DE102020116588A1

DE102020116588A1 - Schräggleitlager

Info

Publication number: DE102020116588A1
Application number: DE102020116588.9A
Authority: DE
Inventors: Dion Tilborg; Olaf Wilhelm; Dirk Nienhueser
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2021-12-30
Also published as: WO2021259414A1

Abstract

Ein Schräggleitlager umfasst einen Innenring (2) und einen Außenring (3) als Lagerringe (2, 3), welche jeweils eine konische Gleitfläche (7, 8) aufweisen. Zumindest einer der Lagerringe (2, 3) ist aus einem Wälzlagerstahl gefertigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein zur Aufnahme von Radial- und Axialkräften ausgebildetes Schräggleitlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Schräggleitlager ist beispielsweise aus der DE 10 2006 013 275 B4 bekannt. Es handelt sich hierbei um ein für die Anwendung in Wasserfahrzeugen vorgesehenes Gleitlager. Ein Schräggleitlager ist in diesem Fall mit einem Radialgleitlager kombiniert, wobei es sich bei dem Radialgleitlager um ein Lager größeren Lagerspiels handelt. Das Radialgleitlager soll als Anlauflager fungieren und im Laufe des Betriebs durch das Schräglager komplett entlastet werden.
Ein für die Anwendung in einer Windkraftanlage vorgesehenes Schräggleitlager ist beispielsweise in der AT 513516 B1 offenbart. In diesem Fall ist eine konische Gleitlagerbuchse zwischen einer Achse und einem Zahnrad angeordnet. Das Zahnrad und die Gleitlagerbuchse sind durch einen konischen Presssitz miteinander verbunden.
Mehrreihige, als Schräggleitlager ausgebildete Lageranordnungen, welche in radialer Richtung sowie in beiden Axialrichtungen belastbar sind, sind beispielsweise aus den Dokumenten DE 10 2017 222 901 A1 , DE 10 2017 223 370 A1 , WO 2018/071941 A1 und WO 2017/162679 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickeltes, radial und zumindest einseitig axial belastbares Schräggleitlager anzugeben, welches sich durch ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Fertigungsaufwand und Belastbarkeit auszeichnet und insbesondere für Anwendungen geeignet ist, in denen die zueinander gelagerten Teile lediglich Schwenkbewegungen mit geringen Schwenkwinkeln ausführen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Schräggleitlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Schräggleitlager weist mehrere Lagerringe, nämlich mindestens einen Innenring und mindestens einen Außenring, auf, wobei jeder Lagerring eine konische Gleitfläche aufweist, über welche Radial- sowie Axialkräfte übertragbar sind. Mindestens einer der Lagerringe ist aus einem Wälzlagerstahl gefertigt.
Wälzlagerstähle sind in der Norm DIN EN ISO 683-17:2014 genormt und wie ihr Name schon sagt zur Verwendung in Wälzlagern vorgesehen. Bei Wälzlagerstählen sind den für eine Wärmebehandlung bestimmten Stählen, legierten Stählen und Automatenstählen zuzurechnen. Unterschieden wird zwischen durchhärtenden Wälzlagerstählen, einsatzhärtenden Wälzlagerstählen, unlegierten oder legierten induktionshärtenden Wälzlagerstählen, nichtrostenden Wälzlagerstählen und warmharten Wälzlagerstählen.
Die in Wälzlagern auftretenden mechanischen Belastungen, nämlich Wälzbelastungen, unterscheiden sich grundlegend von den in Gleitlagern auftretenden Belastungszuständen. Es hat sich gezeigt, dass dennoch gerade für Schräggleitlager, die insbesondere als Ersatz für Schrägwälzlager in Betracht kommen, die Verwendung eines Wälzlagerstahls als Werkstoff eines Lagerrings oder aller Lagerringe Vorteile sowohl in fertigungstechnischer Hinsicht als auch beim Betrieb des Lagers bietet. Dies gilt besonders für Anwendungen, in denen keine oder nur vernachlässigbare Fluchtungsfehler zwischen den relativ zueinander gelagerten Teilen auftreten.
Zur Herstellung eines Lagerrings oder mehrerer Lagerringe des Schräggleitlagers, insbesondere aller Lagerringe des Schräggleitlagers, kommen unter anderem folgende Wälzlagerstähle in Betracht:

Durchhärtende Wälzlagerstähle:
- 100Cr6, 100CrMnSi4-4, 100CrMnSi6-4, 100CrMnSi6-6, 100CrMo7, 100CrMo7-3, 100CrMo7-4, 100CrMnMoSi8-4-6

Einsatzstähle:
- 20Cr3, 20Cr4, 20MnCr4-2, 17MnCr5, 19MnCr5, 15CrMo4, 20CrMo4, 20MnCrMo4-2, 20MnNiCrMo3-2, 20NiCrMo7, 18CrNiMo7-6, 18NiCrMo14-6, 16NiCrMo16-5
Induktionshärtende Wälzlagerstähle:
- C56E2, 56Mn4, 70Mn4, 43CrMo4
Nichtrostende Wälzlagerstähle:
- X47Cr14, X65Cr14, X108CrMo17, X40CrMoVN16-2, X89CrMoV18-1
Warmharte Wälzlagerstähle:
- 33CrMoV12-9, 80MoCrV42-16, 19MoCrNi42-16-14, X82WMoCrV6-5-4, X75WCrV18-4-1

Weiter sind als Wälzlagerstähle, die zur Herstellung von Lagerringen des Schrägwälzlagers geeignet sind, die Stähle M50 (Werkstoffnummer 1.3551) und M50NiL (Werkstoffnummer 1.3590) sowie X30CrMoN15-1 (Werkstoffnummer 1.4108) zu nennen.
Ein einzelner Lagerring des Schräggleitlagers oder eine Mehrzahl an Lagerringen, insbesondere die Gesamtheit der das Schräggleitlager bildenden Lagerringe, kann hartverchromt sein. Unabhängig von einer Oberflächenbehandlung oder Beschichtung von Lagerringen kann anstelle eines inneren Lagerrings des Schräggleitlagers auch eine massive Welle, welche mindestens eine konische Gleitfläche aufweist, vorgesehen sein.
Unabhängig von der Geometrie der Lagerringe kann mindestens ein Lagerring mit einem Gleitbelag versehen sein. Gemäß einer möglichen Ausgestaltung umfasst ein solcher Gleitbelag ein Gewebe aus PTFE (Polytetrafluorethylen), welches in eine Harzmatrix eingebettet ist. Was Verfahren zur Herstellung von Gleitbelägen betrifft, wird beispielhaft auf die DE 10 2013 223 679 A1 hingewiesen. Mit einem PTFE enthaltenden Gleitbelag ist das Schräggleitlager als wartungsfreies Gleitlager auslegbar.
Grundsätzlich kann es sich bei dem Schräggleitlager entweder um ein im Laufe der Betriebsdauer wiederkehrend zu schmierendes oder um ein wartungsfreies Lager handeln. Eine Schmierung auf Lebensdauer ist in grundsätzlich bekannter Weise beispielsweise mit Hilfe eines Festschmierstoffs, welcher im Zuge der Herstellung des Schräggleitlagers appliziert wird, möglich.
Optional umfasst das Schräggleitlager mindestens eine zwischen zwei Lagerringen wirksame Dichtung. Eine Abdichtung ist insbesondere in Fällen vorgesehen, in denen als Gleitkontakt des Schräggleitlagers ein Stahl-Stahl-Kontakt existiert. Grundsätzlich kann das Schräggleitlager entweder zu einer einzigen Axialseite hin oder zu beiden Axialseiten hin abgedichtet sein.
Der Druckwinkel des Schräggleitlager beträgt gemäß verschiedener möglicher Ausgestaltungen mindestens 18° und höchstens 33°, beispielsweise mindestens 24° und höchstens 27°, insbesondere 25°. Das Schräggleitlager ist damit überwiegend zur Aufnahme radialer Belastungen ausgelegt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Schräggleitlager als in beiden axialen Richtungen wirksames Lager ausgebildet. Hierbei kann es sich entweder um ein mehrreihiges Lager in X-Anordnung oder um ein mehrreihiges Lager in O-Anordnung handeln. Das Schräggleitlager ist beispielsweise zur Verwendung in einer Landmaschine vorgesehen.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schräggleitlagers,
2 und 3 verschiedene Ausführungsbeispiele zweireihiger Schräggleitlager,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schräggleitlagers.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Schräggleitlager umfasst mindestens einen Innenring 2 und mindestens einen Außenring 3 als Lagerringe 2, 3. Durch die Lagerringe 2, 3 sind konische Gleitflächen 7, 8 gebildet. Das Schräggleitlager 1 ist damit zur Aufnahme radialer Lasten sowie axialer Lasten, zumindest in einer Axialrichtung, ausgebildet. Der mit bezeichnete Druckwinkel des Schräggleitlagers 1 beträgt in den Ausführungsbeispielen 25°. Der Druckwinkel ist entsprechend der gängigen Definition zwischen einer Drucklinie DL und einer Radialebene RE zu messen. Die mit MA bezeichnete Mittelachse des Schräggleitlagers 1 stellt eine Flächennormale der Radialebene RE dar. Der Innenring 2 weist einen Innendurchmesser d₂ und einen Außendurchmesser D₂ auf, der Außenring 3 einen Innendurchmesser d₃ und einen Außendurchmesser D₃ . Die Breite der Lagerringe 2, 3 ist mit B₂ , B₃ angegeben. In den Ausführungsbeispielen nach den 1 und 4 entspricht die mit B_L angegebene Lagerbreite des gesamten Schräggleitlagers 1 der Breite B₂ des Innenrings 2. Dagegen beträgt in den Ausführungsbeispielen nach den 2 und 3 die Lagerbreite B_L mehr als das Doppelte der Innenringbreite B₂ .
In allen Ausführungsbeispielen sind sämtliche Lagerringe 2, 3, abgesehen von eventuellen Beschichtungen oder Belägen, auf welche im Folgenden noch eingegangen wird, aus gehärtetem Wälzlagerstahl gefertigt. Im Vergleich zu entsprechend dimensionierten Wälzlagern können die Schräggleitlager 1 wesentlich höhere Kräfte aufnehmen. Beispielsweise kann das Schräggleitlager 1 ein Schrägkugellager oder ein Kegelrollenlager ersetzen. Das Schräggleitlager 1 eignet sich in allen dargestellten Varianten auch für Anwendungen, in denen lediglich geringe Schwenkbewegungen zwischen den Lagerringen 2, 3 auftreten. Ein Risiko von Stillstandsmarkierungen (false brinelling) ist, anders als bei Wälzlagern, prinzipbedingt nicht gegeben. Je nach Anwendung kann es sich entweder beim Innenring 2 oder beim Außenring 3 um den drehenden Lagerring 2, 3 handeln. Auch eine Rotation beider Lagerringe 2, 3 ist prinzipiell möglich.
Die Gleitfläche 7 des Innenrings 2 ist in allen Ausführungsbeispielen hartverchromt. Was Hartverchromungen in Lageranordnungen betrifft, wird zum Stand der Technik beispielhaft auf die DE 10 2008 029 449 A1 hingewiesen. Der in 1 erkennbare Gleitbelag 4 weist ein PTFE-Gewebe auf, welches in eine Harzmatrix eingebettet ist. Derartige Gleitbeläge werden von der Anmelderin unter der Bezeichnung ELGOGLI-DE vermarktet. Im Fall des Schräggleitlagers 1 nach 1 beträgt die Dicke des auf den Außenring 3 aufgeklebten Gleitbelags 4 ca. 0,5 mm. Aufgrund der konischen Form der Gleitfläche 7 des Innenrings 2 sowie der durch den Gleitbelag 4 gebildeten Gleitfläche 8 des Außenrings 3 ist das Schräggleitlager 1 ausschließlich zum Betrieb ohne Verkippungen zwischen den Lagerringen 2, 3 vorgesehen.
Im Unterschied zum Schräggleitlager 1 nach 1 ist das Schräggleitlager 1 nach 2 beidseitig axial belastbar. In diesem Fall stellt das Schräggleitlager 1 ein mehrreihiges Lager in O-Anordnung dar. Die zwei durch insgesamt vier Lagerringe 2, 3 gebildeten Lagerringreihen des Schräggleitlagers 1 nach 2 sind mit 5, 6 bezeichnet. Die Drucklinien DL der beiden Lagerringreihen 5, 6 schneiden die Mittelachse MA, wie aus 2 hervorgeht, jeweils in einer Radialebene RE, welche sich vor einer der Stirnseiten des Schräggleitlagers 1 befindet. In nicht dargestellter Weise befindet sich auch beim Schräggleitlager 1 nach 2 ein Gleitbelag 4 auf jedem Außenring 3. Zwischen den beiden Außenringen 3 kann ein nicht dargestellter Distanzring angeordnet sein. Alternativ ist eine einstückige Verbindung beider Außenringe 3 möglich. Insbesondere können die Außenringe 3 Teil eines Gehäuses sein.
Das Schräggleitlager 1 nach 3 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 2 dadurch, dass statt einer O-Anordnung eine X-Anordnung gegeben ist. In diesem Fall liegt der Schnittpunkt zwischen den Drucklinien DL und der Mittelachse MA zwischen den beiden Lagerringreihen 5, 6. Ebenso wie in der Bauform nach 2 können auch im Ausführungsbeispiel nach 3 Axialkräfte in beiden Richtungen aufgenommen werden. Des Weiteren ist sowohl das Schräggleitlager 1 nach 2 als auch das Schräggleitlager 1 nach 3 in der Lage, Kippbelastungen aufzunehmen. Im Fall von 3 können die beiden Innenringe 2 einstückig miteinander verbunden oder unmittelbar durch eine Welle gebildet sein.
Das Schräggleitlager 1 nach 4 unterscheidet sich von den Ausführungsbeispielen nach den 1 bis 3 dadurch, dass kein nichtmetallischer Gleitbelag 4 vorgesehen ist, sondern beide Gleitflächen 7, 8 durch metallische, zu schmierende Oberflächen gebildet sind. Beide Gleitfläche 7, 8 sind hartverchromt. Zur Abdichtung sind Dichtungen 9, 10 vorgesehen, welche in Ausnehmungen des Außenrings 3 eingesetzt sind. Ebenso wie das Ausführungsbeispiel nach 1 ist auch Schräggleitlager 1 nach 4 zur einseitigen Aufnahme von Axialbelastungen ausgebildet. In nicht dargestellter Weise kann das Schräggleitlager 1 nach 4 mit einem weiteren, gleichartigen Schräggleitlager 1 kombiniert werden, so dass sich eine mehrreihige Lageranordnung, wie in den 2 und 3 skizziert, ergibt. Entsprechendes gilt für das Schräggleitlager 1 nach 1. In allen Fällen ist ein äußerst günstiges Verhältnis zwischen den Außenabmessungen, das heißt der Lagerbreite B_L und dem Lagerau-ßendurchmesser D₃ , und den aufnehmbaren Radial- und Axialkräften gegeben.
Bezugszeichenliste

1: Schräggleitlager
2: Innenring
3: Außenring
4: Gleitbelag
5: Lagerringreihe
6: Lagerringreihe
7: Gleitfläche des Innenrings
8: Gleitfläche des Außenrings
9: Dichtung
10: Dichtung
B2: Druckwinkel Breite des Innenrings
B3: Breite des Außenrings
BL: Lagerbreite
DL: Drucklinie
d2: Innendurchmesser des Innenrings
d3: Innendurchmesser des Außenrings
D2: Außendurchmesser des Innenrings
D3: Außendurchmesser des Außenrings
MA: Mittelachse
RE: Radialebene

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 102006013275 B4 [0002]
AT 513516 B1 [0003]
DE 102017222901 A1 [0004]
DE 102017223370 A1 [0004]
WO 2018/071941 A1 [0004]
WO 2017/162679 A1 [0004]
DE 102013223679 A1 [0012]
DE 102008029449 A1 [0021]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm DIN EN ISO 683-17:2014 [0007]

Claims

Schräggleitlager, mit einem Innenring (2) und einem Außenring (3) als Lagerringen (2, 3), welche jeweils eine konische Gleitfläche (7, 8) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Lagerringe aus einem Wälzlagerstahl gefertigt ist.
Schräggleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzlagerstahl aus einer Gruppe an Wälzlagerstählen ausgewählt ist, welche folgenden Stähle umfasst: 100Cr6, 100CrMnSi4-4, 100CrMnSi6-4, 100CrMnSi6-6, 100CrMo7, 100CrMo7-3, 100CrMo7-4, 100CrMnMoSi8-4-6, 20Cr3, 20Cr4, 20MnCr4-2, 17MnCr5, 19MnCr5, 15CrMo4, 20CrMo4, 20MnCrMo4-2, 20MnNiCrMo3-2, 20NiCrMo7, 18CrNiMo7-6, 18NiCrMo14-6, 16NiCrMo16-5, C56E2, 56Mn4, 70Mn4, 43CrMo4, X47Cr14, X65Cr14, X108CrMo17, X40CrMoVN16-2, X89CrMoV18-1, 33CrMoV12-9, 80MoCrV42-16, 19MoCrNi42-16-14, X82WMoCrV6-5-4, X75WCrV 18-4-1, M50, M50NiL, X30CrMoN15-1
Schräggleitlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Lagerringe (2, 3) hartverchromt ist.
Schräggleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Lagerringe (2, 3) mit einem Gleitbelag (4) versehen ist.
Schräggleitlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitbelag (4) PTFE aufweist.
Schräggleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens eine zwischen den Lagerringen (2, 3) wirksame Dichtung (9, 10).
Schräggleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Druckwinkel ( ) von mindestens 18° und höchstens 33°.
Schräggleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als in beiden axialen Richtungen wirksames Lager ausgebildet ist.
Schräggleitlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Lager in X-Anordnung ausgebildet ist.
Schräggleitlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Lager in O-Anordnung ausgebildet ist.