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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Großwälzlager mit einem Wälzlagerring mit mindestens einer Wälzkörperlaufbahn mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Großwälzlager weisen zwei zueinander verdrehbar gelagerte Wälzlagerringe auf, zwischen denen während der Verdrehung mindestens eine Reihe von Wälzkörpern auf Wälzkörperlaufbahnen, kurz: Laufbahnen, abrollen. Sämtliche über die Wälzkörper übertragenen Lagerkräfte werden somit im Bereich der Laufbahnen in die Wälzlagerringe eingebracht. Um diesen Belastungen standhalten zu können, ist es üblich, die Laufbahnen aus gehärteten Werkstoffen herzustellen. Dies kann beispielsweise durch Oberflächenhärtung der Wälzlagerringe im Bereich der Laufbahnen erfolgen.
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Eine alternative, aus dem Stand der Technik bekannte Möglichkeit gehärtete Laufbahnen auszubilden, ist die Verwendung von durchgehärteten Laufbahnplatten, die in eine umlaufende Nut im Grundkörper des Wälzlagerrings eingelegt werden. Die Laufbahnplatten bilden dabei jeweils einen Umfangsabschnitt der Laufbahn. Derartige Laufbahnen sind beispielsweise aus
WO 2012/157430 A1 und
EP 3 080 033 B1 bekannt. Im Betrieb verschieben sich die Platten in Umfangsrichtung in der Nut gegenüber dem Grundkörper aufgrund von Reibung im Laufsystem. Dies kann beispielsweise, wie in
EP 3 080 033 B1 beschrieben, genutzt werden, um verschiedene Laufbahnplatten und Wälzkörper durch eine einzige Montageöffnung im Wälzlagerring auszutauschen. Das Wälzlager kann einfach so weit verdreht werden, bis die jeweilige Laufbahnplatte vor der Montageöffnung zu liegen kommt und ausgetauscht werden kann. Nachteilig an solchen Wälzlagern ist allerdings, dass sich die Konfiguration und Belastbarkeit des Lagers während des Betriebs ändert und durch die Verschiebung der Platten zusätzliche Reibung im Lager auftritt.
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Aus
US 4 126 361 A ist ein Großwälzlager mit einem Wälzlagerring nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Laufdrähte mit rechteckigem Querschnitt sind formschlüssig in die Lagerringsegmente eingesetzt und dienen als Laufbahnen für die Wälzkörper des Großwälzlagers. Die Laufbahnen sind abhängig von der Größe der zu erwartenden Lasten mit einer oder mehreren Reihen von Laufdrähten ausgestattet.
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DE 203 06 899 U1 beschreibt ein Wälzlager mit einem segmentierten Lagerring und einem entsprechend segmentierten Flansch, der eine Anlauffläche für Stirnflächen der Wälzkörper aufweist, die bei jedem Segment in der Nähe der Endflächen jeweils die Form eines Übergangsprofils annimmt.
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DE 20 2011 051 680 U1 betrifft ein Großwälzlager, das im Außenring und/oder im Innenring ein Inspektionsfenster zum Auswechseln der Wälzkörper und/oder von Distanzhaltern aufweist.
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EP 1 837 537 A2 beschreibt eine geteilte Rollenlagervorrichtung, die an einem Wellenträgerteil für eine Nockenwelle oder eine Kurbelwelle im Motor eines Fahrzeugs angeordnet ist. Die geteilte Rollenlagervorrichtung ist um die Welle montiert und besteht aus einem Rollenlager und einem Kappenelement, das das Rollenlager zwischen dem Kappenelement und einem Gehäuse fixiert. Der Außenring des Rollenlagers besteht aus zwei halbkreisförmigen Teilen, die durch Pressen einer Stahlplatte zu einem halbkreisförmigen Bogen geformt sind. Das Kappenelement ist, ähnlich wie das Gehäuse, aus Leichtmetall, wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, gefertigt.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Großwälzlager anzugeben, welches eine erhöhte Tragfähigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Großwälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Durch das Vorsehen von Sicherungsmitteln in der Nut wird eine Verschiebung der Laufbahnplatten in der Nut bis auf ein vorgebbares Spiel verhindert. Die Sicherungsmittel bilden eine partielle Unterbrechung der ansonsten rotationssymmetrischen Nut, wodurch eine formschlüssige Zusammenwirkung des Grundkörpers mit den Laufbahnplatten erzielt wird, die die Verschiebbarkeit der Laufbahnplatten in Umfangsrichtung begrenzt. Die Laufbahnplatten werden somit in einer definierten Position gehalten. Dadurch können beispielsweise die Stöße der Laufbahnplatten bei Design und Auslegung des Lagers an solchen Stellen positioniert werden, die im Betrieb wenig belastet werden oder unbelastet sind. Außerdem können schadhafte Laufbahnplatten über eine Sensorik leichter lokalisiert und über eine partielle Demontage des betroffenen Wälzlagerringsegments gezielt ausgetauscht werden, da die umfangsseitigen Positionen der Laufbahnplatten bekannt sind.
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Weitere Vorzüge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Wälzlagerrings ergeben sich dadurch, dass die Laufbahnplatten in mehreren nebeneinanderliegenden Bahnen in die Nut eingelegt sind. Bei breiten Laufbahnen ist es fertigungsbedingt vorteilhaft, die Laufbahnbreite durch mehrere nebeneinanderliegende Laufbahnplatten abzudecken. Insbesondere bei radialen Laufbahnen ist es schwierig, ab einer gewissen Laufbahnbreite den Härteverzug der Laufbahnplatten auf ein tolerierbares Maß zu begrenzen, da die Laufbahnplatten während der Härtung mit ihrer Schmalseite im Ofen aufliegen und sich unter ihrem Eigengewicht verformen. Da jedoch jeder Stoß zwischen zwei Laufbahnplatten die Tragfähigkeit der Laufbahn lokal reduziert und sich die Stöße der Laufbahnplatten einzelner Bahnen gegeneinander verschieben können, wird bei Ausbildung der Wälzlagerringe nach dem Stand der Technik die Tragfähigkeit des gesamten Lagers durch mehrbahniges Einlegen von Laufbahnplatten weiter reduziert. Durch die erfindungsgemäße Festlegung der Stoßpositionen der Laufbahnplatten entfällt dieser Nachteil gegenüber der einbahnigen Einlegung der Laufbahnplatten in die Nut, so dass der fertigungstechnische Vorteil ohne Einbußen bei der Tragfähigkeit realisiert werden kann.
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Vorzugsweise sind die Sicherungsmittel als Erhebungen oder Vertiefungen im Bereich der Nut ausgebildet, an deren Form die Laufbahnplatten angepasst sind. Durch die Anpassung der Laufbahnplatten an die Form der Sicherungsmittel wird der Eingriff von Sicherungsmittel und Laufbahnplatten optimiert. Besonders bevorzugt sind die Laufbahnplatten der Form der Sicherungsmittel derart angepasst, dass von den Laufbahnplatten in Umfangsrichtung ausgeübte Schubkräfte im Formschluss vollständig von den Sicherungsmitteln aufgenommen werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass keine Kraftkomponenten erzeugt werden, die die Laufbahnplatten aus der Nut heben könnten.
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In einzelnen Ausführungsformen können die Wälzlagerringe in Umfangsrichtung segmentiert ausgebildet sein. In diesem Fall ist eine Positionierung der Sicherungsmittel im Bereich eines Enden eines Wälzlagerringsegmentes bevorzugt. Dies ermöglicht eine Entlastung der Wälzlagerringe in den Bereichen der Segmentstöße. Unerwünschte Effekte, wie z. B. eine überproportionale Verformung, hervorgerufen durch eine Segmenttrennung, werden hierdurch vermindert.
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In bevorzugten Ausführungsformen können die Sicherungsmittel als mindestens ein in Querrichtung in die umlaufende Nut eingreifender Steg ausgebildet sein. Der Steg kann beispielsweise beim Abtragen des Materials für die Nut stehengelassen werden, was eine einfache Fertigung ermöglicht. Besonders bevorzugt durchquert der Steg die Nut. Auf diese Weise wird ein Formschluss mit den Laufbahnplatten über die gesamte Breite der Laufbahn hergestellt. Das Einbringen eines einzelnen Steges je Laufbahn zur umfangsseitigen Fixierung der Laufbahnplatten kann ausreichend sein, es können jedoch auch mehrere Stege umfangsseitig verteilt angeordnet werden.
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Vorzugsweise verläuft der Steg zumindest abschnittsweise schräg zur Haupterstreckungsrichtung der Nut. Durch den in Bezug auf die Nut schrägen Verlauf des Steges wird erreicht, dass die Richtung des Stoßes zwischen Steg und Laufbahnplatte im Betrieb des Wälzlagers nicht parallel zu der Drehachse des jeweiligen den Stoß überrollenden Wälzkörpers verläuft. Auf diese Weise wird ein besonders schonender Übergang des Wälzkörpers auf den Steg realisiert. Insbesondere wird einer Riefenbildung im Wälzkörper und Beschädigungen der Laufbahnplattenkanten vorgebeugt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Steg eine Steghöhe auf, die der Dicke der Laufbahnplatten in einem zu dem Steg benachbarten Bereich entspricht, und der Steg bildet einen Anschlag für Stoßflächen der beidseitig an den Steg angrenzenden Laufbahnplatten.
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Alternativ kann der Steg eine Steghöhe aufweisen, die geringer ist als die Dicke der Laufbahnplatten in einem zu dem Steg benachbarten Bereich, und die zu dem Steg beidseitig benachbarten Laufbahnplatten können zumindest einen Endabschnitt aufweisen, der den Steg derart überdeckt, dass die Laufbahnplatten im Bereich des Steges aneinander angrenzen.
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Die Tragfähigkeit der Laufbahn im Bereich der Sicherungsmittel kann bei dem erfindungsgemäßen Großwälzlager gegenüber der übrigen Laufbahn reduziert sein. Beispielsweise kann der Steg aus einem nichtgehärteten Material, vorzugsweise dem Material des Grundkörpers, gefertigt sein und die Wälzkörper sollten nicht unter Last über die Kanten der gehärteten Laufbahnplatten rollen, um Beschädigungen zu vermeiden. Es ist daher vorteilhaft, wenn die Laufbahn im Bereich der Sicherungsmittel tiefergelegt ist, um eine in diesem Bereich durch Wälzkörper einbringbare Last zu verringern. Die Tieferlegung wird dabei vorzugsweise größer gewählt als die zweifache Kontaktverformung von Wälzkörper und Laufbahn. Dadurch können die Wälzkörper aus der Last genommen werden.
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Ferner bevorzugt ist im Bereich der Sicherungsmittel eine radial sich erstreckende Revisionsöffnung in dem Wälzlagerring für den Austausch von Wälzkörpern angeordnet. Zur Erleichterung des Austauschs der Wälzkörper wird das Vorsehen einer Revisionsöffnung bevorzugt kombiniert mit einer Tieferlegung der Laufbahn im Bereich der Sicherungsmittel.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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- 1 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Wälzlagerrings eines erfindungsgemäßen Großwälzlagers mit einer aus zwei Bahnen von Laufbahnplatten gebildeten axialen Wälzkörperlaufbahn,
- 2 zeigt schematisch einen Längsschnitt der Wälzkörperlaufbahn gemäß 1 mit beidseits des Stegs eingelegten Laufbahnplatten,
- 3a bis 3c zeigen schematisch verschiedene weitere geometrische Ausführungsformern der Sicherungsmittel in einem Wälzlagerring eines erfindungsgemäßen Großwälzlagers,
- 4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Wälzlagerlaufbahn als radiale Laufbahn ausgebildet ist,
- 5 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer radialen Laufbahn und einer Revisionsöffnung im Bereich der Sicherungsmittel,
- 6a, 6b zeigen schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer axialen Laufbahn und einer Revisionsöffnung im Bereich der Sicherungsmittel,
- 7 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Wälzlagers gemäß der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 ist ein Abschnitt eines Wälzlagerrings 1 mit einer Wälzkörperlaufbahn 2 gezeigt. Der Wälzlagerring 1 kann entweder einstückig oder bevorzugt in Umfangsrichtung U segmentiert ausgebildet sein.
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Der Wälzlagerring 1 umfasst einen Grundkörper 3, in den im Bereich der Laufbahn 2 eine umlaufende Nut 4 eingebracht ist, und gehärtete Laufbahnplatten 5, die in die Nut 4 zur Ausbildung der Laufbahn 2 eingelegt sind. Die Laufbahn 2 ist hier beispielhaft als axiale Laufbahn ausgebildet.
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In der Nut 4 sind Sicherungsmittel 6 für eine formschlüssige Zusammenwirkung mit den Laufbahnplatten 5 angeordnet, die eine Verschiebbarkeit der Laufbahnplatten 5 in der Nut 4 in Umfangsrichtung U begrenzen.
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Wie in 1 und 2 dargestellt, sind die Sicherungsmittel 6 als Erhebungen im Bereich der Nut 4 ausgebildet, an deren Form die Laufbahnplatten 5 angepasst sind. So weisen die Laufbahnplatten 5 insbesondere auf ihrer Unterseite benachbart zu den Sicherungsmitteln 6 eine Abkantung auf, die ein Abheben der Laufbahnplatten 5 vom Boden der Nut unter Schubkräften in Umfangsrichtung verhindert. Von den Laufbahnplatten in Umfangsrichtung ausgeübte Schubkräfte werden daher vollständig von den Sicherungsmitteln aufgenommen.
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Die Sicherungsmittel 6 sind als ein in Querrichtung Q in die umlaufende Nut 4 eingreifender Steg 7 ausgebildet, der die Nut 4 durchquert. Der Steg 7 ist hier beispielhaft als ein im Wesentlichen gerader Steg mit radialer Ausrichtung zum Lagerzentrum gezeigt. Der Steg 7 weist eine Steghöhe H auf, die der Dicke D der Laufbahnplatten 5 in einem zu dem Steg 7 benachbarten Bereich entspricht. Der Steg 7 bildet einen Anschlag für die Stoßflächen 8, 9 der beidseitig an den Steg 7 angrenzenden Laufbahnplatten 5.
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Wie in 2 dargestellt ist die Laufbahn 2 vorzugsweise im Bereich der Sicherungsmittel 6 tiefergelegt, um eine in diesem Bereich durch Wälzkörper einbringbare Last zu verringern. Der Übergangsbereich von der normalen Laufbahnhöhe zu dem tiefergelegten Bereich ist vorzugsweise homogen gestaltet.
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Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Steg eine Steghöhe auf, die geringer ist als die Dicke der Laufbahnplatten in einem zu dem Steg benachbarten Bereich, und die zu dem Steg beidseitig benachbarten Laufbahnplatten zumindest einen Endabschnitt aufweisen, der den Steg derart überdeckt, dass die Laufbahnplatten im Bereich des Steges aneinander angrenzen.
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Im Übrigen gelten die obigen Ausführungen zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 entsprechend.
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In 3a bis 3c sind weitere geometrische Ausführungsformern der Sicherungsmittel 6 in einem Wälzlagerring 1 eines erfindungsgemäßen Großwälzlagers dargestellt. Gemäß 3a können zwei Stege 7 von beiden Seiten in die Nut 4 eingreifen. 3b zeigt ein Ausführungsbeispiel eines die Nut 4 durchquerenden Steges 7, der schräg zur Haupterstreckungsrichtung der Nut 4 verläuft. Dies hat den Vorteil, dass die Kanten der Laufbahnplatten im Betrieb nicht parallel zur Drehachse der Wälzkörper verlaufen und daher nicht zu einem bestimmten Zeitpunkt vollständig überrollt werden. Einer Riefenbildung im Wälzkörper und Beschädigungen der Kanten der Laufbahnplatten wird so vorgebeugt. Der Winkel des Steges 7 zur radialen Richtung kann beispielsweise im Bereich von 10-20° liegen. Derselbe Vorteil kann auch erzielt werden, wenn der Steg 7 abschnittsweise in verschiedenen Winkeln schräg zur Haupterstreckungsrichtung der Nut 4, beispielsweise V-förmig wie in 3c gezeigt verläuft.
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Im Übrigen gelten die obigen Ausführungen zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen entsprechend.
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In 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem die Wälzkörperlaufbahn als radiale Laufbahn mit einem axial sich erstreckenden Steg 7 als Sicherungsmittel 6 ausgebildet ist.
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Das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 dadurch, dass im Bereich der Sicherungsmittel 6 eine radial sich erstreckende Revisionsöffnung 10 in dem Wälzlagerring 1 für den Austausch von Wälzkörpern angeordnet ist. Die Revisionsöffnung 10 kann durch einen Verschlussstopfen 11 während des Betriebs verschlossen sein.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 wird die radiale Laufbahn 2 durch drei Bahnen von nebeneinander angeordneten Laufbahnplatten 5 gebildet. Auf der Laufbahn 2 ist eine Reihe 130 radialer Wälzkörper vorgesehen.
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6a und 6b zeigen einen Ausschnitt aus einem Wälzlager mit einer Radialrollenreihe 130 und einer Axialrollenreihe 140. Die Axialrollen sind durch Zwischenstücke 150 voneinander beabstandet und laufen auf den Laufbahnplatten 5 eines Wälzlagerrings ab. Die Zwischenstücke 150 sind hier beispielhaft als Fensterzwischenstücke ausgebildet. Die Laufbahnplatten 5 sind durch einen Steg 7 als Sicherungsmittel 6 in ihrer Position fixiert. Im Bereich der Sicherungsmittel 6 ist eine radial sich erstreckende Revisionsöffnung 10 im Grundkörper 3 des Wälzlagerrings eingebracht. Da die Laufbahn im Bereich des Steges tiefergelegt ist und die Wälzkörper der Wälzkörperreihe 140 dort außer Last sind, lassen sich die einzelnen Wälzkörper und die zugehörigen Zwischenstücke 150 über die Revisionsöffnung 10 einfach entnehmen.
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Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen für die Ausführungsbeispiele gemäß 4 bis 6 entsprechend.
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7 zeigt Wälzlager 100 mit einem ersten Wälzlagerring, der einen Tragring 110 und einen Haltering 120 umfasst, deren Position zueinander - beispielsweise durch Schrauben oder Stifte - zueinander gesichert ist. Das Wälzlager 100 umfasst ferner einen zweiten Wälzlagerring (nicht dargestellt) und mindestens eine Reihe von zwischen dem ersten und dem zweiten Wälzlagerring abrollbaren Wälzkörpern (nicht dargestellt), wobei die Wälzlagerringe gemäß der vorstehenden Beschreibung erfindungsgemäß ausgebildet sind. Das Wälzlager 100 ist eine 3-reihige Rollendrehverbindung, wobei für jede der Wälzkörperreihen eine radial sich erstreckenden Revisionsöffnung mit zugeordnetem Verschlussstopfen 11 vorgesehen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlagerring
- 2
- Laufbahn
- 3
- Grundkörper
- 4
- Nut
- 5
- Laufbahnplatten
- 6
- Sicherungsmittel
- 7
- Steg
- 8, 9
- Stoßflächen
- 10
- Revisionsöffnung
- 11
- Verschlussstopfen
- 100
- Wälzlager
- 110
- Tragring
- 120
- Haltering
- 130, 140
- Wälzkörperreihe
- 150
- Zwischenstück
- U
- Umfangsrichtung
- Q
- Querrichtung
- H
- Steghöhe
- D
- Dicke der Laufbahnplatte
