen 14 angeordnet. Möglich ist auch ein gemeinsamer Lagerkäfig.
-
Zwischen dem ersten Ringteil 4 des Außenrings 3 und dem Innenring 2 sind erste Wälzkörper 8, hier kugelförmig, angeordnet. An dem ersten Ringteil 4 des Außenrings 3 ist für die Wälzkörper 8 eine erste äußere Lauffläche 9 ausgebildet. An dem Innenring 2 ist für die Wälzkörper 8 eine erste innere Lauffläche 10 ausgebildet. Das Wälzlager ist hier als Schrägkugellager in sogenannter X-Anordnung ausgebildet.
-
Statt eines hier gezeigten zweireihigen Lagers ist es erfindungsgemäß auch möglich, ein hier nicht gezeigtes einreihiges Lager vorzusehen, bei dem beispielsweise nur eine einzige Reihe aus den Wälzkörpern 8 vorgesehen ist und die Reihe der Wälzkörper 11 nicht vorhanden ist. In einem solchen Fall ist die zweite äußere Lauffläche 12 eine Lauffläche auch für die Wälzkörper 8. Anders ausgedrückt, liegen die zweite äußere Lauffläche 12 ebenfalls an den Wälzkörpern 8 an bzw. die Wälzkörper 8 liegen an dieser Lauffläche 12 an. Um dies zu ermöglichen, werden die Ausdehnungen der äußeren Laufflächen 9,12 die hier gezeigt sind, angepasst, sodass die Kugel 8 an beiden Laufflächen 9, 12 anliegen kann. Gibt man eine Position entlang des Kugelumfangs der Kugel 8 als Uhrzeit an, dann erstreckt sich die erste äußere Lauffläche 9 beispielsweise von 16 Uhr bis 19 Uhr und die zweite äußere Lauffläche 12 beispielsweise von 12 Uhr bis 15 Uhr. Die erste innere Lauffläche 10 kann sich beispielsweise bis 11 Uhr erstrecken. Die weitere Beschreibung bezieht sich aber auf das gezeigte Ausführungsbeispiel.
-
Der Innenring 2, sowie der erste Ringteil 4 und der zweite Ringteil 5 des Außenrings 3 sind aus einem ringformbildenden Material 15 gebildet, das die wesentliche Ringform und -struktur bildet und das Kernmaterial der jeweiligen Ringe/Ringteile ist. In diesem Fall wird ungehärteter rostfreier-Stahl (Niro) eingesetzt. Weitere Werkstoffe sind denkbar, wie beispielsweise Aluminium oder Messung.
-
Der Innenring 2, sowie der erste Ringteil 4 und der zweite Ringteil 5 des Außenrings 3 weisen jeweils eine fast durchgängige Beschichtung aus einem Beschichtungsmaterial 16 auf. Das Beschichtungsmaterial 16 ist chemisch abgeschiedenes Phosphor-Nickel. Lediglich im Bereich des ersten Gewindes 6 und des zweiten Gewindes 7 ist keine Schicht aus Beschichtungsmaterial 16 aufgebracht. Die Gewinde 6 und 7 sind in das im Vergleich zu dem Beschichtungsmaterial 16 weichere ringformbildende Material 15 eingebracht. Das Beschichtungsmaterial 16 muss nicht zwingend an allen anderen Oberflächen des Innenrings 2 des ersten Ringteils 4 und des zweiten Ringteils 5 des Außenrings 3 aufgebracht sein, ist zumindest aber im Bereich der Lauffläche den 9, 10, 12, 13 vorhanden, um harte Laufflächen für die Wälzkörper 8, 11 bereitzustellen.
-
In 1 sind an dem Innenring 2 Verbindungsmittel oder Schnittstellen 17 für einen Antrieb vorgesehen, die an dem Innenring 2 ausgeformt sind. Ferner sind an dem Innenring 2 Verbindungsmittel 18, oder Schnittstellen, für einen Abtrieb vorgesehen, die ebenfalls an dem Innenring 2 ausgeformt sind. An erwähnte Verbindungsmittel kann ein Antrieb/Abtrieb in formschlüssiger Art und Weise angekoppelt werden. An dem Außenring 3 sind Verbindungsmittel 19 zur Befestigung an einer tragenden Struktur, beispielsweise einem Gehäuse eines Dreh-Schwenk-Gelenks, ausgebildet. Die Verbindungsmittel bzw. Schnittstellen 19 sind an dem zweiten Ringteil 5 ausgebildet. Die Vertiefungen 20 am ersten Ringteil 4 sind Eingriffe für ein Werkzeug, z.B. einen Zapfenschlüssel, als Montagehilfe für das Eindrehen des Ring 4 in Ring 5. Es wird nur Ring 5 mit einer Tragstruktur der Achse (z.B. Gehäuse) verbunden und übernimmt damit komplett die Stützfunktion des Außenringes 3, wie nachfolgend noch gezeigt.
-
Die Montage des Wälzlagers 1 kann wie folgt erfolgen:
- - Zusammenbau von Innenring 2, zweitem Ringteil 5 des Außenrings 3 und Wälzkörpern 11 im Kugelkäfig 14
- - Zweite Reihe füllen mit Kugeln 8 (Kugelkäfig) und einschrauben des ersten Ringteils 4
- - Die gewünschte Lagersteifigkeit kann iterativ eingestellt werden über den ersten Ringteil 4 als „Vorschraubring“.
Die Lagermessungen können ohne Klebeprozess durchgeführt werden. Somit ist das Lagermodul jederzeit neu einstellbar und komplett demontierbar.
-
Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, dass der Innenring 2 aus zwei Ringteilen aufgebaut ist, statt wie im gezeigten Beispiel der Außenring 3. Beispielsweise ist eine spiegelbildliche Anordnung denkbar. Es ist auch möglich, sowohl den Innenring 2 als auch den Außenring 3 jeweils zweiteilig auszuführen.
-
Eine Schmierung der Lagerung erfolgt diesem Beispiel vorzugsweise mit einem Schmierfett, da es sich um ein offenes System, ohne Dichtelemente zwischen Innenring und Außenring handelt.
-
Das in 3 gezeigte Dreh-Schwenk-Gelenk 21 weist die erste Drehachse 22 (auch bezeichnet als A-Achse) und die zweite Drehachse 23 (auch bezeichnet als B-Achse) auf. Oben ist das Maschinen-Interface 24 zur Anbindung an die Pinole eines hier nicht gezeigten Koordinatenmessgeräts ausgebildet.
-
In dem oberen Teil mit dem Gehäuse (Tragstruktur) 27 und der Drehachse 22 befindet sich eine Motor-Getriebe-Einheit 25, mit welcher ein erster Antriebsflansch 26 verbunden ist. Unterhalb des ersten Antriebsflansches 26 ist ein erfindungsgemäßes Wälzlager 1 angeordnet (auch bezeichnet als „Lagermodul A“). Der Antriebsflansch 26 ist mittels der Schrauben 28 mit dem Innenring 2 direkt verschraubt. Für die Schraubverbindungen werden die in 1 gezeigten Verbindungsmittel 17 (Löcher mit Innengewinde) verwendet. Der Außenring 3 des Wälzlagers 1, bzw. dessen zweiter Ringteil 5, ist mittels der Schrauben 29 an dem Gehäuse 27 befestigt. Hierzu werden die in 1 gezeigten Verbindungsmittel 19 (Gewindelöcher) verwendet. An die Abtriebsseite des Innenrings 2 ist das Gehäuse 30 eines zweiten, unteren Teils des Drehgelenks mittels der Schrauben 31 angeschraubt. Hierzu werden die in 1 gezeigten Verbindungsmittel 18 verwendet.
-
In dem mehrteiligen Gehäuse 30 befindet sich eine Motor-Getriebe-Einheit 32, die mit dem Antriebsflansch 33 verbunden ist. Benachbart dazu ist ein weiteres erfindungsgemäßes Wälzlager 1' angeordnet (Lagermodul B). Die Befestigung ist analog zu der Befestigung des Wälzlagers 1. Der Antriebsflansch 33 ist mittels der Schrauben 34 mit dem Innenring 2' direkt verschraubt. Der Außenring 3' des Wälzlagers 1', bzw. dessen zweiter Ringteil 5', ist mittels der Schrauben 35 an dem Gehäuse 30 befestigt. An die Abtriebsseite des Innenrings 2' ist das Sensor-Interface 36 mittels der Schrauben 37 angeschraubt. An das Sensor-Interface 36 wird ein hier nicht gezeigter Meßsensor angebunden.
-
Ein großer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist eine optimierte Modulbauweise. Die Wälzlager 1,1' („Lagermodule A, B“) können mittels einfacher Schraubverbindungen mit den notwendigen Teilen verbunden werden und es ist keine Klebung notwendig. Die Lagermodule 1,1' sind somit reversibel und zerstörungsfrei tauschbar. Die kompletten Lagermodule 1,1' sind zudem wieder komplett zerlegbar, und sie können nachjustiert, nachbearbeitet oder repariert werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wälzlager
- 1'
- Wälzlager
- 2
- Innenring
- 2'
- Innenring
- 3
- Außenring
- 3'
- Außenring
- 4
- erster Ringteil
- 5
- zweiter Ringteil
- 5'
- zweiter Ringteil
- 6
- erstes Gewinde
- 7
- zweites Gewinde
- 8
- erste Wälzkörper
- 9
- erste äußere Lauffläche
- 10
- erste innere Lauffläche
- 11
- zweite Wälzkörper
- 12
- zweite äußere Lauffläche
- 13
- zweite innere Lauffläche
- 14
- Lagerkäfig
- 15
- ringformbildendes Material
- 16
- Beschichtungsmaterial
- 17
- Verbindungsmittel für einen Antrieb
- 18
- Verbindungsmittel für einen Abtrieb
- 19
- Verbindungsmittel zur Befestigung an einer tragenden Struktur
- 20
- Eingriffe für Werkzeug
- 21
- Dreh-Schwenk-Gelenk
- 22
- erste Drehachse
- 23
- zweite Drehachse
- 24
- Maschinen-Interface
- 25
- Motor-Getriebe-Einheit
- 26
- Antriebsflansch
- 27
- Gehäuse
- 28
- Schrauben
- 29
- Schrauben
- 30
- Gehäuse
- 31
- Schrauben
- 32
- Motor-Getriebe-Einheit
- 33
- Antriebsflansch
- 34
- Schrauben
- 35
- Schrauben
- 36
- Sensor-Interface
- 37
- Schrauben
-
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 102015218863 A1 [0007]
