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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagereinheit, die mit einem Kragen zum Klemmen des radialen Innenrings an einer rotierenden Welle versehen ist. Eine solche Lagereinheit ist für Anwendungen im verarbeitenden Bereich und insbesondere im Landwirtschaftsbereich geeignet, da sie einfach und ökonomisch herzustellen ist.
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Insbesondere ist die Lagereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung mit Wälzkörpern versehen und hat ein optimiertes Klemmsystem, das für die Verwendung von einem Exzenterklemmkragen vorgesehen ist, der gleichzeitig sowohl die Welle als auch den radialen Innenring befestigen kann, wodurch die zwei Komponenten veranlasst werden, miteinander befestigt zu sein.
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Stand der Technik
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Es gibt bekannte Lagereinheiten, die mit Wälzkörpern und Systemen zum Klemmen der Einheit an einer rotierenden Welle versehen sind.
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Lagereinheiten werden verwendet, um die relative Bewegung einer Komponente oder Anordnung mit Bezug auf eine andere Komponente oder Anordnung zu ermöglichen. Im Allgemeinen hat eine Lagereinheit eine erste Komponente, bspw. einen radialen Innenring, die an einer ersten Komponente, z. B. einer rotierenden Welle, befestigt ist und eine zweite Komponente, z. B. einen radialen Außenring, die an einer zweiten Komponente, z. B. ein stationäres Gehäuse, befestigt ist. Typischerweise ist bei den voranstehend genannten Beispielen der radiale Innenring rotierbar, während der radiale Außenring stationär ist, aber bei vielen Anwendungen ist das äußere Element rotierend und das innere Element ist stationär. In jedem Fall kann bei Wälzlagereinheiten die Rotation eines Rings mit Bezug auf den anderen durch mehrere Wälzkörper ermöglicht werden, die zwischen der zylindrischen Fläche der einen Komponente und der zylindrischen Fläche der zweiten Komponente positioniert sind, wobei diese Flächen üblicherweise Laufbahnen genannt werden. Die Wälzkörper können Kugeln, Zylinder- oder Kegelrollen, Nadelrollen oder ähnliche Wälzkörper sein.
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Es sind ebenfalls Lagereinheiten mit einem Klemmkragen zum Montieren an einer rotierenden Welle bekannt. Diese Lösung ist einfacher und ökonomischer als eine, die eine gezwungene Presskopplung mit dem Innenring der rotierenden Welle bereitstellt. Eine bekannte Lösung ist die des Verwendens eines Exzenterklemmkragens, der mit einer Druckschraube versehen ist, die die rotierende Welle greift. Gleichzeitig verursacht, wenn der Kragen über einen bestimmten Winkel rotiert wird, die Exzenterform des Kragens, dass eine zylindrische Kontaktfläche zwischen dem Kragen und der rotierenden Welle und ebenfalls zwischen dem Kragen und dem radialen Innenring erzeugt wird, um die rotierende Welle, den Klemmkragen und den radialen Innenring der Lagereinheit entsprechend miteinander zu befestigen.
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Jedoch hat die Verwendung des Exzenterklemmkragens Nachteile aufgrund der Geräusche, die erzeugt werden, und der übermäßigen Schwingungen, die die Welle, an der er eingesetzt ist, beschädigen können.
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Ferner wird bei Hochleistungsanwendungen, bei denen hohe Kraftwerte übertragen werden, die Greifleistungsfähigkeit zwischen den drei Komponenten (Welle, Kragen und Innenring) unzulänglich. Bei solchen Bedingungen ist es möglich, dass sich der Klemmkragen von dem radialen Innenring löst und abgeht. Dies kann aus verschiedenen Gründen, z. B. im Fall von Schwingungen, hohen Lasten, Hochleistungsanwendungen o. Ä. passieren.
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Schließlich ist der Exzenterklemmkragen, der mit einer Druckschraube versehen ist, ungeeignet für Anwendungen, bei denen die rotierende Welle in beide Rotationsrichtungen betrieben werden kann. In solchen Situationen ist es bevorzugt, eine Lösung ohne Klemmkragen zu verwenden, gemäß der der radiale Innenring direkt an der rotierenden Welle mittels eines Paars von Druckschrauben befestigt wird. Diese Lösung hat ebenfalls Nachteile, da sie die Bearbeitung des radialen Innenrings kompliziert.
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Folglich gibt es einen Bedarf, eine Lagereinheit bereitzustellen, die mit einem Klemmkragen versehen ist, sodass das Klemmen hinsichtlich der mechanischen Stärke zuverlässig ist, während die Erzeugung der übermäßigen Geräusche und/oder Schwingungen verhindert wird, und sie hinsichtlich der Kosten erschwinglich ist.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Lagereinheit bereitzustellen, die einen Klemmkragen aufweist, der Eigenschaften hat, die das Klemmen effektiver machen, wodurch er folglich frei von den Nachteilen ist, die voranstehend beschrieben sind. Insbesondere ist der Kragen ein innovativer Exzenterklemmkragen, der mit zwei Druckschrauben versehen ist, die in vorgegebenen Winkelabstand angeordnet sind, der vorteilhafterweise zwischen 57° und 67° liegt und noch bevorzugter 62° ist.
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Um die Griffkapazität der Lagereinheit an der Welle im Vergleich zu bekannten Lösungen zu erhöhen, wurde eine weitere Druckschraube an dem Exzenterklemmkragen gemäß genauen Abmessungsparametern hinzugefügt, wie von der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung offensichtlich wird.
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Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Lagereinheit erzeugt, wobei diese Lagereinheit mit einem Exzenterklemmkragen zum Klemmen des radialen Innenrings versehen ist, und die Eigenschaften hat, die in den angehängten Ansprüchen angegeben sind.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben, die einige nichtbeschränkende Ausführungsbeispiele des Gehäuseelements zeigen, in denen:
- 1 im Querschnitt eine Lagereinheit zeigt, die mit einem Exzenterklemmkragen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist,
- 2 ein Frontschnitt durch die Lagereinheit ist, die mit einem Kragen der 1 versehen ist, bei der die Klemmmittel des Kragens sichtbar sind,
- 3 im Querschnitt den Exzenterklemmkragen der Lagereinheit der 1 zeigt,
- 4 ein Frontschnitt durch den Exzenterklemmkragen der Lagereinheit der 1 ist,
- 5 im Querschnitt die Lagereinheit der 1 zeigt, die an eine rotierende Welle gebaut ist, und
- 6 ein Frontschnitt durch die Anordnung der 5 ist.
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Ausführliche Beschreibung
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Eine Ausführungsform einer Lagereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend rein als Beispiel mit Bezug auf die voranstehend genannten Figuren beschrieben.
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Mit besonderem Bezug auf 1 kann die Lagereinheit 10 für Anwendungen im Landwirtschaftsbereich und/oder der verarbeitenden Industrie, - z. B. der Textil-, Bergwerk-, Fahrzeug- oder Nahrungsmittelindustrie, bspw. zwischen einer rotierenden Welle und einem Gehäuseelement eingefügt sein, wobei keines davon Teil der vorliegenden Erfindung bildet, und umfasst:
- - einen stationären radialen Außenring 31,
- - einen radialen Innenring 33, der um eine zentrale Rotationsachse Y der Lagereinheit 10 rotierbar ist,
- - zumindest eine Reihe von Wälzkörpern 32, in diesem Beispiel Kugeln, die zwischen dem radialen Außenring 31 und dem radialen Innenring 33 eingefügt sind,
- - einen Käfig 34 zum Halten der Wälzkörper, um die Wälzkörper der Reihe von Wälzkörpern 32 in Position zu halten,
- - einen Exzenterklemmkragen 20 zum Befestigen des radialen Innenrings an einer rotierenden Welle.
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Durch die gesamte Beschreibung und die Ansprüche hindurch werden Begriffe und Ausdrücke, die Positionen und Orientierungen, wie bspw. „radial“ und „axial“ angeben, interpretiert als relativ zu der zentralen Rotationsachse Y der Lagereinheit 30 zu sein.
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Der radiale Außenring 31 ist mit einer radialen Außenlaufbahn 31' versehen, während der radiale Innenring 33 mit zumindest einer radialen Innenlaufbahn 33' versehen ist, um das Abrollen der Reihe von Wälzkörpern 32, die zwischen dem radialen Außenring 31 und dem radialen Innenring 33 eingefügt sind, zu ermöglichen. Der einfachen Darstellung halber wird das Bezugszeichen 32 sowohl für die individuellen Kugeln als auch die Reihe von Kugeln verwendet. Ebenfalls der Einfachheit halber kann der Begriff „Kugel“ in der Beschreibung und in den angefügten Zeichnungen beispielhaft anstelle des allgemeineren Begriffs „Wälzkörper“ verwendet werden (und das gleiche Bezugszeichen wird ebenfalls verwendet). Einige Ausführungsbeispiele und die entsprechenden Ausgestaltungen können für die Verwendung von Wälzkörpern, die verschieden von Kugeln sind (Rollen z. B.), verwendet werden, ohne dadurch vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Die Lagereinheit 10 ist ebenfalls mit Dichtmitteln 35 zum Dichten der Lagereinheit vor äußeren Verunreinigungen versehen.
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Die Lagereinheit 10 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst daher einen innovativen Exzenterklemmkragen 20, der mit zwei Druckschrauben 21, 22 versehen ist, die eine Druckkraft und dadurch eine Greifkraft an einer rotierenden Welle S ausüben, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung bildet. Daher dient der Exzenterklemmkragen 20 dazu, den radialen Innenring 33 an der rotierenden Welle S zu klemmen, wodurch diese zwei Elemente miteinander hinsichtlich der Rotation festlegt. Die zwei Druckschrauben 21, 22 sind in einem vorgegebenem Winkelabstand Ω angeordnet, der vorteilhafterweise zwischen 57° und 67° liegt oder sogar noch bevorzugter 62° ist. Die Verwendung einer zweiten Druckschraube ist beabsichtigt, um die Greifkapazität der Lagereinheit 10 an der rotierenden Welle S zu erhöhen.
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Um die rotierende Welle S mit Bezug auf den Exzenterklemmkragen 20 zu befestigen und daher mit Bezug auf den radialen Innenring sollte der Klemmkragen und der radiale Innenring bestimmte charakteristische geometrische und dimensionale Merkmale haben.
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Tatsächlich umfasst mit Bezug auf 1 und 2 der radiale Innenring 33 eine Endkante 330 mit einer umfänglich variablen Dicke, da diese Endkante 330 bearbeitet ist, indem ihre radiale äußere zylindrische Fläche 331 auf einen Durchmesser B mit einer Exzentrizität E mit Bezug auf die Rotationsachse Y der Lagereinheit 10 maschinell bearbeitet ist. Bevorzugt ist die Exzentrizität E zwischen 3 % und 4 % des Durchmessers C der radialen inneren Zylinderfläche 332 des radialen Innenrings 33.
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Zusätzlich mit Bezug auf die 3 und 4 hat der Exzenterklemmkragen 20 eine Endkante 200 mit einer umfänglich variablen Dicke, da die Endkante 200 bearbeitet ist, indem ihre radial innere Zylinderfläche 201 auf einen Durchmesser A mit der gleichen Exzentrizität E mit Bezug auf die Rotationsachse Z des Exzenterklemmkragens 20 maschinell bearbeitet ist. Der Wert der Exzentrizität E ist daher der gleiche sowohl für die radial äußere Zylinderfläche 331 des radialen Innenrings 33 als auch für die radial innere Zylinderfläche 201 des Exzenterklemmkragens 20.
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Der Exzenterklemmkragen 20 hat ebenfalls zwei Gewindelöcher 23, 24 die in einem Winkelabstand Ω positioniert sind, mit Durchmessern M und M1, die bevorzugt gleich zueinander sind. Die zwei Druckschrauben 21, 22 sind in diese Gewindelöcher geschraubt. Wie voranstehend erwähnt, ist der Winkelabstand Ω zwischen 57° und 67° oder noch bevorzugter gleich zu 62°. Jedes Loch 23, 24 ist bevorzugt bei einem Winkelabstand 31° von der vertikalen Achse X (z. B. die Achse der einzelnen Druckschraube gemäß den bekannten Lösungen) des Exzenterklemmkragens 20. Die Winkelposition der Löcher 23, 24 für die Druckschrauben 21, 22 gemäß der vorliegenden Erfindung ist daher symmetrisch um das einzelne Loch für die einzelne Druckschraube des bekannten Befestigungssytems.
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Der Zusammenbauvorgang ist sehr einfach. Mit Bezug auf die 5 und 6 ist es einfach notwendig, die innere radiale Zylinderfläche 201 des Exzenterklemmkragens 20 auf der radialen äußeren Zylinderfläche 331 des radialen Innenrings 33 ruhen zu lassen und dann den Klemmkragen 20 rotieren zu lassen, bis er mit der rotierenden Welle S eingreift, wodurch ein Kontaktbereich I zwischen einer radial inneren Zylinderfläche 202 des Exzenterklemmkragens 20 und der rotierenden Welle S erzeugt wird. Schließlich werden die zwei Druckschrauben 21, 22 festgezogen, die an der rotierenden Welle S eingreifen werden. Die zwei Druckschrauben 21, 22 sollten exakt gegenüber dem Kontaktbereich I mit einem vorgegebenen Winkelabstand Ω (der zwischen 57° und 67° liegt, wie voranstehend erwähnt) in einer solchen Weise positioniert werden, dass die resultierende Ft der zwei Kräfte F1 und F2, die durch die Druckschrauben 21, 22 erzeugt werden, immer im Kontaktbereich I ist, wodurch folglich die Kopplung zwischen der rotierenden Welle S und dem Exzenterklemmkragen 20 robuster wird. Der Winkelabstand Ω, der in dieser Weise bestimmt ist, macht es möglich, eine stärkere resultierende Kraft zu erreichen als für größere Winkelabstände, z. B. 120° erreicht werden kann. Andererseits würden kleinere Werte für den Winkelabstand das Verriegelungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung weniger balanciert machen, da die Kräfte, die zwischen der Welle und dem Innenring wirken, nicht äquidistant und balanciert sind, und daher weniger geeignet für Anwendungen sind, bei denen die Welle in beide Richtungen rotieren kann.
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Mittels dieser Lösung ist es möglich, die Beschränkung von Exzenterklemmkragen zu überwinden, nämlich die Tatsache, dass ihre Verwendung auf Anwendungen begrenzt ist, bei denen die Richtung der Welle immer die gleiche ist. Tatsächlich macht das Vorliegen der zwei Druckschrauben es möglich, dass der Klemmkragen für den Gebrauch geeignet ist, obwohl sich die Rotation der Welle ändert.
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Der Hauptvorteil dieses neuen Befestigungssystems ist die größere Greifkraft der Lagereinheit, da der Exzenterklemmkragen in einer robusteren Weise an der rotierenden Welle befestigt ist. Die Dimension der Druckschrauben und ihr Klemmdrehmoment ist nicht verschieden von dem der einzelnen Druckschraubenlösung, aber das Vorhandensein einer zusätzlichen Druckschraube verbessert die Leistungsfähigkeit des Befestigungssystems als Ganzes.
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Zusätzlich zu den Ausführungsformen der Erfindung, wie voranstehend beschrieben, ist zu verstehen, dass zahlreiche andere Varianten existieren. Es ist ebenfalls zu verstehen, dass die Ausführungsformen rein als Beispiel bereitgestellt sind und nicht die Aufgabe der Erfindung noch ihre Anwendungen oder möglichen Konfigurationen begrenzt. Im Gegensatz ist zu verstehen, dass, obwohl die Beschreibung, die voranstehend gegeben ist, jenen mit Fachwissen ermöglicht, die vorliegende Erfindung zumindest gemäß einem Beispiel ihrer Konfigurationen zu implementieren, zahlreiche andere Varianten der beschriebenen Komponenten in Betracht genommen werden können, ohne dadurch von der Aufgabe der Erfindung, wie sie in den angehängten Ansprüchen, die wörtlich und/oder gemäß ihren legalen Äquivalenten interpretiert sind, definiert ist.
