DE19823154C1 - Planeten-Wälzlager - Google Patents

Abstract

Es ist ein Wälzlager beschrieben, das mit einem Innenring (1), einem Außenring (2) und im Ringraum (14) dazwischen angeordneten, auf Umfangsabstand gehaltenen, gleichmäßig am Umfang verteilten Wälzkörpern (3) versehen ist. Die Wälzkörper (3) sind Spindeln mit in Achsrichtung hintereinander angeordneten Umfangsrillen (4). Die benachbarte Rillen bildenden, im Querschnitt vorzugsweise zahnförmigen Stege (5) greifen in ihrem Querschnitt entsprechende Gegenrillen sowohl des Außen- (2) als auch des Innenrings (1) ein. Dabei sind die beiden Enden (8, 9) der Wälzkörper (3) in je einem im Ringraum (14) gehaltenen Führungsring (12) gelagert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring und im Ringraum dazwischen angeordneten, auf Umfangsabstand gehaltenen, gleichmäßig am Umfang verteilten Wälzkörpern, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wälzlager in Form von Kugellagern, Zylinderrollenlagern, Kegelrollenlagern etc. sind ein in der Technik unentbehrliches Maschinenelement. Sie zeichnen sich durch hohe Lebensdauer, Möglichkeiten zur spielfreien Lagerung sowie problemlose Schmierung und einfachen Austausch aus.

Die von solchen Lagern aufzunehmenden Axial- und Radialkräfte sind vom Hersteller festgelegt und sollten nicht überschritten werden. Gelegentlich kommt es aber vor, dass das bekannte Wälzlager den Anforderungen hinsichtlich der Kraft- und Momentenaufnahme nicht gewachsen ist.

Um hier eine Verbesserung zu schaffen, wird in der GB-1 319 591 vorgeschlagen, als Wälzkörper Spindeln mit in Achsrichtung hintereinander angeordneten Umfangsrillen zu verwenden, wobei der Außen- und der Innenring entsprechende Gegenrillen aufweisen. Dieses Wälzlager ist in der Lage, große Axial- und Radialkräfte sowie Momente aufzunehmen. Es zeichnet sich auch durch Reibungsarmut aus.

Die Herstellung der speziellen Wälzkörper ist technisch und wirtschaftlich kein Problem. Dasselbe gilt für den Zusammenbau dieser Wälzlager, weswegen sie in dieser Hinsicht gegenüber herkömmlichen Ausführungen praktisch kaum einen Nachteil mit sich bringen. Nachteilig am gattungsgemäßen Lager ist aber, dass eine Axialkraft- Ausleitung nicht vorgesehen ist.

Es liegt infolgedessen die Aufgabe vor, ein gattungsgemäßes Lager so weiterzubilden, dass eine Axialkraft-Ausleitung möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Wälzlager mit den Oberbegriffsmerkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen, das gemäß dem kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs ausgebildet ist.

Dieses Wälzlager ist aufgrund seines integrierten inneren Planetengetriebs in der Lage, eine verhältnismäßig hohe Drehzahl stark zu untersetzen, so dass man forderungsgemäß eine sehr feinfühlige Umwandlung einer Drehbewegung in eine Axialbewegung und umgekehrt bewirken kann. Die Größe der pro Umdrehung erzielbaren Axialverstellung kann man durch entsprechende Wahl der Steigung des Gewindes der Gewindeverzahnung in einem weiten Bereich variieren.

Besondere Ausgestaltungen des vorstehend beschriebenen Wälzlagers ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele.

Zwei besonders bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung beinhalten die Ansprüche 5 und 6. Während gemäß Anspruch 5 (Fig. 3) das Wälzlager ein äußeres Vorschub- Planetengetriebe aufweist, ist das äußere Planetengetriebe gemäß Anspruch 6 (Fig. 1) ein Lager-Planetengetriebe ohne axiale Verschiebung. Beide Ausführungsformen besitzen darüber hinaus jeweils noch ein inneres Vorschub- Planetengetriebe. Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 ist demnach sowohl die innere als auch die äußere Lagerung jeweils von einer Axialbewegung überlagert, so dass man gewissermaßen von einem Gewindetrieb in einen anderen Gewindetrieb sprechen kann. Trotzdem ist der generelle Aufbau und sind auch die Wälzkörper beider Varianten weitgehend übereinstimmend. Bei der Variante nach den Fig. 1 und 2 findet eine Axialkraftausleitung bei geringem Axialvorschub statt. In beiden Fällen wird, wie gesagt, eine Drehbewegung in eine Axialbewegung umgesetzt, wobei sowohl bei Fig. 1 als auch bei Fig. 3 das Drehmoment jeweils über den Innenring des Wälzlagers eingeleitet wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der bereits erwähnten Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Hierbei stellen dar:

Fig. 1 einen Längsmittelschnitt durch ein erfindungsgemäßes Wälzlager im Bereich zweier Wälzkörper;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 und 4 analoge Schnittdarstellungen einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Das Wälzlager der vorliegenden Erfindung weist gemäß beispielsweise Fig. 1 einen Innenring 1, einen Außenring 2 sowie mehrere gleichmäßig am Umfang verteilte und auf Umfangsabstand gehaltene Wälzkörper 3 auf. Die Wälzkörper sind jedoch nicht von herkömmlicher Form, vielmehr handelt es sich dabei um Spindeln mit in Achsrichtung hintereinander angeordneten Umfangsrillen 4. Sie sind alle von gleicher Querschnittsform und -größe. Zwischen benachbarten Rillen 4 befinden sich Stege 5, deren Querschnitt mit demjenigen von Zähnen eines Bolzengewindes vergleichbar ist, die jedoch jeweils in der gleichen Axialebene liegen, d. h. keinen Gewindegang bilden (Nullsteigung).

Demzufolge sind auch der Innenring 1 und der Außenring 2 mit Rillen ausgestattet, deren Querschnittsform jeweils etwa dem Stegquerschnitt entspricht. Lediglich der Ordnung halber wird noch angemerkt, dass es sich beim Innenring 1 um Außenrillen 6 und beim Außenring 2 um Innenrillen 7 (Fig. 2) handelt.

Die Wälzkörper 3 besitzen an ihren beiden Enden Lagerzapfen 8 bzw. 9. Sie greifen in zugeordnete Lagerbohrungen 10 bzw. 11 an Führungsringen 12 bzw. 13 ein. Die Führungsringe 12 und 13 sind in den Ringraum 14 zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 zumindest weitgehend spielfrei eingeschoben. Demzufolge liegen sie innen an der Zylinder- Außenfläche 15 des Innenrings 1 und außen an der Zylinder- Innenfläche 16 des Außenrings 2 an. In axialer Richtung sind sie durch einen Stützring 17 bzw. 18 gehalten. Diese sind in eine innere Ringnut 19 bzw. 20 des Außenrings 2 eingesetzt, insbesondere eingesprengt. Fig. 1 entnimmt man, dass der Führungsring 12 bzw. 13 an seinem Außenumfang schmale, nach entgegengesetzten Richtungen vorstehende Außenbunde aufweist, mit denen er sich einerseits an einem Absatz (z. B. 21) des Außenrings 2 und an der inneren Stirnfläche des Stützrings 17 bzw. 18 axial abstützt.

An den inneren Enden der Lagerzapfen 8 und 9 befinden sich gleichfalls absatzartige Durchmessererweiterungen zur tangentialen Abstützung am zugeordneten Führungsring 12 bzw. 13. Fig. 2 entnimmt man, dass die Wälzkörper 3 gleichmäßig am Umfang verteilt sind und die beiden Führungsringe quasi einen Käfig für die Wälzkörper 3 bilden.

Bei allen Ausführungsbeispielen befindet sich konzentrisch im Innenring 1 ein Bolzen 22. Im inneren Ringraum 23 zwischen dem Bolzen 22 und dem Innenring 1 des Wälzlagers befinden sich weitere Wälzkörper. Sie bilden Zusatz- Spindeln 24. Bei beiden Ausführungsbeispielen sind acht Wälzkörper (Lager-Planeten) und sechs Zusatz-Spindeln 24 (Vorschub-Planeten) vorgesehen. Dies ist aber nur beispielsweise zu verstehen. Auf jeden Fall sind aber auch an den Enden der Zusatz-Spindeln Lagerzapfen 25, 26 angeformt, die in Lagerbohrungen 27 bzw. 28 von inneren Führungsringen 29 bzw. 30 gelagert sind. Die inneren Führungsringe 29 und 30 sind in analoger Weise zu den Führungsringen 12 und 13 mittels innerer Stützringe 31 bzw. 32 axial gesichert.

Ebenso wie die außen liegenden Wälzkörper 3 haben bei diesen Varianten die Zusatz-Spindeln 24 parallele, senkrecht zur Längsachse hintereinander angeordnete Umfangsrillen und bilden zusammen eine Verzahnung 33 ohne Steigung. In der Bohrung des Innenrings 1 befindet sich eine Verzahnung 34 ohne Steigung und außen am Bolzen 22 eine Gewindeverzahnung 35 mit einer Steigung (Außengewinde).

In diesem Falle bilden der Bolzen 22, der Innenring 1 und die Zusatz-Spindeln 24 ein inneres Planetengetriebe 36. Dabei stellen die Zusatz-Spindeln 24 innere Planetenräder dar. Der Bolzen 22 ist ein inneres Zentral- oder Sonnenrad, während der Innenring 1 ein äußeres Zentralrad dieses inneren Vorschub-Planetengetriebes 36 ist.

In den Fig. 3 und 4 ist außer dem inneren Vorschub- Planetengetriebe 36 noch ein äußeres Vorschub- Planetengetriebe 37 vorgesehen. Das hängt damit zusammen, dass dort zwischen Innenring 1 und Außenring 2 äußere Gewindespindeln 38 Verwendung finden, die mit den als innere Gewindespindeln ausgebildeten Zusatz-Spindeln 24 vergleichbar sind. Die Stege 5 der äußeren Gewindespindeln 38 bilden einzelne, durch die Umfangsrillen getrennte, in axialer Richtung hintereinander liegende, senkrecht zur Längsachse der Wälzkörper angeordnete Einzelstege. Am Innenring 1 befindet sich ein passendes Außengewinde 39 und innen am Außenring 2 eine dementsprechende Profilierung bzw. Verzahnung 40 ohne Steigung. Außerdem bilden beim äußeren Planetengetriebe 37 die Wälzkörper bzw. äußeren Gewindespindeln 38 Planetenräder, während der Außenring 2 ein äußeres Zentralrad und der Innenring 1 ein inneres Zentralrad oder Sonnenrad des äußeren Vorschub- Planetengetriebes 37 ist. Es handelt sich demnach um einen inneren Gewindetrieb in einem äußeren Gewindetrieb. Die Wirkung ist vergleichbar mit dem Gewindetrieb der Fig. 1 und 2, jedoch sind dort geringere Steigungen realisierbar.

In nicht dargestellter Weise können sich im inneren Ringraum 23 anstelle der Zusatz-Spindeln 24 auch herkömmliche Wälzkörper, beispielsweise Kugeln, befinden, die dann entsprechend in Käfigen auf Abstand gehalten werden müssen.

Am in den Fig. 1 und 3 oberen Ende des Bolzens 22 sind zwei parallele Schlüsselflächen 41 ausgebildet, die man zur Verdrehsicherung des Bolzens ausnutzen kann. Das Drehmoment eines Antriebs wird über das rohrförmige, über den Außenring axial hinausragende Ende 42 des Innenrings 1 eingeleitet.

Des Weiteren ist bei den Varianten gemäß Fig. 1 und 3 ein radial vorstehender Flansch 43 mit mehreren am Umfang verteilten Befestigungsbohrungen 44 angeformt. Das zapfenförmige Ende 45 des Bolzens 22 dient, wie bereits ausgeführt wurde, zur Axialkraft-Ausleitung.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist, wie gesagt, innen ein Vorschub-Planetengetriebe und außen ein Lager- Planetengetriebe, während beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ein inneres und äußeres Vorschub-Planetengetriebe vorhanden sind.

Zusammengefasst ergibt sich Folgendes:

Bei einem Wälzlager mit einem Innenring 1, einem Außenring 2 sowie Wälzkörpern 3 sind letztere zur Erhöhung der aufzunehmenden axialen und radialen Kräfte bei reibungsarmem Betrieb und verhältnismäßig niedrigen Kosten, in bekannter Weise als Spindeln ausgebildet. Sie haben Umfangsrillen 4, die durch im Querschnitt zahnförmige Stege 5 voneinander getrennt sind, wobei die Stege in entsprechende Rillen des Innenrings 1 und des Außenrings 2 eingreifen.

Im Innenring 1 befindet sich konzentrisch ein Bolzen 22 oder auch ein Zusatzring. Im Ringraum zwischen letzterem und dem Innenring 1 sind Zusatz-Spindeln 24 ebenfalls gleichmäßig am Umfang verteilt und axial gesichert. Ihre Stege 5 verlaufen ebenfalls senkrecht zur Spindellängsachse. Die Profilierung der Zusatz-Spindeln 24 greift in eine entsprechende Verzahnung 34 ohne Steigung des Innenrings 1 bzw. der Gewindeverzahnung 35 mit Steigung des Bolzens 22 ein. Auf diese Weise entsteht jeweils ein inneres Vorschub-Planetengetriebe 36 mit integrierter Lagerung.

Sowohl bei den zwischen Innen- und Außenring als auch bei den zwischen Innenring 1 und Bolzen 22 liegenden Wälzkörpern liegt eine Rillenprofilierung mit Steigung null vor. Dies gilt für beide Ausführungsbeispiele. Der Unterschied zwischen diesen beiden Varianten besteht darin, dass bei Fig. 1 der Innenring 1 am Innen- und Außendurchmesser eine steigungslose Rillenprofilierung erhält. Bei Fig. 3 besteht dieser Innenring aus Innenrillen und Außengewinde mit Steigung. Bei Fig. 1 ergibt dies für den Innenring 1 eine rein rotatorische Bewegung und bei Fig. 3 eine rotatorische und translatorische.

Claims (11)

1. Wälzlager, mit einem Innenring (1), einem Außenring (2) und im Ringraum (14) dazwischen angeordneten, auf Umfangsabstand gehaltenen, gleichmäßig am Umfang verteilten Wälzkörpern (3), wobei die Wälzkörper (3) Spindeln mit in Achsrichtung hintereinander angeordneten Umfangsrillen (4) sind und die benachbarte Rillen bildenden, im Querschnitt der Rillen vorzugsweise zahnförmigen Stege (5) in ihrem Querschnitt entsprechende Gegenrillen (6, 7) sowohl des Außen-(2) als auch des Innenrings (1) eingreifen, wobei außerdem die beiden als Lagerzapfen (8, 9) ausgebildeten Enden der Wälzkörper (3) in je einem im Ringraum (14) gehaltenen Führungsring (12) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (1) konzentrisch von einem Bolzen (22) oder Zusatzring durchsetzt ist und sich im Ringraum (23) zwischen dem Innenring (1) und dem Bolzen (22) oder Zusatzring Zusatzspindeln (24) befinden, die mit einer Profilierung (Verzahnung ohne Steigung) versehen sind und Planetenräder eines inneren Planetengetriebes (36) bilden, wobei der Innenring (1) ein äußeres Zentralrad und der Bolzen (22) oder der Zusatzring ein inneres Zentralrad oder Sonnenrad des inneren Planetengetriebes (36) bilden, und dass die Zusatz- Spindeln (24) beidendig in je einem inneren Führungsring (29, 30) gelagert sind und die inneren Führungsringe in Achsrichtung durch je einen inneren Stützring (32) im Ringraum (23) zwischen dem Innenring (1) und dem Bolzen (22) oder Zusatzring gesichert sind.

2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder innere Stützring (31, 32) in eine innere Ringnut des Innenrings (1) bzw. äußeren Zentralrads des inneren Planetengetriebes (36) eingesetzt, insbesondere eingesprengt ist.

3. Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung einer Verdrehsicherung am einen freien Ende des Bolzens (22) oder Zusatzringes zwei parallele Schlüsselflächen (41), ein Außenmehrkant, ein Innenmehrkant oder dergleichen angebracht sind.

4. Wälzlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Ende des Außenrings (2) ein radial vorstehender Flansch (43) angeformt ist.

5. Wälzlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (5) der Wälzkörper (3) im Ringraum (14) zwischen Außenring (2) und Innenring (1) jeweils lastübertragende äußere Gewindespindeln (38) bilden, die in ein Außengewinde (39) (Verzahnung mit Steigung) des Innenrings (1) und eine durch die Gegenrillen (7) gebildete Profilierung (40) (Verzahnung ohne Steigung) des Außenrings (2) eingreifen, wobei der Außenring (2) ein äußeres Zentralrad und der Innenring (1) ein inneres Zentralrad oder Sonnenrad eines äußeren Vorschub- Planetengetriebes (37) bilden, dessen Planetenräder die äußeren Gewindespindeln (38) sind.

6. Wälzlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (5) der Wälzkörper (3) im Ringraum (14) zwischen Außenring (2) und Innenring (1) jeweils lastübertragende äußere Gewindespindeln (38) bilden, die in eine Profilierung (Verzahnung ohne Steigung) des Innenrings (1) und eine durch die Gegenrillen (7) gebildete Profilierung (40) des Außenrings (2) eingreifen, wobei der Außenring (2) ein äußeres Zentralrad und der Innenring (1) ein inneres Zentralrad oder Sonnenrad eines äußeren Lager- Planetengetriebes bilden, dessen Planetenräder die äußeren Gewindespindeln (38) sind.

7. Wälzlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (2) und/oder der Innenring (1) und/oder der Zusatzring (22) zur spielfreien Lagerung der Gewindespindeln (38) zweiteilig ausgebildet sind.

8. Wälzlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsringe (12, 13) axial unverschiebbar durch je einen in Achsrichtung gehaltenen Stützring (17, 18) gesichert sind und sie mit geringem Spiel radial am Innen-(1) und Außenring (2) anliegen.

9. Wälzlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindeln (38) weitgehend spielfrei gelagert sind und auch der Eingriff in den Innen-(1) und Außenring (2) spielfrei erfolgen kann.

10. Wälzlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stützring (17, 18) in eine innere Umfangsnut (19, 20) des Außenrings (2) eingesetzt, insbesondere eingesprengt ist.

11. Wälzlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an den freien Enden der Wälzkörper (3) Lagerzapfen (8, 9) angeformt sind, die in je eine Lagerbohrung (10, 11) des zugeordneten Führungsrings (12, 13) eingreifen.