DE3638056A1 - Kegelrollenlager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager, insbesondere für Eisenbahnzwecke, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, daß es bei Kegelrollenlagern, die in Benutzung sind, nicht möglich ist, die Kegelrollen von der Rollbahn des Innenrings zu entfernen, wenn der Zusammenbau vorgenommen ist, zumindest nicht ohne Zerstören des Käfigs, der gewöhnlich aus Metalls oder Plastik hergestellt ist und die Kegelrollen in Position hält. Während periodischer Instandhaltungs- und Schmiervorgänge, denen Kegelrollenlager der Eisenbahnachsen unterworfen werden, ist es daher unmöglich, wirksam den Abnutzungszustand des Innenrings und der zugeordnten Rollbahn festzustellen. Daher können mögliche anormale Abnutzungszustände nicht entdeckt werden, so daß die Gefahr eines Bruchs während der Benutzung besteht, was zu ernsthaften Konsequenzen bei den hohen Geschwindigkeiten von modernen Zügen führen kann. Um diesen Nachteil bei der Eisenbahn zu beseitigen, werden die Lager häufig ersetzt, wodurch jedoch andererseits die Betriebskosten stark heraufgesetzt werden, da aus Sicherheitsgründen die Lager sehr viel früher, als ihrer theoretischen Lebensdauer entspricht, ausgewechselt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kegelrollenlager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das ein periodisches Überprüfen des Abnutzungszustandes des Innenrings im eingebauten Zustand in einfacher und schneller Weise ermöglicht.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Kegelrollenlager.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II eines Abschnitts des Lagers von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt ein Detail des Lagers von Fig. 1 in einer von radial innen nach auswärts gerichteten Ansicht.

Fig. 4 zeigt vergrößert eine weitere Einzelheit des Lagers von Fig. 1.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kegelrollenlagers.

Das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Kegelrollenlager 1, das insbesondere für Eisenbahnzwecke geeignet ist, umfaßt einen Außenring 2 mit einer konischen Rollbahn 3 an seiner Innenfläche, einen Innenring 4 mit einer konischen Rollbahn 5 an seiner Außenfläche, die der Rollbahn 3 zugewandt ist und eine Vielzahl von Kegelrollen 6, die zwischen den Ringen 2 und 4 frei angeordnet sind, so daß letztere sich mit geringer Reibung gegeneinander drehen können. Die Kegelrollen 6 werden zwischen den Rollbahnen 3 und 5 der Ringe 2 und 4 geführt und ein Käfig 9 ist zwischen den Ringen 2 und 4 vorgesehen, der die Kegelrollen 6 in einem Ring in regelmäßigen Abständen in entsprechenden Taschen 10 frei trägt, von denen jede eine entsprechende Kegelrolle 6 in solcher Weise frei aufnimmt, daß letztere getrennt voneinander sind und mit ihren entsprechenden Rotationsachsen in einem Ring längs den Mantellinien einer konischen koaxialen Fläche zu den Rollbahnen 3 und 5 gehalten werden. In einem Schnitt durch das Lager 1 längs der Ebene II-II oder einer hierzu parallelen Ebene sind daher die Kegelrollen 6 in einem Ring längs eines Umfang mit einem Radius R, dem Wälzkreis, angeordnet.

Der Käfig 9, der vorzugsweise aus synthetischem Plastikmaterial geformt ist, umfaßt ein Paar von Außenringen 11 und 12, wobei der Ring 11 einen größeren Durchmesser als der Ring 12 aufweist, und eine Vielzahl von geradlinigen Brücken 15, die die Ringe 11 und 12 miteinander verbinden und äquidistant und benachbart längs den Mantellinien einer konischen Fläche konzentrisch mit den Rollbahnen 3 und 5 derart angeordnet sind, daß sie mit den Ringen 11 und 12 die Taschen 10 bilden.

Der Käfig 9 kann die Kegelrollen 6 unabhängig davon, ob diese durch die Rollbahn 5 des Innenrings 4 unterstützt werden, aufnehmen, da sich die Brücken 15 (Fig. 1 und 2) sowohl oberhalb des Wälzkreises in solcher Weise erstrecken, daß sie die Kegelrollen 6 in den Taschen 10 auf der gegen den Außenring 2 gerichteten Seite halten, als auch unterhalb des Wälzkreises in solcher Weise, daß sie die Kegelrollen 6 in den Taschen 10 auch auf der gegen den Innenring 4 gerichteten Seite halten; auf diese Weise werden die Rollen 6, wenn sie einmal von den Taschen 10 aufgenommen sind, in diesen gegen ihr eigenes Gewicht und/oder gegen irgendeine Radialkraft gehalten, selbst wenn der Käfig 9 nicht zwischen die Ringe 2 und 4 eingesetzt ist. Die Brücken 15 besitzen im Transversalschnitt Trapezform, deren Hauptbasis zum Ring 2 gerichtet ist, wodurch eine Verengung der Taschen 10 auf der Seite der Rollbahn 3 bewirkt wird und folglich die Kegelrollen 6 gegen die Wirkung von Zentrifugalkräften zurückgehalten werden. Innerhalb des Wälzkreises sind die Brücken 15 mit entsprechenden gegenüberliegenden radialen versetzten Zungen 16 versehen, die benachbart zueinander angeordnet sind und sich von den gegenüberliegenden Längskanten der Brücken 15 zur Achse des Käfigs 9 derart erstrecken, daß eine Verengung der Taschen 10 auch auf der der Rollbahn 5 zugewandten Seite erzielt wird und folglich die Kegelrollen 6 gegen die Wirkung von Zentripetalkräften zurückgehalten werden. Um das Einsetzen der Kegelrollen 6 in die Taschen 10 zu ermöglichen, sind die Zungen 16, die vorzugsweise einstückig mit den Brücken 15 ausgebildet sind, elastisch deformierbar und so geformt, daß sie mit den Kegelrollen 6 derart zusammenarbeiten, daß sie sich unter der Einwirkung einer Kraft vorbestimmter Größe auseinanderbewegen. Daher ist es den Taschen 10 möglich, die Kegelrollen 6 durch Schnappeingriff aufzunehmen und diese frei mit einer Kraft zu halten, so daß wenigstens die freie Manipulation des Käfigs 9 möglich ist, ohne daß irgendeine Kegelrolle 6 herausfällt. Um das Verhalten der Zungen 16 in bezug auf die Kegelrollen 6 zu optimieren, erstrecken sich die Zungen 16 in axialer Richtung beginnend vom Ring 12 bis zu einem vorbestimmten relativ kleinen Abstand (beispielsweise 1 bis 2 mm) von dem Ring 11 derart, daß sie an dem kleineren Ring 12 befestigt sind und daher eine höhere Festigkeit auf der Seite des Rings 12 aufweisen, und auf der anderen Seite frei von dem größeren Ring 11 sind, der eine geringere Stärke als der Ring 12 aufweist und daher flexibler auf der Seite des Rings 11 sind, so daß die Kegelrollen 6 in die Taschen 10 mit eine Axialbewegung vom Ring 11 zum Ring 12 eingesetzt werden können.

Um das schnelle Zusammen- und Auseinanderbauen des Käfigs 9 bezüglich des Lagers 1 zu ermöglichen, selbst wenn die Rollen 6 in die Taschen 10 eingesetzt sind, wird, wie sich aus den Fig. 3 und 4 ergibt, das axiale Halten der Kegelrollen 6 und des Käfigs 9 auf der Seite des Rings 12 anstelle einer festen Schulter wie bei bekannten Lagern durch Schnappeingriff bewirkt, während auf der Seite des Rings 11 die Kegelrollen 6 in konventioneller Weise durch eine Schulter 18 des Innenringes 4 gehalten werden. Insbesondere ist der Käfig 9 derart ausgebildet, daß er elastisch in Umfangsrichtung deformierbar ist, und auf dem Ring 12 mit einer Vielzahl von radial inneren Vorsprüngen 20 versehen, die benachbart zueinander angeordnet sind und sich in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Achse des Rings 12 erstrecken. Der Innenring 4 ist mit einer ringförmigen Rippe 21 versehen, die benachbart zur Rollbahn 5 ausgebildet ist und sich in Richtung zur Rollbahn 3 soweit erstreckt, daß Interferenz mit den Rollen 6 bewirkt wird, d. h. daß sich die Rippe 21 in Richtung auf die Rollbahn 3 über das benachbarte Ende der Rollbahn 5 hinaus erstreckt. Die Rippe 21 ist mit gegenüberliegenden konischen Flächen 22 und 23 versehen, die in der Lage sind, mit den Kegelrollen 6 als Folge der Anwendung einer axialen Kraft auf den Käfig 9 gegen die Rippe 21 zusammenzuarbeiten, um die Kegelrollen 6 radial auswärts gegen den äußeren starren Teil der Brücken 15 zu drücken und folglich den Käfig 9 in Umfangsrichtung um einen solchen Betrag zu deformieren, der das einschnappende Einsetzen des Käfigs 9 unter der Rippe 21 selbst ermöglicht. Der Käfig 9 besteht vorzugsweise aus halbstarrem Plastikmaterial, das in Umfangsrichtung elastisch deformierbar ist, beispielsweise Nylon, jedoch ist seine relative Umfangsdeformierbarkeit durch eine geeignete Form der Ringe 11 und 12 und der Brücken 15 unterstützt. Insbesondere ist der Ring 12 mit Vorsprüngen 20 versehen, die jeweils zwischen einem Paar von benachbarten Brücken 15 ausgebildet sind, wobei weiter entsprechend jeder Tasche 10 eine frontale Ausnehmung 25 an einer Stirnfläche 26 vorgesehen ist, die sich gegenüberliegend zu der den Kegelrollen 6 zugewandten Fläche befindet. Die Ausnehmungen 25 befinden sich unmittelbar unter den Vorsprüngen 20 und in Korrespondenz mit der Gesamtheit der Basisausdehnung von diesen. Auf diese Weise ist der Ring 12, der ferner die Abstützschulter für die Kegelrollen 6 bildet, genügend fest, um die Rollen 6 in den Taschen 10 über die Zungen 16 zu halten, und ist gleichzeitig genügend deformierbar, um beim Zusammen- und Auseinanderbau durch den Druck vergrößert zu werden, der auf die Kegelrollen 6 in solchem Maße ausgeübt wird, daß der Käfig 9 auf oder von der Rippe 21 springt und daher das Montieren oder Demontieren des Käfigs 9 auf bzw. vom Innenring 4 ermöglicht.

Im Gebrauch ist es daher während des periodischen Demontierens zur Inspektion und Instandhaltung möglich, den Abnutzungszustand der Rollbahn 5 in einfacher und schneller Weise zu inspizieren. Wenn der Außenring 2 in konventioneller Weise entfernt ist, werden die Rollen 6 auf dem Innenring 4 nur durch den Käfig 9 gehalten, wobei letzterer nur durch die Rippe 21 über die Rollen 6 gehalten wird, die axial hiermit zusammenarbeiten. Durch Ergreifen des Rings 12 manuell oder mit einem geeigneten Werkzeug (oder durch Ausüben eines Schubs gegen den Ring 11 in Richtung auf die Rippe 21) ist es daher möglich, die in den Taschen 10 aufgenommenen Rollen 6 gegen die Rippe 21 mit einer vorbestimmten Kraft zu drücken, wodurch diese mit der geneigten Rampenfläche 23 zusammenarbeiten. Dies transformiert den ausgeübten axialen Schub in einen radialen Schub, der von den Rollen 6 auf den Käfig 9 in einer über den Umfang gleichmäßig verteilten Weise ausgeübt wird. Dieser Schub erzeugt eine progressive Deformation der Ringe 11 und 12 derart, daß die Durchmesser hiervon elastisch vergrößert werden, bis sie einen Wert erreichen, der ausreichend ist, so daß eine radiale zentrifugale Verschiebung der Rollen um einen Betrag möglich ist, daß das durch die Rippe 21 gebildete Hindernis überwunden und daher die Einheit aus Käfig 9 und Rollen 6 die Rippe 21 passiert werden kann. Wenn diese Einheit die Rippe 21 passiert hat, bewirkt die elastische Rückstellung des Käfigs 9 das unmittelbare Zurückkehren der Ringe 11 und 12 zum ursprünglichen Durchmesser, wodurch ferner bewirkt wird, daß der Käfig 9 von dem Ring 4 durch die Wirkung des zentripetalen Radialschubs abspringt, der an dieser Stelle durch die Rollen 6 auf die Außenrampe 22 ausgeübt wird. Während des Ausbauens werden die Kegelrollen 6 daher zusammen mit dem Käfig 9 verschoben und rutschen über die Rippe 21, wobei sie in den Taschen 10 infolge der Wirkung der Brücken 15 gehalten bleiben, wobei die Brücken 15 jedoch in radialem Sinne durch die Reaktion voneinander entfernt werden, wodurch die Deformation der Ringe 11 und 12 bewirkt wird. Nach der Abnahme werden sämtliche Rollen 6 nur durch den Käfig 9 getragen und können zusammen mit diesem von dem Lager 1 abgenommen werden, so daß der Ring 4 für die Inspektion freiliegt. Wenn eine oder mehrere Rollen 6 abgenutzt sind, können diese durch Entnahme aus den Taschen 10 durch die elastische Deformation der Zungen 16 entnommen werden. Schließlich können die Rollen 6, wenn die Inspektion beendet ist, in einem einzigen Arbeitsgang zusammen mit dem Käfig 9 durch einfaches axialen Drücken des Käfigs 9 gegen die Schulter 18 wieder eingesetzt werden, nachdem sie mit dem Innenring 4 in Eingriff gebracht sind. Hierbei arbeiten die Rollen 6 zunächst mit der Rampe 22 zusammen, um die Deformation des Käfigs 9 zu bewirken und seine Einführung in die Rollenbahn 5 auf der anderen Seite der Rippe 21 zu erlauben, um dann mit der Rampe 23 während der elastischen Rückkehrphase des Käfigs 9 zusammenzuarbeiten, wodurch das Einschnappen des Käfigs 9 auf den Ring 4 hinter der Rippe 21 bewirkt wird.

Das in Fig. 5 dargestellte Lager 40 unterscheidet sich vom Lager 1 durch die Schnappverriegelung des Käfigs 9 auf dem Innenring 4. Der Innenring 4 besitzt hierbei keine Ringrippe 21 oder einen entsprechenden Vorsprung oder eine Anschlagschulter zum Stoppen der Rollen 6, die sich in Richtung zum Ring 12 bewegen, sondern ist stattdessen mit einem ringförmigen Sitz 41 versehen, der in einer Position benachbart zu der Rollenbahn 5 anstelle der Rippe 21 angeordnet ist. Der Ring 12 ist vorzugsweise frei von erleichternden und Elastizität verleihenden Vorsprüngen 20 und stattdessen an seiner radial einwärtigen Seite mit einem oder mehreren elastisch deformierbaren Zähnen 42 versehen, die vorzugsweise in Korrespondenz zu den frontalen Ausnehmungen 25 ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform wird die Anschlagschulter zum Stoppen der Rollen 6, die sich in Richtung zum Sitz 41 bewegen, durch den gleichen Ring 12 definiert, der im wesentlichen starr und undeformierbar ist. Der Käfig 9 ist ferner derart ausgebildet, daß er eine größere Festigkeit als der Käfig des Lagers 1 aufweist, da kein Vorsprung zum Einführen des Käfigs 9 in den Innenring 4 des Lagers 40 zu überwinden ist. Beim Montieren bzw. Demontieren deformieren die Axialkräfte, denen der Käfig 9 und die Rollen 6 ausgesetzt werden, die Zähne 42, um ein Verbiegen hiervon und folglich ein Einschnappen oder Freigeben in oder aus dem Sitz 41 zu bewirken. Die Zähne 42, die mit dem Sitz 41 in Eingriff stehen, halten auf der anderen Seite den Käfig 9 axial, wobei der Axialschub im Gebrauch durch den Außenring 2 aufgenommen wird.

Claims (6)

1. Kegelrollenlager, insbesondere für Eisenbahnzwecke, mit einem Außenring (2) mit einer zugeordneten inneren konischen Rollbahn (3), einem Innenring (4) mit einer zugeordneten äußeren konischen Rollbahn (5), einer Vielzahl von Kegelrollen (6), die zwischen dem Innen- und dem Außenring frei angeordnet und zwischen den Rollbahnen geführt sind, und einem Käfig (9), der zwischen dem Innen- und dem Außenring angeordnet ist und ein Paar von Endringen (11, 12), von denen der eine größer als der andere ist, und eine Vielzahl von geradlinigen Brücken (15) umfaßt, die mit den Endringen verbunden und äquidistant und benachbart längs Mantellinien einer konischen Fläche derart angeordnet sind, daß sie mit den Endringen entsprechende Taschen (10) zur freien Aufnahme der Kegelrollen (6) bilden und die Kegelrollen (6) getrennt voneinander und mit ihren Rotationsachsen in einem Ring längs eines Umfangs angeordnet halten, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücken (15) sich sowohl außerhalb des Umfangs derart erstrecken, daß sie die Kegelrollen (6) in den Taschen (10) auf der Seite des Außenrings (2) halten, und innerhalb des Umfangs in der Weise, daß sie die Kegelrollen (6) in den Taschen (10) auf der Seite des Innenrings (4) ebenfalls halten, wobei jede Tasche (10) eine Kegelrolle (6) durch Schnappeingriff aufnimmt und wenigstens der Innenring (4) eine Einrichtung (21, 41) zum axialen Schnappeingriff des Käfigs (9) mit dem Innenring (4), wobei die Kegelrollen (6) in den Taschen (10) aufgenommen sind, umfaßt.

2. Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (9) derart ausgebildet ist, daß er elastisch deformierbar in Umfangsrichtung ist, wobei die axiale Schnappeingriffeinrichtung zwischen Käfig (9) und Innenring (4) eine ringförmige Rippe (21) des Innenrings (4) umfaßt, die benachbart zu der Rollbahn (5) ausgebildet ist, wobei sich die Rippe (21) in Richtung zur Rollbahn (3) des Außenrings (2) erstreckt und mit gegenüberliegenden konischen Rampenflächen (22, 23) versehen ist, die mit den Kegelrollen (6), die in den Taschen des Käfigs (9) aufgenommen sind, zusammenarbeiten können, um den Käfig (9) so zu verformen, daß ein einschnappendes Einsetzen von diesem über die Rippe (21) hinüber zusammen mit den Kegelrollen (6) ermöglicht wird.

3. Kegelrollenlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (9) aus einem halbfesten synthetischen Plastikmaterial hergestellt ist, daß elastisch deformierbar in Umfangsrichtung ist.

4. Kegelrollenlager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (9) entsprechende radial innere Vorsprünge (20) aufweist, die an dem kleineren Ring (12) ausgebildet sind und jeweils zwischen einem Paar von benachbarten Brücken (15) liegen, wobei der kleinere Ring (12) an der Seite, die der den Kegelrollen (6) zugewandten abgewandt liegt, mit entsprechenden frontalen Ausnehmungen (25) versehen ist, die in Korrespondenz mit jeder der Taschen (10) unmittelbar unter den radial inneren Vorsprüngen (20) ausgebildet sind.

5. Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Befestigungsmittel zwischen dem Käfig (9) und dem Innenring (4) wenigstens einen elastisch deformierbaren Zahn (42) umfassen, der auf der radial inneren Seite des kleineren Endrings (12) des Käfigs (9) ausgebildet ist, sowie wenigstens einen Sitz (41) für den Zahn (42), der in einer Position benachbart zu der Rollbahn (5) des Innenrings (4) ausgebildet ist, wobei der Innenring (4) keine Anschlagschulter für die Kegelrollen (6) auf der Seite des Sitzes (41) aufweist, sondern dieser definiert ist durch den kleineren Endring (12) des Käfigs (9).

6. Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücken (15) des Käfigs (9) innerhalb des Umfangs, längs dem die Achsen der Kegelrollen (6) in einem Ring angeordnet sind, mit entsprechenden gegenüberliegenden, elastisch deformierbaren, benachbarten Radialzungen (16) versehen ist, die mit den Rollen (6) zusammenarbeiten und sich in axialem Sinne von dem kleineren Endring (12) des Käfigs (9) bis zu einem vorbestimmten relativ kleinen Abstand von dem größeren Endring (11) erstrecken.