DE202008009124U1

DE202008009124U1 - Wälzlager

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Publication number: DE202008009124U1
Application number: DE200820009124
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2018-07-11

Abstract

Wälzlager, welches radiale Lagerkräfte oder eine Kombination von radialen und axialen Lagerkräften aufnimmt, umfassend
a) eine Anzahl von äußeren Laufbahnen (1b, 10b),
b) eine Anzahl von Wälzkörpern (2),
c) eine Anzahl von inneren Laufbahnen (4b, 9b),
dadurch gekennzeichnet,
dass es wenigstens einen einzelnen Umlaufring (5) umfasst, welcher einen im wesentlichen rotationssymmetrischen Körper ausbildet, und welcher wenigstens eine Anzahl der Wälzkörper (2), vorzugsweise alle Wälzkörper (2) entlang des Umfanges des Wälzlagers in einem engen Bereich der radialen Erstreckung des Wälzlagers mit einer Kontaktgeometrie (K) berührt und auf wenigstens einen aus äußerer Laufbahn (1b, 10b) und innerer Laufbahn (4b, 9b) presst.

Description

Bei Wälzlagern der allgemeinen Bauarten rollt eine Anzahl von Wälzkörpern auf Laufbahnen von wenigstens zwei Lagerringen ab und lagert dadurch diese Lagerringe drehbar gegeneinander. Je nach Ausrichtung der Laufbahnen relativ zu der Rotationsachse des Wälzlagers unterscheidet man dabei zwischen radialen und axialen Wälzlagern. Im Großteil der Ausführungen von Wälzlagern sind die Wälzkörper voneinander durch Stege eines Käfigs getrennt, welcher durch einen Gleitkontakt mit den Wälzkörpern von diesen angetrieben wird und zusammen mit den Wälzkörpern im Lager umläuft. Der Käfig weist durch seine Ausgestaltung den Wälzkörpern einen Ort zu und bewirkt so die gleichmäßige Verteilung der Wälzkörper entlang der Laufbahnen.
Aus dem Zusammenspiel der Durchmesser von innerer und äußerer Laufbahn und Wälzkörpern, aus Verformungen der Lagerringe, die durch den Einbau des Wälzlagers resultieren, aus temperaturbedingten Ausdehnungen und aus lastbedingten, elastischen Verformungen der Bauteile ergibt sich bei radialen Wälzlagern eine bestimmte radiale Betriebslagerluft. Diese entspricht dem Weg, um den sich die Mittelachse des inneren Lagerringes zur Mittelachse des äußeren Lagerringes verschieben kann. Je nach Auslegung der Bauteile des Wälzlagers, der Einbausituation und der Betriebstemperatur kann die Betriebslagerluft positiv, Null oder negativ sein.
Axiale Wälzlager weisen bei ordnungsgemäßem Einbau keine Lagerluft auf und werden hier nicht weiter behandelt.
Bei einem radialen Wälzlager mit negativer Betriebslagerluft drücken alle Wälzkörper elastisch in beide Laufbahnen ein, das Wälzlager ist radial vorgespannt und bietet dadurch eine radial feste Lagerung von Bauteilen, auch bei Auftreten von einseitigen, radialen Lasten. Ein weiterer Vorteil ist der sehr ruhige Lauf des Wälzlagers.
Nachteilig ist die durch die Pressung erhöhte Reibung zwischen den Wälzpartnern, wodurch sich ein höheres Reibmoment der Lagerstelle und dadurch ein höherer Energieaufwand für die Rotation und damit eine stärkere Erwärmung der Lagerstelle ergibt.
Bei einem Wälzlager mit Null-Luft ergibt sich erst durch das Aufbringen einer radialen Betriebslast und die dadurch bedingten, elastischen Verformungen der Lagerbauteile auf der lastabgewandten Seite eine Betriebslagerluft zwischen den Wälzkörpern und wenigstens einer der Lagerlaufbahnen. Ein weitgehend ruhiger Lagerlauf ist trotzdem gewährt.
Bei einem Wälzlager mit positiver Betriebslagerluft wird durch das Auftreten einer radialen Betriebslast auf der lastabgewandten Seite des Lagers die bereits vorhandene Lagerluft vergrößert, wodurch die Führungsgenauigkeit der Lagerstelle abnimmt, während das Betriebsgeräusch zunimmt. In vielen Anwendungsfällen ist dieses akzeptabel, da der durch die Lagerluft bewirkte, leichte Lauf geringere Reibungsverluste und damit eine geringere Erwärmung der Lagerstelle bewirkt.
In Anwendungsfällen, bei denen die Lagerstelle hohen oder stark wechselnden Betriebstemperaturen ausgesetzt ist, werden Wälzlager verwendet, die eine vergrößerte Lagerluft aufweisen. Dadurch wird bei unterschiedlich starker thermischer Ausdehnung der gelagerten Bauteile und des Wälzlagers ein Klemmen der Lagerstelle verhindert.
Bei Einwirken einer radialen Kraft auf einen Sektor des Wälzlagers bildet sich eine Lastzone aus, in der die Wälzkörper auf die Laufbahnen von Lageraußenring und Lagerinnenring gepresst werden. Die maximale Pressung liegt in der Achse der Hauptlastrichtung vor, auf die beiden Enden der Lastzone zulaufend nimmt die Pressung kontinuierlich ab.
Durch das elastische, radiale Einfedern der Kontaktflächen von Lageraußenring, Wälzkörpern und Lagerinnenring in der Lastzone verschiebt sich bei einem isoliert betrachteten Wälzlager die Rotationsachse des Lagerinnenringes radial auf die Lastzone zu, während sich die Rotationsachse des Lageraußenringes radial von der Lastzone fort verschiebt. Ohne das Einwirken einer radialen Last sind die Rotationsachsen wenigstens angenähert kolinear; dieses hängt ab von der Lagerluft im unbelasteten Zustand. Je nach Maß der beschriebenen, relativen Verlagerung der Rotationsachsen bewirkt diese Verlagerung die Verringerung der radialen Vorspannung des Wälzlagers in der lastfreien Zone oder die Ausbildung eines Luftspaltes zwischen den Wälzkörpern und einem oder beiden Lagerringen.
In verschiedenen Anwendungsfällen radialer Wälzlager bewirken die, sich auf der lastabgewandten Seite einstellende, Betriebslagerluft, die Drehzahl der Lagerung und die Viskosität des verwendeten Schmierstoffes, dass die Wälzkörper beim Einlaufen in die lastfreie Umfangszone des Lagers den Wälzkontakt zu wenigstens einer der Laufbahnen verlieren. Je nach Lastfall – stehender Außenring und umlaufender Innenring/umlaufender Außenring und stehender Innenring/Umfangslast auf Außenring und Punktlast auf Innenring/Punktlast auf Außenring und Umfangslast auf Innenring – sowie abhängig von Bewegungen und Verformungen der, die Lagerstellen umgebenden, Strukturen verlieren die Wälzkörper den Kontakt zum Außenring oder zum Innenring oder zu beiden.
Tritt zusätzlich zu einer radialen auch eine axiale Betriebslast oder ein Moment um eine, zu der Rotationsachse des Lagers nicht kolineare, Achse auf, ergibt sich durch Überlagerung der Lastvektoren eine resultierende Last, welche das Wälzlager schräg belastet, Auch dieses führt bei einer nicht, oder nur ungenügend vorgespannten Lagerung zu einem Lösen der Wälzkörper von wenigstens einer der Laufbahnen. Bedingt durch diese veränderten Lastverhältnisse geht das saubere, definierte Abwälzen der Wälzkörper auf den Laufbahnen in der lastfreien Zone in ein verlangsamtes Abwälzen über, die Drehzahl und damit die Umfangsgeschwindigkeit der Wälzkörper nehmen ab. Dieses würde ein langsameres Umlaufen der unbelasteten Wälzkörper im Wälzlager bewirken. Da aber der Käfig von den belasteten Wälzkörpern in Rotation gehalten wird, nimmt dieser die unbelasteten Wälzkörper mit und zwingt sie zum Umlaufen im Wälzlager. Aufgrund der verringerten Umfangsgeschwindigkeit der unbelasteten Wälzkörper gleiten diese über die Laufbahnen mit einer Geschwindigkeit, die der Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten von belasteten zu unbelasteten Wälzkörpern entspricht. Abhängig von der Lagerdrehzahl, der Viskosität und im Lager befindlichen Menge des Schmierstoffes sowie von der Masse und Form der Wälzkörper ergibt sich eine mehr oder weniger klare Trennung der aneinander vorbei gleitenden Oberflächen von Wälzkörpern und Laufbahnen durch den Schmierstoff. Wenn der Schmierstofffilm abreißt, kommt es zu einer metallischen Berührung und damit zu einem Verschleiß der Wälzpartner.
Eine besonders hohe Belastung der genannten Oberflächen ergibt sich beim erneuten Einlaufen der Wälzkörper in die Lastzone des Lagers, da dann die Wälzkörper durch den Kontakt zu beiden Laufbahnen in sehr kurzer Zeit wieder auf ihre ursprüngliche Umfangsgeschwindigkeit beschleunigt werden. Dabei wird die Gleitbewegung wieder in eine Rotation umgewandelt. Aufgrund des Trägheitsmomentes der Wälzkörper kommt es bei dieser Änderung des Bewegungszustandes zu starken Beschleunigungen der Wälzkörper. Die dabei auftretenden Kräfte bewirken eine metallische Reibung zwischen den Wälzkörpern und den Laufbahnen, wodurch sich starke Abriebe und kurzzeitige Kaltverschweißungen, sog. Anschmierungen, auf den Wälzpartnern bilden können. Diese Veränderungen der Wälzflächen bewirken je nach Stärke ihrer Ausbildung neben unsauberem Lagerlauf, deutlichen Laufgeräuschen und erhöhten Energieverlusten im Lager eine deutliche Verringerung der Lagerlebensdauer oder sogar den kurzfristigen Ausfall des Wälzlagers. Die weltweiten wirtschaftlichen Schäden beim Betrieb von Anlagen und Maschinen, die sich aus diesen Vorgängen ergeben, sind enorm.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Wälzlager bereitzustellen, welches durch seinen Aufbau das Auftreten der beschriebenen Effekte verhindert.
Dieses wird dadurch gelöst, dass ein erfindungsgemäßes Wälzlager wenigstes ein Bauteil enthält, das eine konstante Rotation der Wälzkörper auch beim Durchlaufen der lastfreien Zone des Wälzlagers bewirkt. Ein solches Bauteil ist vorzugsweise ein im wesentlichen rotationssymmetrischer Körper, dessen Rotationsachse wenigstens angenähert kolinear zur Rotationsachse des Wälzlagers ausgerichtet ist. Bevorzugt ist ein solches Bauteil ein Umlaufring, welcher alle Wälzkörper des Lagers an Kontaktstellen in einer, auf das Wälzlager bezogen, engen radialen Zone berührt. Durch die geeignete Wahl des Durchmessers der Kontaktgeometrie des Umlaufringes bewirkt diese Berührung eine elastische Verformung des Umlaufringes an den Kontaktstellen zu den Wälzkörpern. Die dabei vom Umlaufring auf die Wälzkörper ausgeübten Kräfte drücken die Wälzkörper auf eine der Laufbahnen. Die Rotation der Wälzkörper, welche sich in der Lastzone des Lagers befinden, bewirkt über tangentiale Reibkräfte in den Kontaktstellen von Wälzkörpern und Umlaufring ein Moment, welches den Umlaufring um seine Rotationsachse antreibt. Der so in Drehung versetzte Umlaufring treibt seinerseits über tangentiale Reibkräfte in den entsprechenden Kontaktstellen die Wälzkörper in der lastfreien Zone des Lagers an. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Rotation aller Wälzkörper des Lagers erreicht. Das beschriebene Gleiten der lastfreien Wälzkörper und die starke Beschleunigung dieser Wälzkörper beim erneuten Einlauf in die Lastzone des Lagers sowie die daraus resultierenden Lagerschäden werden vermieden.
Die aus dem Kontakt des Umlaufringes an den Wälzkörpern resultierenden, radialen Kräfte und die daraus in den Kontaktstellen resultierende Flächenpressung bewirkt die elastische Verformung der Kontaktgeometrie von Umlaufring und Wälzkörpern. Je nach Aufbau und Ausgestaltung des Umlaufringes wird dieser im Bereich der Kontaktstellen über seinen gesamten Querschnitt radial elastisch verformt, so dass seine ursprünglich rotationssymmetrische Form radiale Ausbeulungen an der von den Wälzkörpern abgewandten Seite aufweist, oder sein an die Kontaktgeometrie angrenzender, umlaufender Abschnitt ist radial so steif aufgebaut, dass sich die elastischen Verformungen auf die Kontaktgeometrie beschränken. Durch die entsprechende Wahl von Werkstoff oder Werkstoffkombinationen und durch die Ausbildung der Abschnitte des Umlaufringes kann seine Reaktion auf die einwirkenden, radialen Kräfte festgelegt werden.
Der Umlaufring kann je nach Art und Ausführung des Wälzlagers an einem der Lagerringe fixiert sein, oder er kann von wenigstens einem aus Lagerringen, Käfig oder einer Anzahl der Wälzkörper axial und radial in seiner Position innerhalb des Wälzlagers gehalten werden, wobei eine freie Drehbarkeit des Umlaufringes um seine Rotationsachse gegeben ist.
Die axiale Führung des Umlaufringes durch wenigstens einen der Lagerringe oder durch den Käfig geschieht durch eine Anzahl von Haltegeometrien, beispielsweise umlaufende Nuten, die durch den Lagerring oder Käfig ausgebildet werden, in welche eine Anzahl von entsprechend ausgeformten Abschnitten des Umlaufringes mit geringem axialen Spiel und größerem radialen Spiel eingreift. Das axiale Spiel ist für eine freie Verdrehbarkeit des Umlaufringes gegenüber dem Lagerring oder Käfig nötig, das radiale Spiel dient dem selben Zweck und ermöglicht gleichzeitig radiale Verformungen und Verlagerungen des Umlaufringes. Die radiale Führung des Umlaufringes erfolgt durch die Anlage seiner Kontaktgeometrie an Umfangsflächen der Wälzkörper des Lagers. Der Umlaufring wird dadurch radial zentriert gelagert, ohne radialen Kontakt zu einem der Lagerringe oder zum Käfig zu haben.
Eine axiale Führung des Umlaufringes durch eine Anzahl von Wälzkörpern geschieht durch den Eingriff einer Anzahl von entsprechend ausgeformten Abschnitten des Umlaufringes in umlaufende Nuten der Wälzkörper. Die Breite der Nuten und der in diese eingreifenden Abschnitte des Umlaufringes sind so gewählt, dass ein geringes axiales Spiel zwischen den Bauteilen erreicht wird. Die radiale Führung des Umlaufringes erfolgt durch die Anlage seiner Kontaktgeometrie an den radialen Mantelflächen der Nuten in den Wälzkörpern.
Es ist auch möglich, die radiale Führung des Umlaufringes durch die Anlage seiner Kontaktgeometrie an, nach axial auswärts angeordneten, rotationssymmetrischen Abschnitten der Wälzkörper zu erreichen. Die axiale Führung des Umlaufringes wird auf der lagerinneren Seite durch entsprechend ausgebildete, sich in einer radialen Ebene erstreckende Abschnitte der Wälzkörper übernommen. Auf der axial lageräußeren Seite wird durch den Käfig eine Anlaufgeometrie für den Umlaufring bereitgestellt.
Die freie Verdrehbarkeit des Umlaufringes gegenüber dem Lagerring oder Käfig ist bei Wälzlagern nötig, bei denen der Durchmesser der Kontaktzone von Umlaufring und Wälzkörpern deutlich abweicht vom effektiven Durchmesser der Laufbahn, die der Kontaktzone am nächsten liegt. Dieses sind beispielsweise Rillenkugellager, bei denen die Kontaktzone des Umlaufringes axial auswärts neben der Laufbahn eines Lagerringes angeordnet ist. Bedingt durch die Differenz der Durchmesser von Kontaktzone und effektiver Laufbahn und durch ihr Abwälzen auf verschiedenen Radien der Wälzkörper ergibt sich eine Drehzahldifferenz zwischen den Ringen. Um die, für ein sauberes Abwälzen der Wälzkörper auf beiden Ringen nötige, relative Rotation zwischen Lagerring und Umlaufring zu ermöglichen, ist eine freie Drehbarkeit zwischen den Ringen erforderlich. Entsprechendes gilt sinngemäß für Käfig und Umlaufring in einem Lager, in dem der Käfig den Umlaufring lagert.
Zur Minimierung von Reibverschleiß in dem axialen Gleitkontakt zwischen Umlaufring und Lagerring bzw. Käfig – und damit zur Erhöhung der Gebrauchsdauer – ist eine geeignete Materialpaarung der in Kontakt stehenden Stirnseiten zu wählen, oder es ist durch eine entsprechende gestaltliche Ausbildung der Reibpartner eine sichere Trennung der Oberflächen durch ein Schmiermedium zu gewährleisten.
Bei einem Trockenlauf der Oberflächen oder bei unsicherer Versorgung des Gleitkontaktes mit einem Schmiermedium kann ein geringerer zeitlicher Verschleiß durch eine Herabsetzung der Gleitgeschwindigkeit erreicht werden. Dieses erfordert eine Annäherung der Rotationsgeschwindigkeit des Umlaufringes an die Rotations geschwindigkeit des den Umlaufring aufnehmenden Lagerringes, die Differenz der Abwälzgeschwindigkeiten der Wälzkörper auf Umlaufring und Lagerring muss also möglichst gering sein. Dieses wird durch die beschriebene Annäherung der Durchmesser von Kontaktgeometrie und effektivem Laufbahndurchmesser erreicht. Eine Annäherung der Rotationsgeschwindigkeiten des Umlaufringes und des diesen aufnehmenden Käfigs kann aufgrund der kinematischen Verhältnisse innerhalb eines Wälzlagers nur dadurch erfolgen, dass der Durchmesser der Kontaktzone von Umlaufring und Wälzkörpern an den Teilkreisdurchmesser der Wälzkörperrotationsachsen angenähert wird. Dieses ist nur möglich, wenn der Umlaufring die Wälzkörper auf einem kleinen Radius um ihre Rotationsachsen berührt. Der daraus resultierende Hebelarm zum Antreiben des Umlaufringes wäre sehr klein, so dass zum Aufbringen des antreibenden Drehmomentes eine vergleichsweise große Reibkraft zwischen Wälzkörpern und Umlaufring erforderlich wäre. Dieses würde eine relativ große axiale Kraft zwischen Umlaufring und axialer Anlagefläche des Käfigs bewirken, was wiederum den Verschleiß beschleunigt. Aus diesem Zusammenhang wird bei der Führung des Umlaufringes durch den Käfig eine geeignete Materialpaarung und eine bestmögliche Schmierstoffversorgung der Gleitpartner die konstruktiv beste Lösung ergeben.
Ein fester Anbau des Umlaufringes an einen der Lagerringe ist möglich, wenn der Durchmesser der Kontaktzone von Umlaufring und Wälzkörpern dem Durchmesser der Laufbahn in dem betreffenden Lagerring entspricht. Dieses ist beispielsweise bei der Anordnung des Umlaufringes in einer Laufbahn eines Zylinderrollenlagers gegeben. Die Wälzkörper laufen gleich schnell auf der Laufbahn und auf dem Umlaufring ab, so dass zwischen diesen keine relative Rotation nötig ist.
Ein fester Anbau des Umlaufringes an einen der Lagerringe ist auch denkbar, wenn der Durchmesser der Kontaktzone von Wälzkörpern und Umlaufring nur sehr gering vom effektiven Laufbahndurchmesser abweicht. Dieses wird erreicht, wenn der Umlaufring im axialen Randbereich der Laufbahn eines Rillenkugellagers oder eines Pendelrollenlagers angebracht ist. Die in den Kontaktstellen zwischen dem Umlaufring und den Wälzkörpern auftretenden Gleitbewegungen dürfen einen, für die Funktion des Wälzlagers tolerierbaren, Wert nicht überschreiten.
Bei einem festen Anbau des Umlaufringes an einen der Lagerringe muss die im Betrieb auftretende, radiale Lagerluft von einem Abschnitt des Umlaufringes überbrückt werden, um den Kontakt zu den Wälzkörpern zu halten, wodurch diese auf die Laufbahn des jeweils anderen Lagerringes gepresst werden. Dieser Ausgleich der radialen Lagerluft geschieht beispielsweise durch Ausbildung der Kontaktgeometrie des Umlaufringes als Teil einer radial elastischen Lippe. Der Umlaufring kann auch derart ausgebildet sein, dass die Kontaktgeometrie durch einen radial relativ steifen Ringkörper ausgebildet wird, an den sich, auf den fest verbundenen Lagerring zugewandt, ein radial elastischer, im wesentlichen rotationssymmetrischer Abschnitt anschließt, der die radiale Verlagerung des erste Ringkörpers erlaubt.
Des weiteren ist es möglich, den Umlaufring auf der Welle zu lagern, auf der der innere Lagerring sitzt. Der Abschnitt des Umlaufringes, welcher im Kontakt zu den Wälzkörpern steht, erstreckt sich in einer, im wesentlichen axialen Richtung von einer Stirnseite des inneren Lagerringes auf die Wälzkörper zu. Die Lagerung des Umlaufringes auf der Welle hat frei drehbar um die gemeinsame Mittelachse von Welle und innerem Lagerring zu erfolgen, oder sie kann als feste Lagerung ausgeführt sein. Dieses hängt von den bereits beschriebenen kinematischen Verhältnissen zwischen den Bauteilen ab, welche sich je nach Verhältnis der Radien von Kontaktzone des Umlaufringes zu den Wälzkörpern und effektivem Laufbahndurchmesser ergeben. Die Welle hat dann entsprechende, umlaufende Abschnitte zur Lagerung des Umlaufringes aufzuweisen. Statt auf einer Welle kann der Lagerring auch auf einer Achse gelagert sein.
Eine Lagerung des Umlaufringes in einer Nabe, in welche der äußere Lagerring gefügt ist, ist ebenfalls möglich. Die Ausgestaltung des Umlaufringes und seine Lagerung in der Nabe hat sinngemäß zu der beschriebenen Lagerung auf der Welle zu erfolgen. Statt in einer umlaufenden Nabe kann der Umlaufring auch in einem feststehenden Lagergehäuse gelagert sein.
Die Ausführung einer Wälzlagerung mit einem oder mehreren erfindungsgemäßen Umlaufringen ist auch möglich für Wälzlager, deren äußere oder innere Wälzkörperlaufbahn oder deren beide Wälzkörperlaufbahnen nicht durch separate Lagerringe sondern durch die gelagerte Bauteile selbst ausgebildet werden. Beispielsweise sei hier eine Wälzlagerung mit Zylinderrollen genannt, deren innere Laufbahn durch eine gehärtete Oberfläche der gelagerten Welle gebildet wird.
Die Lagerung eines Umlaufringes erfolgt bei solchen Lagerungen durch einen Abschnitt eines vorhandenen Lagerringes oder durch Abschnitte der gelagerten Bauteile. Bevorzugt sind diese Abschnitte als umlaufende Nuten der jeweiligen Bauteile ausgebildet.
Der Umlaufring ist aus einem einzigen Werkstoff oder aus einer Kombination von Werkstoffen gefertigt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung eines Umlaufringes besteht aus einem Metallgrundkörper mit einem aufgespritzten, aufgeklebten, aufgeklemmten, aufgeschraubten oder andersartig befestigten Kunststoffring. Der Metallgrundkörper lagert den Umlaufring an einer Komponente des Wälzlagers in einer festen oder drehbaren Verbindung, und der Kunststoffring liegt an den Wälzkörpern an.
Die Kombination eines Kunststoffgrundkörpers mit einem Metallring, welcher an den Wälzkörpern anliegt, ist ebenfalls möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Umlaufring einen Grundkörper aus einem Kunststoff auf, an dem ein Ring aus einem andersartigen Kunststoff zur Anlage an den Wälzkörpern befestigt ist.
Ein nächste vorteilhafte Ausgestaltung sieht einen Grundkörper aus einem Metallwerkstoff vor, an dem ein Ring aus einem andersartigen Metallwerkstoff zur Anlage an den Wälzkörpern befestigt ist.
Der Umlaufring kann einteilig aus einem metallischen Werkstoff oder aus einem Kunststoff gefertigt sein.
Die Montage eines Umlaufringes an einem der Lagerringe, am Käfig oder an der Welle bzw. in einem Lagergehäuse kann je nach Ausführung des Umlaufringes auf verschiedene Arten erfolgen. Bevorzugt wird ein Umlaufring als separates Bauteil hergestellt und in die Aufnahmegeometrie des Wälzlagers eingesetzt. Zu diesem Zweck weist der wenigstens eine, in die Aufnahmegeometrie ragende, Abschnitt des Umlaufringes eine Elastizität auf, die dieses erlaubt. Besonders bevorzugt verformt sich bei der Montage ein umlaufender Abschnitt des Umlaufringes elastisch in radialer und axialer Richtung und schnappt in seiner Betriebsposition in die Aufnahmegeometrie ein. Dieses Verfahren bietet sich für Umlaufringe an, die fest oder frei drehbar an dem sie lagernden Bauteil des Wälzlagers montiert werden.
Es ist auch möglich, einen bevorzugt einteilig aus einem Kunststoff ausgebildeten Umlaufring direkt an einen der Lagerringe anzuformen. Besonders bevorzugt geschieht dieses durch ein Spritzgießen.
Des weiteren kann ein Umlaufring, der als separates Bauteil hergestellt wird, an dem ihn lagernden Wälzlagerbauteil stofflich fest montiert werden, beispielsweise durch Ankleben oder Anschweißen.
Eine feste Montage eines erfindungsgemäßen Umlaufringes kann auch durch ein Einklemmen von Abschnitten des Umlaufringes durch zu diesem Zweck verformte Abschnitte des sie lagernden Bauteils erfolgen, beispielsweise durch Umbördeln einer Kante oder einer Lasche.
Speziell bei Wälzlagern größerer Abmessungen kann ein fester Anbau eines Umlaufringes durch Anschrauben, Annieten oder durch Klemmen mittels separater Bauteile wie beispielsweise Keilen oder Federringen erfolgen.
Die Anordnung der Umlaufringe in einem erfindungsgemäßen Wälzlager oder in der erfindungsgemäßen Kombination eines herkömmlichen Wälzlagers mit einem oder mehreren Umlaufringen kann sinnvoll derart angepasst sein, dass äußere Einflüsse wie Fliehkräfte oder Gewichtskräfte kompensiert oder auch genutzt werden, um den Zweck des erfindungsgemäßen Wälzlagers zu erzielen.
In Anwendungen von Wälzlagerungen mit radialem Lagerspiel zwischen Wälzkörpern und wenigstens einem der Lagerringe, in denen aufgrund der Betriebsparameter der Wälzlagerung die eingangs beschriebenen Effekte und Lagerschäden nicht auftreten, kann die Verwendung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers ebenfalls vorteilhaft sein, da sich aufgrund der, durch den Umlaufring erzeugten, Vorspannung der Wälzkörper ein verringertes Laufgeräusch des Lagers ergibt.
Mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Wälzlagers werden im Folgenden anhand von Figuren erläutert.
An den Ausführungsbeispielen offenbar werdende Merkmale bilden je einzeln oder in jeder Merkmalskombination die Gegenstände der Ansprüche und auch die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen vorteilhaft weiter.
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rillenkugellager mit einem, am Lagerinnenring gehaltenen, Umlaufring nach einer bevorzugten Bauart;
2 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rillenkugellager mit einem, am Lageraußenring gehaltenen, Umlaufring nach einer weiteren bevorzugten Bauart;
3 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes, vollrolliges Zylinderrollenlager mit einem, am Lageraußenring gehaltenen, Umlaufring nach einer bevorzugten Bauart;
4 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zylinderrollenlager mit einem, am Lagerinnenring gehaltenen, Umlaufring nach einer weiteren bevorzugten Bauart;
5 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rillenkugellager mit einem, am Käfig gehaltenen, Umlaufring nach einer bevorzugten Bauart;
6 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rillenkugellager mit zwei, am Lagerinnenring gehaltenen, Umlaufringen nach einer bevorzugten Bauart;
7 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kegelrollenlager mit einem, am Lagerinnenring gehaltenen, Umlaufring nach einer bevorzugten Bauart;
8 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Pendelrollenlager mit einem, am Käfig gehaltenen, Umlaufring nach einer bevorzugten Bauart;
9 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zylinderrollenlager mit einem, durch die Wälzkörper gehaltenen, Umlaufring nach einer bevorzugten Bauart;
10 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rillenkugellager mit einem, am Lagerinnenring gehaltenen, Umlaufring nach einer bevorzugten Bauart;
11 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zylinderrollenlager ohne separaten Lagerinnenring mit einem, am Lageraußenring gehaltenen, Umlaufring nach einer bevorzugten Bauart
12 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zylinderrollenlager ohne separaten Lageraußenring mit einem, am Lagerinnenring gehaltenen, Umlaufring nach einer bevorzugten Bauart
13 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Umlaufring nach einer bevorzugten Bauart.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Rillenkugellager, welches aus einem Lageraußenring (1), einer Anzahl von kugelförmigen Wälzkörpern (2), einem Käfig (3), einem Lagerinnenring (4) und einem Umlaufring (5) besteht. Der Umlaufring (5) ist an seinem, nach radial einwärts ausgerichteten Abschnitt (5a) in einer entsprechend ausgestalteten, umlaufenden Nut (4a) des Lagerinnenringes (4) in radialer und in axialer Richtung derart gelagert, dass umlaufend vorzugsweise ein geringes axiales und ein größeres radiales Spiel zwischen dem Abschnitt (5a) und der Nut (4a) entsteht. Dadurch ist die freie Verdrehbarkeit des Umlaufringes (5) sowie eine radiale Verlagerung gegenüber dem Lagerinnenring (4) ermöglicht.
Durch das Einwirken einer radialen Last (F) ist die Rotationsachse (A4) des Lagerinnerringes (4) wenigstens annähernd parallel zu der Rotationsachse (A1) des Lageraußenringes (1) verschoben, so dass sich auf der lastabgewandten Seite des Wälzlagers eine radiale Betriebslagerluft (6) ausbildet. Beim unbelasteten Wälzlager sind die Achsen (A1, A4) weitestgehend kollinear.
Der Umlaufring (5) liegt mit einer Kontaktgeometrie (K) an den Wälzkörpern (2) an, wodurch sich eine radiale Verspannung des Umlaufringes (5) zu den Wälzkörpern (2) ergibt. Dabei wirken nach radial auswärts gerichtete Kräfte auf die Wälzkörper (2), wodurch diese auch in der lastfreien Zone auf die Laufbahn (1b) des Lageraußenringes (1) gepresst werden. Die zwischen dem Umlaufring (5) und den Wälzkörpern (2) auftretenden Umfangskräfte sowie die in Umfangsrichtung wirkenden, tangentialen Reibkräfte zwischen den Wälzkörpern (2) und der Laufbahn (1b) bewirken das Abwälzen der Wälzkörper (2) auf der Laufbahn (1b) mit einer Drehzahl, die der Drehzahl der in der Lastzone befindlichen Wälzkörper (2) entspricht. Beim erneuten Einlaufen der Wälzkörper (2) in die Lastzone des Wälzlagers erlangen diese wieder den Wälzkontakt mit der Laufbahn (4b) des Lagerinnenringes (4), wobei aufgrund der konstanten Umfangsgeschwindigkeit der Wälzkörper (2) beim Umlauf im Wälzlager keine Gleitbewegungen und abrupten Beschleunigungen zwischen den Wälzpartnern auftreten.
Die radialen Kräfte zwischen Umlaufring (5) und Wälzkörpern (2) bewirken durch die schräge Ausrichtung der Oberflächen von Kontaktgeometrie (K) und Wälzkörpern (2) eine axiale Kraft zwischen Umlaufring (5) und Wälzkörpern (2). Diese Kraft drückt den Umlaufring (5) mit seiner, bezogen auf das Wälzlager, nach axial auswärts ausgerichteten Stirnseite (5b) gegen die nach axial einwärts ausgerichtete Stirnseite (4c) der Nut (4a) des Lagerinnenringes (4).
Die Rotation des Umlaufringes (5) relativ zu dem Lagerinnenring (4) verursacht eine Gleitbewegung zwischen diesen Stirnseiten (4c, 5b). Um diese Gleitbewegung und damit möglichen Verschleiß der Stirnseiten (4c, 5b) zu verringern, werden die Rotationsgeschwindigkeiten von Umlaufring (5) und Lagerinnenring (4) einander angenähert. Dieses wird dadurch erreicht, dass der Durchmesser der Kontaktgeometrie (K) nur geringfügig größer ist als der effektive Laufbahndurchmesser des Lagerinnenringes (4). Da die Wälzkörper (2) als Kugeln ausgeführt sind, ist dazu ein möglichst geringer axialer Abstand zwischen der Kontaktgeometrie (K) und der Zone des effektiven Laufbahndurchmessers des Lagerinnenringes (4) einzuhalten. Aus diesem Grund ist die Kontaktgeometrie (K) bezogen auf das Wälzlager nach axial einwärts ausgerichtet, während der Abschnitt (5a) und die zugehörige Nut (4a) axial außerhalb der Laufbahn (4b) des Lagerinnenringes (4) angeordnet sind.
Durch eine geeignete Materialpaarung der Stirnseiten (4c, 5b) sowie durch die Versorgung des zwischen ihnen ausgebildeten Spaltes mit Schmierstoff ist der Reibverschleiß weiter zu verringern.
Die Steifigkeiten der einzelnen Abschnitte des Umlaufringes (5) sind derart gewählt, dass die, aus dem Anliegen der Kontaktgeometrie (K) an den Wälzkörpern (2) resultierenden, nach radial einwärts gerichteten Kräften auf den Umlaufring (5) nur elastische Verformungen der Kontaktgeometrie (K) bewirken. Der innere, umlaufende Abschnitt (5a) ist radial so steif aufgebaut, dass er sich nicht wesentlich verformt.
Der Käfig (3) ist vergleichbar dem Käfig eines herkömmlichen Rillenkugellagers der gleichen Baugröße ausgestaltet; vorzugsweise wird ein Käfig eines Standardrillenkugellagers der gleichen Baugröße verwendet. Es muss aber für alle Betriebszustände des erfindungsgemäßen Wälzlagers sichergestellt sein, dass der Käfig (3) nicht den Umlaufring (5) berührt. Dieses ist gegebenenfalls durch eine umlaufende, dem Umlaufring (5) zugewandte Nut des Käfigs (3) zu erreichen.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Rillenkugellager, welches aus einem Lageraußenring (1), einer Anzahl von kugelförmigen Wälzkörpern (2), einem Käfig (3), einem Lagerinnenring (4) und einem Umlaufring (5) besteht. Der Umlaufring (5) ist an seinem, nach radial auswärts ausgerichteten Abschnitt (5c) in einer entsprechend ausgestalteten, umlaufenden Nut (1a) des Lageraußenringes (1) in radialer und in axialer Richtung derart gelagert, dass die freie Verdrehbarkeit des Umlaufringes (5) sowie eine radiale Verlagerung gegenüber dem Lageraußenring (1) ermöglicht ist.
Entsprechend der Ausrichtung der Kontaktgeometrie (K) des Umlaufringes (5) werden die Wälzkörper (2) auf die Laufbahn (4b) des Lagerinnenringes (4) gepresst und zum konstanten Abwälzen auf dieser gezwungen.
Die weiteren Ausgestaltungen und Funktionen sind sinngemäß entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 1, weshalb an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen wird.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes, vollrolliges Zylinderrollenlager, welches aus einem Lageraußenring (1), einer Anzahl von zylindrischen Wälzkörpern (2), einem Lagerinnenring (4) und einem Umlaufring (5) besteht. Der Umlaufring (5) ist an seinem, nach radial auswärts ausgerichteten Abschnitt (5c) in einer entsprechend ausgestalteten, umlaufenden Nut (1a) des Lageraußenringes (1) in radialer und in axialer Richtung derart gelagert, dass umlaufend vorzugsweise ein geringes axiales und ein größeres radiales Spiel zwischen dem Abschnitt (5c) und der Nut (1a) entsteht. Dadurch ist die freie Verdrehbarkeit des Umlaufringes (5) sowie eine radiale Verlagerung gegenüber dem Lageraußenring (1) ermöglicht.
Die grundsätzliche Funktion ist sinngemäß entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 1, weshalb an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen wird.
Aufgrund der Ausgestaltung der Kontaktgeometrie (K) des Umlaufringes (5) und seiner Anlage an den zylindrischen Mantelflächen (2a) der Wälzkörper (2) und aufgrund der jeweils parallelen räumlichen Lage der Rotationsachsen von Umlaufring (5) und Wälzkörpern (2) treten keine axialen Kräfte zwischen diesen Partnern sowie zwischen dem Umlaufring (5) und den Wandungen der Nut (1a) des Lageraußenringes (1) auf.
Der Durchmesser der Kontaktgeometrie (K) entspricht dem Innendurchmesser der zylindrischen Laufbahn (1a) des Lageraußenringes (1) abzüglich des maximalen radialen Lagerspiels und abzüglich der radialen Einfederung des Umlaufringes (5) in den Kontaktstellen zu den Wälzkörpern (2). Dieser Durchmesser ist nur unwesentlich kleiner als der Durchmesser der Laufbahn (1b). Dadurch ergibt sich bei der Rotation des Wälzlagers nur eine relativ geringe Gleitgeschwindigkeit zwischen dem Umlaufring (5) und dem Lageraußenring (1). Dadurch und durch das Fehlen von axialen Kräften zwischen diesen Gleitpartnern ist diese Gleitbewegung als äußerst unkritisch für den Verschleiß des Umlaufringes (5) anzusehen.
Die Anordnung des Umlaufringes (5) entlang der Längserstreckung des Wälzlagers erfolgt entsprechend der auftretenden Betriebslasten und der ggf. auftretenden axialen Verlagerungen des Lageraußenringes (1) und der Wälzkörper (2) zum Lagerinnenring (4). Es muss sichergestellt sein, dass die Unterbrechung der Laufbahn (1b) durch die umlaufende Nut (1a) keine unzulässig hohen Spannungen in den Kontaktzonen von Laufbahn (1b) und Wälzkörpern (2) hervorruft.
Eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers mit einer Anordnung des Umlaufringes (5) in einer umlaufenden Nut des Lagerinnenringes (4) und einer entsprechenden Ausrichtung der Kontaktgeometrie (K) ist ebenfalls möglich.
4 zeigt ein erfindungsgemäßes Zylinderrollenlager, welches aus einem Lageraußenring (1), einer Anzahl von zylindrischen Wälzkörpern (2), einem Käfig (3), einem Lagerinnenring (4) und einem Umlaufring (5) besteht. Der Umlaufring (5) ist an seinem, nach radial einwärts ausgerichteten Abschnitt (5a) in einer entsprechend ausgestalteten, umlaufenden Nut (4a) des Lagerinnenringes (4) in radialer und in axialer Richtung fixiert gelagert. Eine Verdrehbarkeit des Umlaufringes (5) sowie eine radiale Verlagerung gegenüber dem Lagerinnenring (4) ist nicht möglich.
Der Außendurchmesser und die radiale Elastizität des Umlaufringes (5) sind so gewählt, dass die Kontaktgeometrie (K) in der Lastzone des Lagers so weit einfedert, dass die Wälzkörper (2) auf der Laufbahn (4b) des Lagerinnenringes (4) ungehindert abwälzen, und dass in der lastfreien Zone der Umlaufring (5) nach radial auswärts gerichtete Kräfte auf die Wälzkörper (2) ausübt, welche diese auf die Laufbahn (1b) des Lageraußenringes (1) pressen und so zum Abwälzen auf dieser zwingen. Die Nut (4a) des Lagerinnenringes (4) ist so ausgebildet, dass das Volumen des Umlaufringes (5), welches durch den Kontakt zu den Wälzkörpern (2) in der Lastzone elastisch verdrängt wird, sich in die Nut (4a) ausdehnen kann.
Die weiteren Ausgestaltungen und Funktionen sind sinngemäß entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 3, weshalb an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen wird.
Aufgrund der Fixierung des Umlaufringes (5) in der Nut (4a) des Lagerinnenringes (4) erfolgt keine Gleitbewegung zwischen diesen beiden; die Lebensdauer des Umlaufringes (5) ist nur durch seine Ermüdungsbeständigkeit gegen die dauernde elastische Verformung in der Kontaktgeometrie (K) bestimmt.
Eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers mit einer Anordnung des Umlaufringes (5) in einer umlaufenden Nut des Lageraußenringes (1) ist ebenfalls möglich.
5 zeigt ein erfindungsgemäßes Rillenkugellager, welches aus einem Lageraußenring (1), einer Anzahl von kugelförmigen Wälzkörpern (2), einem Käfig (3), einem Lagerinnenring (4) und einem Umlaufring (5) besteht. Der Umlaufring (5) ist an seinem, nach radial auswärts ausgerichteten Abschnitt (5c) in einer entsprechend ausgestalteten, nach radial einwärts ausgerichteten, umlaufenden Nut (3a) des Käfigs (3) in radialer und in axialer Richtung derart gelagert, dass umlaufend vorzugsweise ein geringes axiales und radiales Spiel zwischen dem Abschnitt (5c) und der Nut (3a) entsteht. Dadurch ist die freie Verdrehbarkeit des Umlaufringes (5) gegenüber dem Käfig (3) ermöglicht. Die Notwendigkeit einer radialen Verlagerung zwischen Käfig (3) und Umlaufring (5) ist nicht gegeben, da die Rotationsachse (A3) des Käfigs (3) durch die Positionen der Wälzkörper (2) vorgegeben wird und deshalb wenigstens angenähert kolinear zur Rotationsachse (A1) des Lageraußenringes (1) liegt.
Die Anlage der Kontaktgeometrie (K) an den Wälzkörpern (2) bewirkt nach radial auswärts gerichtete Kräfte, welche die Wälzkörper (2) auf die Laufbahn (1b) des Lageraußenringes (1) pressen und zum Abwälzen auf dieser zwingen.
Die weiteren Ausgestaltungen und Funktionen sind sinngemäß entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 1, weshalb an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen wird.
Durch die Lagerung des Umlaufringes (5) am Käfig (3) werden die Laufbahnen (1b, 4b) nicht durch eine Nut geschwächt, so dass an den Kontaktstellen der Laufbahnen (1b, 4b) zu den Wälzkörpern (2) keine örtlichen Spannungsüberhöhungen auftreten.
Eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers mit einer Anordnung des Umlaufringes (5) in einer nach radial auswärts ausgerichteten, umlaufenden Nut des Käfigs (3) ist ebenfalls möglich.
6 zeigt ein erfindungsgemäßes Rillenkugellager, welches aus einem Lageraußenring (1), einer Anzahl von kugelförmigen Wälzkörpern (2), einem Käfig (3), einem Lagerinnenring (4) und zwei Umlaufringen (5, 7) besteht. Die Umlaufringe (5, 7) sind an ihren, nach radial einwärts ausgerichteten Abschnitten (5a, 7a) in entsprechend ausgestalteten, umlaufenden Nuten (4a, 4c) des Lagerinnenringes (4) in radialer und in axialer Richtung fixiert gelagert. Eine Verdrehbarkeit der Umlaufringe (5, 7) sowie radiale Verlagerungen gegenüber dem Lagerinnenring (4) sind nicht möglich.
Die Umlaufringe (5, 7) liegen mit im wesentlichen axial einander zugewandten Kontaktgeometrien (K1, K2) an den Wälzkörpern (2) an. Die Kontaktgeometrien (K1, K2) werden durch radial federnde Abschnitte (5d, 7d) ausgebildet, welche sich im wesentlichen nach radial auswärts und auf die Mitte der Längserstreckung des Wälzlagers zu gerichtet erstrecken.
Bei entsprechend steif ausgelegten Abschnitten (5d, 7d) ist über den Kontakt der beiden Umlaufringe (5, 7) zu den Wälzkörpern (2) eine radiale und axiale Zentrierung des Wälzlagers möglich. Die Kontaktgeometrien (K1, K2) können so auch als Laufbahn des Lagerinnenringes (4) dienen, wenn die einwirkenden, radialen Betriebskräfte (F) geringer sind als die radialen Kräfte der Umlaufringe (5, 7) auf die Wälzkörper (2). Mit zunehmender radialer Betriebskraft (F) ergibt sich eine Verlagerung zwischen den Rotationsachsen (A1, A4) von Lageraußenring (1) und Lagerinnenring (4), so dass der Wälzkontakt zwischen den Wälzkörpern (2) und der Laufbahn (4b) des Lagerinnenringes (4) aufgebaut wird. Aufgrund der kontinuierlichen Annäherung zwischen den Wälzpartnern (2, 4b) und der damit verbundenen kontinuierlichen Angleichung der Umfangsgeschwindigkeiten von Wälzkörpern (2) und Laufbahn (4b) treten bei erneutem Kontakt der Wälzkörper (2) mit der Laufbahn (4b) keine abrupten Beschleunigungsvorgänge der Wälzkörper (2) auf; die beschriebenen Lagerschäden bleiben aus.
Die weiteren Ausgestaltungen und Funktionen sind sinngemäß entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 1, weshalb an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen wird.
Eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers mit einer Anordnung der beschriebenen Umlaufringe (5, 7) in umlaufenden Nuten des Lageraußenringes (1) ist ebenfalls möglich.
7 zeigt ein erfindungsgemäßes Kegelrollenlager, welches aus einem Lageraußenring (1), einer Anzahl von kegeligen Wälzkörpern (2), einem Käfig (3), einem Lagerinnenring (4) und einem Umlaufring (5) besteht. Der Umlaufring (5) ist an seinem, nach radial einwärts ausgerichteten Abschnitt (5a) in einer entsprechend ausgestalteten, umlaufenden Nut (4a) des Lagerinnenringes (4) in radialer und in axialer Richtung fixiert gelagert. Eine Verdrehbarkeit des Umlaufringes (5) sowie eine radiale Verlagerung gegenüber dem Lagerinnenring (4) ist nicht möglich.
Die weiteren Ausgestaltungen und Funktionen sind sinngemäß entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 4, weshalb an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen wird.
Die Montage von Kegelrollenlagern erfolgt häufig mit axialer Vorspannung der Lagerstelle, so dass das saubere Abwälzen der Wälzkörper (2) auf den Laufbahnen (1b, 4b) der Lagerringe (1, 4) gewährleistet ist. Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers ist dann sinnvoll, wenn im Betrieb des Wälzlagers mit einem eventuellen Verlust der axialen Vorspannung zu rechnen ist. Durch den Umlaufring (5) ist dann weiterhin das saubere Abwälzen der Wälzkörper (2) sichergestellt.
Eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers mit einer Anordnung des Umlaufringes (5) in einer umlaufenden Nut des Lageraußenringes (1) ist ebenfalls möglich. Ebenso ist die Lagerung des Umlaufringes (5) in einem der Lagerringe (1, 4) mit axialer und radialer Luft möglich.
8 zeigt ein erfindungsgemäßes Pendelrollenlager, welches aus einem Lageraußenring (1), einer Anzahl von im wesentlichen tonnenförmigen Wälzkörpern (2), einem Käfig (3), einem Lagerinnenring (4) und einem Umlaufring (5) besteht.
Die Wälzkörper (2) bilden in Richtung ihrer Längserstreckung um ihre Rotationsachse (A2) rotationssymmetrische Abschnitte (2a) aus, welche vorzugsweise zylindrische Mantelflächen (2b) aufweisen. Der Umlaufring (5) ist derart ausgestaltet und angeordnet, dass seine nach radial auswärts ausgerichtete Kontaktgeometrie (K) an diesen Mantelflächen (2b) anliegt, so dass nach radial auswärts gerichtete Kräfte auf die Wälzkörper (2) wirken und diese auf die Laufbahn (1b) des Lageraußenringes (1) pressen.
Der Käfig (3) weist eine nach radial einwärts ausgerichtete, umlaufende Nut (3a) auf, welche den Umlaufring (5) aufnimmt und ihn vorzugsweise mit geringem axialen und radialen Spiel führt. Dadurch ist die freie Verdrehbarkeit des Umlaufringes (5) gegenüber dem Käfig (3) ermöglicht.
Die weiteren Ausgestaltungen und Funktionen sind sinngemäß entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 5, weshalb an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen wird.
Eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pendelrollenlagers mit einer Anordnung des Umlaufringes (5) in einer nach radial auswärts ausgerichteten, umlaufenden Nut des Käfigs (3) ist ebenfalls möglich. Der Umlaufring (5) liegt dann mit seiner nach radial einwärts ausgerichteten Kontaktgeometrie an der Mantelflächen (2b) der Wälzkörper (2) an.
Eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pendelrollenlagers verwendet Wälzkörper (2) mit nach beiden Seiten ihrer Längserstreckung ausgebildeten Abschnitten (2a). Auf den zweiten Abschnitten (2a) wälzt ein zweiter Umlaufring (5) ab.
9 zeigt ein erfindungsgemäßes Zylinderrollenlager, welches aus einem Lageraußenring (1), einer Anzahl von im Wesentlichen zylindrischen Wälzkörpern (2), einem Käfig (3), einem Lagerinnenring (4) und einem Umlaufring (5) besteht.
Die Wälzkörper (2) bilden um ihre Rotationsachse (A2) rotationssymmetrische Nuten (2c) aus, welche vorzugsweise zylindrische Mantelflächen (2d) aufweisen. Der Umlaufring (5) ist derart ausgestaltet und angeordnet, dass seine nach radial auswärts ausgerichtete Kontaktgeometrie (K) an diesen Mantelflächen (2d) anliegt, so dass nach radial auswärts gerichtete Kräfte auf die Wälzkörper (2) wirken und diese auf die Laufbahn (1b) des Lageraußenringes (1) pressen.
Die Abmessungen der Nuten (2c) und des Umlaufringes (5) sind derart gewählt, dass die Wälzkörper (2) den Umlaufring (5) mit geringem axialen Spiel in den Nuten (2c) führen. Die radiale Führung des Umlaufringes (5) geschieht über die radiale Anlage seiner Kontaktgeometrie (K) an den zylindrischen Mantelflächen (2d) der Nuten (2c). Der Umlaufring (5) berührt nicht den Lagerinnenring (4).
Die weiteren Ausgestaltungen und Funktionen sind sinngemäß entsprechend dem Ausführungsbeispielen nach 3 und 4, weshalb an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen wird.
Eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Zylinderrollenlagers mit einer solchen Anordnung des Umlaufringes (5), dass dieser mit seiner nach radial einwärts ausgerichteten Kontaktgeometrie (K) an den zylindrischen Mantelflächen (2d) der Nuten (2c) in den Wälzkörpern (2) anliegt, ist ebenfalls möglich. Die Abmessungen des Umlaufringes (5) sind dann so gewählt, dass er nicht den Lageraußenring (1) berührt.
Eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pendelrollenlagers verwendet zwei Umlaufringe (5), von denen einer mit seiner nach radial einwärts ausgerichteten Kontaktgeometrie (K) und der andere mit seiner nach radial auswärts ausgerichteten Kontaktgeometrie (K) an den zylindrischen Mantelflächen (2d) der Nuten (2c) anliegen.
10 zeigt ein erfindungsgemäßes Rillenkugellager, welches aus einem Lageraußenring (1), einer Anzahl von kugelförmigen Wälzkörpern (2), einem Käfig (3), einem Lagerinnenring (4) und einem Umlaufring (5) besteht.
Der Umlaufring (5) ist derart ausgebildet, dass seine Kontaktgeometrie (K) die Wälzkörper (2) in einer radialen Zone berührt, deren Durchmesser dem Durchmesser der Laufbahn (1b) des Lageraußenringes (1) ähnlicher ist als dem Durchmesser der Laufbahn (4b) des Lagerinnenringes (4). Die axiale und radiale Führung des Umlaufringes (5) erfolgt durch den Eingriff eines nach radial einwärts ausgerichteten Abschnittes (5a) in eine entsprechend ausgestaltete, umlaufende Nut (4a) des Lagerinnenringes (4). Auf diese Weise überdeckt der Umlaufring (5) mit einem, im wesentlichen umlaufenden, radialen Abschnitt (5d) den Käfig (3) auf einer Stirnseite des Wälzlagers. Bevorzugt ist dieser Abschnitt (5d) geschlossen, wodurch der Umlaufring (5) bei entsprechender weiterer Ausgestaltung die Funktion einer Deckscheibe des Wälzlagers übernimmt. Für Anwendungsfälle, in denen Wert auf die axiale Durchströmbarkeit des Wälzlagers gelegt wird, ist der Abschnitt (5d) mit einer Anzahl von axialen Öffnungen versehen.
Die weiteren Ausgestaltungen und Funktionen sind sinngemäß entsprechend den Ausführungsbeispielen nach 1 und 2, weshalb an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen wird.
Eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Rillenkugellagers mit einem Umlaufring (5), der den Käfig (3) mit einem umlaufenden, radialen Abschnitt (5d) auf einer Stirnseite des Wälzlagers überdeckt, und der mit einem nach radial auswärts ausgerichteten Abschnitt in einer umlaufenden Nut des Lageraußenringes (1) axial und radial geführt ist, ist ebenfalls möglich. Die Kontaktgeometrie (K) berührt dann die Wälzkörper (2) in einer radialen Zone, deren Durchmesser dem Durchmesser der Laufbahn (4b) des Lagerinnenringes (4) ähnlicher ist als dem Durchmesser der Laufbahn (1b) des Lageraußenringes (1).
11 zeigt ein erfindungsgemäßes, vollrolliges Zylinderrollenlager, welches aus einem Lageraußenring (1), einer Anzahl von zylindrischen Wälzkörpern (2) und einem Umlaufring (5) besteht. Die innere Laufbahn (9b) der Wälzkörper (2) wird durch einen außenzylindrischen Abschnitt (9a) der vom Wälzlager gelagerten Welle (9) ausgebildet. Die Randschicht des Abschnittes (9a) der Welle (9) ist vorzugsweise gehärtet und geschliffen, um eine für den Betrieb der Wälzlagerung ausreichende Tragfähigkeit aufzuweisen.
Der weitere Aufbau des Wälzlagers und die grundsätzliche Funktion ist sinngemäß entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 3, weshalb an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen wird.
Die Lagerung des Umlaufringes (5) kann auch in einer umlaufenden Nut innerhalb des Abschnittes (9a) der Welle (9) erfolgen. Der Umlaufring (5) kann verdrehbar und verlagerbar zu dem ihn führenden Bauteil sein, oder er kann fest mit diesem verbunden sein.
12 zeigt ein erfindungsgemäßes Zylinderrollenlager, welches aus einem Lagerinnenring (4), einer Anzahl von zylindrischen Wälzkörpern (2), einem Käfig (3) und einem Umlaufring (5) besteht. Die äußere Laufbahn (10b) der Wälzkörper (2) wird durch einen innenzylindrischen Abschnitt (10a) der vom Wälzlager gelagerten Nabe (10) ausgebildet. Die Randschicht des Abschnittes (10a) ist vorzugsweise gehärtet und geschliffen, um eine für den Betrieb der Wälzlagerung ausreichende Tragfähigkeit aufzuweisen.
Der weitere Aufbau des Wälzlagers und die grundsätzliche Funktion ist sinngemäß entsprechend den Ausführungsbeispielen nach 3 und 4, weshalb an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen wird.
Eine Lagerung des Umlaufringes (5) in einer umlaufenden Nut innerhalb des Abschnittes (10a) der Nabe (10) ist ebenfalls möglich.
In einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers wird die innere Laufbahn durch die gelagerte Welle ausgebildet, und die äußere Laufbahn wird durch einen Abschnitt der Nabe bereitgestellt.
Sinngemäß können die Laufbahnen auch durch Abschnitte einer Achse oder eines Gehäuses oder durch Abschnitte von beiden ausgebildet werden.
13 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Umlaufringes (5), bei dem ein nach radial einwärts ausgerichteter Abschnitt (5a) durch ein im wesentlichen rotationssymmetrisches Bauelement ausgebildet wird, welches bevorzugt stofflich fest mit einem nach radial und axial auswärts ausgerichteten Abschnitt (5b) verbunden ist. Dieser Abschnitt (5b) bildet eine Kontaktgeometrie (K) aus, welche bei Montage des Umlaufringes in einem erfindungsgemäßen Wälzlager den Kontakt zu den Wälzkörpern herstellt. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Abschnitt (5a) aus einem relativ festen Kunststoff oder aus einer Metalllegierung hergestellt, und der Abschnitt (5b) ist aus einem Material von geringerer Härte hergestellt, welches sich bei Montage in einem erfindungsgemäßen Wälzlager elastisch an die Wälzkörper anlegt.

1: Lageraußenring
1a: Nut
1b: Laufbahn
2: Wälzkörper
2a: rotationssymmetrischer Abschnitt
2b: Mantelfläche
2c: Nut
2d: Mantelfläche
3: Käfig
3a: Nut
4: Lagerinnenring
4a: Nut
4b: Laufbahn
4c: Stirnseite
5: Umlaufring
5a: radial einwärts ausgerichteter Abschnitt
5b: Stirnseite
5c: radial auswärts ausgerichteter Abschnitt
5d: umlaufender, radialer Abschnitt
5e: federnder Abschnitt
6: radiale Betriebslagerluft
7: Umlaufring
8: Radialrillenkugellager
9: Welle, Achse
9a: Abschnitt
9b: Laufbahn
10: Nabe, Gehäuse
10a: Abschnitt
10b: Laufbahn
A1: Rotationsachse Lageraußenring
A2: Rotationsachse Wälzkörper
A3: Rotationsachse Käfig
A4: Rotationsachse Lagerinnenring
A9: Rotationsachse Welle/Achse
A10: Rotationsachse Nabe/Gehäuse
F: radiale Kraft
K: Kontaktgeometrie
K1: Kontaktgeometrie
K2: Kontaktgeometrie

Claims

Wälzlager, welches radiale Lagerkräfte oder eine Kombination von radialen und axialen Lagerkräften aufnimmt, umfassend a) eine Anzahl von äußeren Laufbahnen (1b, 10b), b) eine Anzahl von Wälzkörpern (2), c) eine Anzahl von inneren Laufbahnen (4b, 9b), dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens einen einzelnen Umlaufring (5) umfasst, welcher einen im wesentlichen rotationssymmetrischen Körper ausbildet, und welcher wenigstens eine Anzahl der Wälzkörper (2), vorzugsweise alle Wälzkörper (2) entlang des Umfanges des Wälzlagers in einem engen Bereich der radialen Erstreckung des Wälzlagers mit einer Kontaktgeometrie (K) berührt und auf wenigstens einen aus äußerer Laufbahn (1b, 10b) und innerer Laufbahn (4b, 9b) presst.
Wälzlager nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass es einen Käfig (3) zum Führen der Wälzkörper (2) umfasst.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Laufbahnen (1b) durch einen Lageraußenring (1) ausgebildet sind, und dass die inneren Laufbahnen (4b) durch einen Lagerinnenring (4) ausgebildet sind.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Laufbahnen (1b) durch einen Lageraußenring (1) ausgebildet sind, und dass die inneren Laufbahnen (9b) durch Abschnitte (9a) einer Achse oder Welle (9) ausgebildet sind.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Laufbahnen (10b) durch Abschnitte (10a) eines Gehäuses oder Nabe (10) ausgebildet sind, und dass die inneren Laufbahnen (4b) durch einen Lagerinnenring (4) ausgebildet sind.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Laufbahnen (10b) durch Abschnitte (10a) eines Gehäuses oder Nabe (10) ausgebildet sind, und dass die inneren Laufbahnen (9b) durch Abschnitte (9a) einer Achse oder Welle (9) ausgebildet sind.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Umlaufring (5) mit einem Abschnitt (5a, 5b, 5c) an wenigstens einem aus Lageraußenring (1), Lagerinnenring (4), Käfig (3), Welle (9) und Nabe (10) angeordnet ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Umlaufring (5) frei drehbar um eine Achse ist, welche wenigstens annähernd parallel zu einer der Rotationsachsen (A1, A4, A9, A10) von Lageraußenring (1), Lagerinnenring (4), Welle (9) und Nabe (10) angeordnet ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Umlaufring (5) mit radialem Spiel an einem von Lageraußenring (1), Käfig (3), Lagerinnenring (4), Welle (9) und Nabe (10) angeordnet ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Umlaufring (5) drehfixiert an einem von Lageraußenring (1), Lagerinnenring (4), Welle (9) und Nabe (10) angeordnet ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Umlaufring (5) radial fixiert an einem von Lageraußenring (1), Lagerinnenring (4), Welle (9) und Nabe (10) angeordnet ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Umlaufring (5) mit einem Abschnitt (5a, 5b, 5c) in einer umlaufenden Nut (1a, 3a, 4a) von Lageraußenring (1), Käfig (3), Lagerinnenring (4), Welle (9) und Nabe (10) gehalten ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Kontaktgeometrie (K) angenähert dem Durchmesser der inneren Laufbahn (4b, 9b) entspricht.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Kontaktgeometrie (K) angenähert dem Durchmesser der äußeren Laufbahn (1b, 10b) entspricht.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Wälzkörper (2), vorzugsweise alle Wälzkörper (2), auf wenigstens einer ihrer Stirnseiten einen rotationssymmetrischen Abschnitt (2a) um ihre Rotationsachse (A2) aufweisen, der eine Mantelfläche (2b) ausbildet, an welcher der wenigstens eine Umlaufring (5) mit seiner Kontaktgeometrie (K) anliegt.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Wälzkörper (2), vorzugsweise alle Wälzkörper (2), wenigstens an einer Position ihrer Längserstreckung eine rotationssymmetrische Nut (2c) um ihre Rotationsachse (A2) aufweisen, die eine Mantelfläche (2d) ausbildet, an welcher der wenigstens eine Umlaufring (5) mit seiner Kontaktgeometrie (K) anliegt.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Anzahl von wenigstens zwei Umlaufringen (5, 7) umfasst, welche wenigstens an einem aus Lageraußenring (1), Käfig (3), Lagerinnenring (4), Welle (9) und Nabe (10) angeordnet sind, und welche wenigstens eine Anzahl der Wälzkörper (2), vorzugsweise alle Wälzkörper (2), entlang des Umfanges des Wälzlagers in engen Bereichen der radialen Erstreckung des Wälzlagers mit jeweils einer Kontaktgeometrie (K1, K2) berühren und auf wenigstens einen aus äußerer Laufbahn (1b, 10b) und innerer Laufbahn (4b, 9b) pressen.
Wälzlager nach Anspruch 17), dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Umlaufringe (5, 7) Kontaktgeometrien (K1, K2) ausbilden, welche die Wälzkörper (2) in radialen Bereichen berühren, die bevorzugt einen ähnlichen Durchmesser, besonders bevorzugt den gleichen Durchmesser aufweisen.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Umlaufringe (5, 7) durch einen einzelnen Körper ausgebildet ist.
Wälzlager nach Anspruch 19), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Umlaufringe (5, 7) aus einer Metalllegierung oder aus einem Kunststoff besteht.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Umlaufringe (5, 7) durch wenigstens zwei Körper ausgebildet ist, welche miteinander verbunden sind.
Wälzlager nach Anspruch 21), dadurch gekennzeichnet, dass die Körper wenigstens eines der Umlaufringe (5, 7) aus einer Metalllegierung oder aus einer Kombination von Metalllegierungen oder aus einem Kunststoff oder aus einer Kombination von Kunststoffen oder aus einer Kombination von Metalllegierungen und Kunststoffen bestehen.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahnen (1b, 4b, 9b, 10b) bevorzugt gehärtet sind, und dass sie bevorzugt eine hohe Oberflächengüte aufweisen.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager ein Rillenkugellager ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager ein zweireihiges Rillenkugellager ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager ein einreihiges oder zweireihiges Schrägkugellager ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager ein Pendelkugellager ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager ein Zylinderrollenlager ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager ein Nadellager ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager ein Kegelrollenlager ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager ein Pendelrollenlager ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager ein Toroidal-Rollenlager ist.