DE60214350T2

DE60214350T2 - Vollkomplementäres kegelrollenlager

Info

Publication number: DE60214350T2
Application number: DE60214350T
Authority: DE
Inventors: Dirk-Olaf Leimann
Original assignee: Hansen Transmissions International NV
Current assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2022-03-09
Also published as: US7721419B2; WO2002073051A2; CN1558994A; WO2002073051A9; AU2002302877A1; CN100529441C; DK1370780T3; CN1975186A; US20060117567A1; ES2271251T3; JP4350375B2; DE60214350D1; US20040136632A1; US7552536B2; WO2002073051A3; EP1370780A2; JP2004521287A; US7210852B2; US20080304782A1; ATE338217T1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammenbau eines vollrolligen Kegelrollenlagers und ein Montagewerkzeug zur Anwendung in einem solchen Verfahren. Ein solches Verfahren und ein solches Montagewerkzeug sind aus US 1 545 841 A bekannt.
Kegelrollenlager sind als Wälzlagerelement wohlbekannt. Die in den 1, 2 und 5 gezeigte normale Gestaltung besteht aus einem Innenring oder Konus, einem Außenring oder Schale, Rollen und einem Käfig. Zweck des Käfigs ist es, die Rollen zu führen und sie bei Nichtvorhandensein der Schale an ihrem Platz zu halten, beispielsweise während des Zusammenbaus des Lagers. In einer zusammengebauten Anordnung bilden der Innenring oder Konus, die Rollen und der Käfig eine Einheit, während der Außenring die andere Komponente ist, mittels derer das Lager auf Wellen oder in Gehäuse montiert werden kann.
In der üblichen Gestaltung von Kegelrollenlagern wird die axiale Führung der Rollen mittels einer Aussparung an dem Innenring oder Konus erzielt, die, in Kombination mit dem Käfig, die Rollen in Position hält und sie zum Zentrum des Konus führt.
Diese übliche Kegelrollenlagergestaltung neigt jedoch zu Versagen aufgrund von Verformung des Käfigs, Käfigringkompression oder Käfigfachverschleiß, wovon Beispiele in den 2a, 2b beziehungsweise 2c illustriert sind.
Ein vollrolliges Kegelrollenlager in einer wohlbekannten O-Anordnung für Wellen ist aus US 606,635 bekannt. In dieser bekannten Konfiguration liegt jedoch eine axiale Anordnung und Führung der Rollen mittels zweier axial voneinander beabstandeter Aussparungen vor, die an jeder der Kegelrollenlagerflächen vorgesehen sind, die an komplementär voneinander beabstandeten Rippen angreifen, die radial auswärts von der Lageroberfläche oder der Laufbahn des radial inneren Rings oder Konus vorragen. Die in US 606,635 offenbarte Konfiguration von Rippen und Aussparungen an den Lagerflächen verringert sowohl die Belastbarkeit des Lagers durch Verkleinern der verfügbaren Rollenoberfläche und erhöht auch das Risiko vorzeitigen Versagens durch Verschleiß und Bruch der Rippen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Zusammenbau eines vollrolligen Kegelrollenlagers gemäß Anspruch 1 zu verschaffen.
Gemäß einem zweiten Aspekt verschafft die Erfindung ein Montagewerkzeug gemäß Anspruch 3.
Mit Berührungswinkel ist der Winkel zwischen einer geraden Linie senkrecht zur äußeren Laufbahn und einer geraden Linie parallel zur Rotationsebene des Lagers und wie in der ISO-Norm 281:1990 definiert gemeint.
Vorzugsweise liegt der Berührungswinkel im Bereich von 5 bis 30 Grad, bevorzugter liegt er zwischen 10 bis einschließlich 20 Grad.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der Beschreibung nachfolgender Ausführungen der Erfindung und in Zusammenhang mit den nachfolgenden Zeichnungen deutlich, worin: –
1a und 1b schematische Querschnittsdiagramme eines konventionellen Lagers zeigen, das in einem Käfig eingeschlossene Kegelrollen umfasst; und die
2a bis 2c verschiedene Aspekte von Beschädigung an dem Lagerkäfig aufgrund von Problemen beim Betrieb zeigen; und
3 eine von der Nachlaufseite des Innenrings oder Konus genommene Ansicht eines vollrolligen Kegelrollenlagers zeigt, das gemäß der vorliegenden Erfindung zusammengebaut ist; und
4 eine Ansicht des vollrolligen Lagers von 3 zeigt, genommen von der Vorlaufseite des Innenrings; und
5 eine Ansicht einer Baugruppe aus Innenringrollen und Käfig eines konventionellen Kegelrollenlagers zeigt; und
6 eine schematische Teilansicht des Verfahrens des Zusammenbaus des vollrolligen Lagers der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Montagewerkzeugs zeigt.
In den 1a und 1b ist der Zusammenbau eines konventionellen Kegelrollenlagers vom Käfigtyp gezeigt, das die Elemente eines Innenrings oder Konus 1, eines Außenrings oder Schale 4 und, frei zwischen Konus und Schale angeordnet, einer Vielzahl von Rollen 6, die innerhalb eines sich in Umfangsrichtung erstreckenden Käfigs 7 enthalten sind, umfasst.
Die radial äußere konische Oberfläche 3 des Innenrings oder Konus ist mit der inneren Laufbahn 2 versehen, und gleichermaßen sieht die radial einwärts gewandte konische Oberfläche 5 des Außenrings bzw. der Schale 4 eine äußere Laufbahn vor.
Die Kegelrollen sind dank Schulteranschlägen 8, 9, die an den axialen Rändern des Innenrings vorgesehen sind, in der inneren Laufbahn 2 angeordnet und geführt, welcher Schulteranschlag 8 auf das plane Ende der Kegelrollen einwirkt, wenn das Lager belastet wird. Der axiale Rand der inneren Laufbahn mit dem größeren Durchmesser wird üblicherweise als Nachlauf kante bezeichnet, während der Rand mit dem kleineren Durchmesser üblicherweise als Vorlauf kante bezeichnet wird. Dementsprechend werden die Schulteranschläge 8, 9 jeweils als Nachlaufkantenschulteranschlag und Vorlaufkantenschulteranschlag bezeichnet.
In den 3 und 4 ist eine vollrollige Kegelrollenlagerbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.
3 zeigt eine Ansicht des Lagers von der Nachlaufseite des Innenrings oder Konus und zeigt deutlich einen vollen Satz von Rollen ohne Rollenkäfig. 3 zeigt auch, dass das Lager mit einem Nachlaufseitenschulteranschlag an dem Innenring versehen ist, während an der Vorlaufseite des Innenrings kein solcher Schulteranschlag vorgesehen ist, wie aus 4 hervorgeht.
Der Berührungswinkel α, welcher der Winkel zwischen einer geraden Linie, die sich senkrecht von der äußeren Laufbahn erstreckt, und einer Linie parallel zur Rotations- oder Lagerebene ist, wie in 6 gezeigt, ist in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung nicht kleiner als 5 Grad und nicht größer als 30 Grad. Der Berührungswinkel α entspricht somit der Neigung der äußeren Laufbahn zur Längsachse A der Welle, an der der Innenring oder Konus befestigt ist. Vorzugsweise liegt der Berührungswinkel des Lagers im Bereich von 10 bis 20 Grad, sodass das Lager besonders zur Anwendung unter Bedingungen radial gerichteter hoher Belastung geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf den Zusammenbau von hoch belastbaren Lagern zur Anwendung an Wellen im Bereich von 25 mm bis 150 mm Durchmesser gerichtet. Typischerweise wären die bei solchen Anwendungen angetroffenen maximalen Geschwindigkeitsbedingungen annähernd 5.500 UpM für eine Welle mit einem Durchmesser von 25 mm und 1.500 UpM für eine Welle mit einem Durchmesser von 150 mm.
Das Verfahren zum Zusammenbau des Lagers ist in 6 gezeigt, welche eine Halbschnittansicht der Komponenten eines Lagers zusammen mit einem Montagewerkzeug 62 zeigt. Es versteht sich, dass 6 nur eine Hälfte der Anordnung zeigt und die andere Hälfte symmetrisch unter der Achse A der Welle angeordnet ist. Dementsprechend ist das Montagewerkzeug 62 im Wesentlichen zylinderförmig und ist diametral in eine obere und eine untere Hälfte gespalten, wobei die obere Hälfte in 6 dargestellt ist. Die radial äußere zylindrische Oberfläche des Montagewerkzeugs 62 ist mit einem sich axial erstreckenden Vorsprung oder Vorsprüngen 63 versehen, der bzw. die durch Auseinanderbewegen der zwei Hälften des Montagewerkzeugs 62 in der durch den Pfeil Y angedeuteten Richtung axial einwärts von dem axial und radial äußeren Rand der Rollen positioniert werden kann bzw. können. Danach kann der Vorsprung 63, durch Bewegen der zwei Hälften des Montagewerkzeugs 62 zurück zueinander in der durch Pfeil X angedeuteten Richtung an dem axial und radial äußeren Rand der Rollen angreifen. Das axiale Ende des Vorsprungs 63 kann an seiner radial inneren Seite so geformt sein, dass es dem axial und radial äußeren Teil der Rolle entspricht, wie gezeigt, um den Eingriff mit der Rolle zu erleichtern.
Gemäß dem in 6 illustrierten Zusammenbauverfahren werden die Kegelrollen 60 in ihre endgültige Position der inneren Laufbahn des Konus 61 montiert und dort mittels des Montagewerkzeugs 62 gehalten, das einen sich axial erstreckenden Vorsprung oder Vorsprünge 63 aufweist, die mit dem axial und radial äußeren Teil jeder Rolle in Kontakt kommen und ihn festhalten, um die Rolle in der Laufbahn festzuhalten, wie gezeigt. Das Montagewerkzeug 62 ist generell von zylindrischer Form, mit einem Durchmesser über dem axialen Vorsprung oder Vorsprüngen 63, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Außenrings oder der Schale, sodass die Schale in ihr endgültiges Gehäuse montiert werden kann, während noch stets ein Aufeinanderzubewegen der Baugruppe der Kegelrollen mit dem inneren Konus und dem Außenring in die in 6 gezeigte Position großer Nähe ermöglicht wird. Das Montagewerkzeug 62 hat einen anderen sich axial erstreckenden Vorsprung 65 radial einwärts von dem Vorsprung 63, der, wie gezeigt, an der Nachlaufseite des Innenrings 61 anschlägt, um die Bewegung der Baugruppe zu erleichtern. Weiter sind das Dickenmaß des Vorsprungs 63 in radialer Richtung und der Außendurchmesser des Außenrings so, dass ein ausreichendes Auseinanderbewegen der Hälften des Montagewerkzeugs 62 gestattet wird, um das Zurückziehen des Werkzeugs zu ermöglichen.
Sobald die Baugruppe in der in 6 gezeigten Position ist, werden die zwei Hälften des Montagewerkzeugs 62 in der durch Pfeil Y angedeuteten Richtung radial auseinanderbewegt, bis der Vorsprung oder die Vorsprünge 63 frei von den Rollen sind, an welchem Punkt die Teile des Montagewerkzeugs in der Richtung Z zurückgezogen werden. Die große Nähe der Baugruppe von Rollen und Innenring zum Außenring gewährleistet, dass die Rollen nicht entfernt werden können, und im letzten Vorgang werden Außenring und Rollenkonusbaugruppe wieder aufeinander zu bewegt, um ihre endgültige Position zu erreichen und die Baugruppe zu vervollständigen.
Während das oben beschriebene Verfahren als ein Montagewerkzeug in Form von zwei Halbzylindern gestaltet ist, kann das Montagewerkzeug selbstverständlich in drei oder mehr Teile unterteilt werden, wie beispielsweise vier Quadranten, die durch Bewegen in vier Richtungen radial ausdehnbar sind, wobei die Bewegungsrichtung jedes Quadranten im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung eines benachbarten Quadranten ist.
Ein solches Montagewerkzeug kann auch jegliche geeigneten elastisch verformbaren Klemmelemente umfassen, die wirksam zwischen einem radial eingezogenen Zustand und einem radial ausgefahrenen Zustand und umgekehrt umgeschaltet werden können.
Dieses Verfahren zum Zusammenbau eines vollrolligen Kegelrollenlagers ist insbesondere anwendbar auf ein Lager mit Rollenanschlagschultern an sowohl der Nachlauf- als auch der Vorlaufseite der inneren Laufbahn oder auf Situationen, wo das Lager mit vertikal orientierter Rollenreihe zusammengebaut werden muss.
1a
(Stand der Technik)
1b
(Stand der Technik)
2a

KÄFIGBESCHÄDIGUNG
Käfigverformung – falsch installiertes oder heruntergefallenes Lager

2
(STAND DER TECHNIK)

Rollenverbindung und – schrägstellung – Käfigring während Installation zusammengedrückt oder Störung während des Betriebs

2b

Käfigfachverschleiß – Starker Kontakt zwischen den Rollen und Käfigfachoberflächen, verursacht durch zu locker arbeitendes Lager

2c
5
(Stand der Technik)
6

Gehäuse
Außenring (Schale)
Innenring (Konus)
Welle
Montagewerkzeug

Claims

Ein Verfahren zum Zusammenbau eines vollrolligen Kegelrollenlagers, bestehend aus einem Innenring oder Konus (61) mit einer Laufbahn an seiner radial äußeren konischen Oberfläche und aus einem Außenring oder Schale mit einer Außenlaufbahn an seiner radial inneren konischen Oberfläche und einer oder mehreren Reihen von Kegelrollen (60), umfassend das Bilden einer ersten Baugruppe der Rollen in die innere Laufbahn des Konus, Anbringen von Rückhaltemitteln (62) zum Zurückhalten der Rollen in der inneren Laufbahn, wobei diese Mittel mit dem axial und radial äußeren Teil jeder Rolle in Kontakt kommen und diesen halten, um die Rolle in der Laufbahn festzuklemmen; und anschließend Bilden der fertigen Baugruppe durch Einsetzen der ersten Baugruppe in den Außenring.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Rückhaltemittel radial ausfahrbare und einziehbare Klemmelemente umfasst, die auf die Rollen wirken, wobei die Klemmelemente nach dem Bilden der fertigen Baugruppe entfernt werden.
Ein Montagewerkzeug (62) zur Verwendung in einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen sich axial erstreckenden Vorsprung (63) oder Vorsprünge hat, die mit dem axial und radial äußeren Teil jeder Rolle (60) in Kontakt kommen und diesen halten, um die Rolle in der Laufbahn festzuklemmen.
Ein Montagewerkzeug gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es generell von zylindrischer Form ist, wobei es einen Durchmesser über dem axialen Vorsprung oder Vorsprüngen hat, der weniger beträgt als der Außendurchmesser des Außenrings bzw. Schale.
Ein Montagewerkzeug gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es in zwei Halbzylinder oder in mehrere Teile von gleicher Form unterteilt ist.
Ein Montagewerkzeug gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dickenmaß des Vorsprungs (63) in radialer Richtung und der Außendurchmesser des Außenrings so sind, dass sie ein ausreichendes Auseinanderbewegen der mehreren Teile des Montagewerkzeugs gestatten.
Ein Montagewerkzeug gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es einen anderen sich axial erstreckenden Vorsprung (65) radial einwärts von dem Vorsprung hat, der an die Nachlaufseite des Innenrings (61) anschlägt.
Ein Montagewerkzeug gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es elastisch verformbare Klemmelemente umfasst, die wirksam zwischen einem radial eingefahrenen Zustand und einem radial ausgedehnten Zustand und umgekehrt umgeschaltet werden können.