DE69713456T2

DE69713456T2 - Lagereinheit und darin verwendete geteilte Laufringe

Info

Publication number: DE69713456T2
Application number: DE69713456T
Authority: DE
Inventors: James Paul Berry
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 2002-10-02
Anticipated expiration: 2017-04-11
Also published as: US5944429A; DE69713456D1; EP0810382A1; GB9611231D0; EP0810382B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lageraufbau und insbesondere einen Lageraufbau mit einem geteilten Laufring.
Zahlreiche Anwendungen erfordern Lageraufbauten, um Wellen abzustützen, die sich mit hoher Geschwindigkeit drehen. Jeder Lageraufbau weist einen inneren und einen äußeren Laufring auf, die jeweils eine Führungsbahn besitzen, in denen die Wälzkörper angeordnet sind.
Bei bekannten Lageraufbauten kann wenigstens einer der Laufringe geteilt sein, um den Zusammenbau zu erleichtern. Ein Problem bei Lageraufbauten, die einen geteilten Laufring benutzen, besteht darin, daß hohe Axialbelastungen die Wälzkörper veranlassen können, in Berührung mit einem Abschnitt des geteilten Laufringes zu gelangen. Die Berührungslast des Wälzkörpers erzeugt eine Erhitzung des betreffenden Abschnitts des geteilten Laufringes, der sich dann thermisch ausdehnt, was zu einem Verlust an Konzentrizität führt. Infolge der thermischen Expansion und des Verlustes der Passung zwischen diesem Abschnitt des inneren Laufringes und der Welle ergeben sich Vibrationen mit hoher Amplitude.
Eine Lösung dieses Problems besteht darin, die Passung zwischen den Abschnitten des inneren Laufringes und der Welle noch enger zu gestalten. Diese Verringerung des Spiels bei der Passung zwischen dem inneren Laufring und der Welle verursacht jedoch Schwierigkeiten beim Zusammenbau.
Die US-A-3 640 591 beschreibt einen verbesserten Lageraufbau mit einem eingebauten Laufring, der elastisch übermäßige thermische Ausdehnungen kompensiert. Der Laufring ist mit einem Paar Rippen versehen und jede Rippe weist einen flexiblen Rippenabschnitt auf, der in Berührung mit der Kugel oder dem Wälzkörper steht. Eine übermäßige thermische Ausdehnung der Kugel oder des Wälzkörpers wird automatisch durch Biegung der Rippen im Laufring kompensiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kompakten Lageraufbau zu schaffen, der wenigstens einen geteilten Laufring besitzt, der konzentrisch gehalten wird, der die Vibration vermindert und der die Lebensdauer des Lageraufbaus und dessen Integrität verbessert. Ein Lageraufbau gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin unempfindlich gegenüber axialen Belastungen in beiden Richtungen.
Die Erfindung geht aus von einem geteilten Laufring zum Einbau in einen Lageraufbau, wobei der geteilte Laufring eine Laufrille aufweist, in der im Betrieb mehrere Wälzkörper laufen und wobei der geteilte Laufring aus mehreren Abschnitten zusammengesetzt und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Breite wenigstens eines Abschnitts des Laufringes größer ist als die Breite des anderen Abschnitts des Laufringes, um die Wärme zu verteilen, die im Betrieb darin erzeugt wird und daß Mittel vorgesehen sind, um die Abschnitte des geteilten Laufringes miteinander zu verbinden und eine Relativbewegung dazwischen zu begrenzen und um die Konzentrizität der Abschnitte des geteilten Laufringes aufrechtzuerhalten.
Vorzugsweise sind die Mittel, welche die Abschnitte des geteilten Laufringes verbinden, in einer berührungsfreien Zone des Laufringes angeordnet. Die berührungsfreie Zone des Laufringes kann definiert werden durch den Tragwinkel des Wälzkörpers in der Laufringführung. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beträgt der Tragwinkel der Wälzkörper 12º jeweils auf beiden Seiten, gerechnet vom Grund der Laufringführung.
Der Laufring kann in zwei Abschnitte aufgeteilt sein. Die beiden Abschnitte des Laufringes können durch gekrümmte Zähne, eine radiale Keilverzahnung oder Dübelstifte, die in Schlitzen liegen, miteinander verbunden sein.
Ein Laufring dieser Ausbildung ist gegenüber axialen Belastungen in beiden Richtungen unempfindlich.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann ein Lageraufbau mit einem geteilten Laufring mit einer Ölzuführung versehen sein, um den Lageraufbau zu schmieren und zu kühlen.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Lageraufbaus gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs A gemäß Fig. 1.
Gemäß Fig. 1 trägt ein Lageraufbau 14 eine Welle 10. Der Lageraufbau besteht aus einem äußeren Laufring 16 und einem inneren Laufring 18, die jeweils mit Laufrillen 15 bzw. 17 ausgestattet sind, auf denen Wälzkörper 13 ablaufen. Die Wälzkörper 13 gemäß der Erfindung können Kugeln sein und jedes Kugellager ist von dem benachbarten Kugellager durch einen Lagerkäfig 12 getrennt.
Der äußere Laufring 16 ist einstückig ausgebildet, während der innere Laufring 18 in zwei Abschnitte 19 und 20 geteilt ist. Der Abschnitt 20 des inneren Laufringes besitzt eine größere Breite als der Abschnitt 19. Die Breite des Abschnitts 20 ist vergrößert, um als Wärmesenke zu dienen und um einen größeren Anteil der Last von der Welle 10 abzustützen. Die beiden Abschnitte 19 und 20 des inneren Laufringes 18 sind durch gekrümmte Zähne 21 (Fig. 2) verbunden. Die beiden Abschnitte 19 und 20 des inneren Laufringes 18 liegen zwischen einem Flansch 11 auf der Welle 10 und einer Klemmringmutter 22, wodurch die gekrümmten Zähne 21 in Eingriff gehalten bleiben. Zwischen den beiden Abschnitten 19 und 20 des inneren Laufringes 18 und der Welle 10 besteht ein Festsitz.
Der Lageraufbau 14 wird durch Öl geschmiert. Das Öl dient auch zur Kühlung des inneren Laufringes 18, um die Aufrechterhaltung des Paßsitzes und die Konzentrizität des inneren Laufringes 18 gegenüber der Welle 10 zu unterstützen.
Im Betrieb verursacht eine rückwärtige axiale Belastung, daß der Vorderabschnitt 19 des inneren Laufringes 18 in Berührung mit dem Wälzkörper 13 kommt. Der Frontabschnitt 19 des inneren Laufringes 18 wird durch Berührung mit dem Wälzkörper 13 erhitzt. Die Erhitzung des Frontabschnitts 19 des inneren Laufringes 18 bewirkt eine Lockerung des Paßsitzes auf der Welle 10 trotz der Ölkühlung. Der Frontabschnitt 19 des inneren Laufringes 18 wächst radial unter der thermischen Ausdehnung, die durch die Berührungserhitzung des Wälzkörpers 13 verursacht wurde. Die gekrümmten Zähne 21, die die beiden Abschnitte 19 und 20 des inneren Laufringes 18 miteinander kuppeln, begrenzen jedoch die Bewegung des erhitzten Abschnitts 19. Eine Relativbewegung zwischen den beiden Abschnitten 19 und 20 wird begrenzt, um die beiden Abschnitte 19 und 20 konzentrisch zu halten.
Wenn sich die Axiallast umkehrt, kommt der innere Laufring 18 in Berührung mit der Lagerkugel 13. Der hintere Abschnitt 20 wird erhitzt und wächst radial infolge der thermischen Ausdehnung. Die gekrümmten Zähne 21 koppeln den erhitzten Abschnitt 20 mit dem vorderen Abschnitt 19 und begrenzen die Bewegung des erhitzten Abschnitts 20, so daß die Konzentrizität erhalten bleibt. Demgemäß wird eine Relativbewegung zwischen den Abschnitten 19 und 20 verhindert, wodurch die Vibration vermindert und die Lebensdauer des Lageraufbaus 14 und seine Integrität verbessert werden.
Durch Einstellung der Bewegung des ausgedehnten Abschnitts des geteilten Laufringes 18 durch Verbindung mit dem nicht ausgedehnten Abschnitt ist der Lageraufbau 14 gemäß der vorliegenden Erfindung unempfindlich gegenüber axialer Belastung in beiden Richtungen.
Für den Fachmann ist es klar, daß die Kopplung der beiden Hälften 19 und 20 des inneren Laufringes 18 vorzugsweise durch eine Bogenverzahnung 21 bewirkt wird. Auch andere Querkopplungs-Anordnungen können stattdessen benutzt werden. Beispielsweise können radiale Keilverzahnungen oder Dübelstifte, die in Schlitzen angeordnet sind, benutzt werden. Geeignete Querkopplungs-Anordnungen müssen so ausgebildet sein, daß sie in die berührungsfreie Zone des inneren Laufringes einpassen, die durch den Kugeltragwinkel gebildet ist. Nach dem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung beträgt der Kugeltragwinkel etwa 12º auf beiden Seiten des Grundes der Laufrille.
Die Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf einen Lageraufbau 14 beschrieben, der einen inneren geteilten Laufring 18 aufweist. Es ist jedoch auch möglich, den äußeren Laufring 16 zu teilen oder beide Laufringe 16 und 18 zu teilen. Die Laufringe 16 und 18 könnten in ungleiche Abschnitte derart geteilt werden, daß die Teilungslinie zwischen den Abschnitten in einem Bereich minimale Berührung mit den Wälzkörpern 13 liegt, um Abnutzung und Geräusch zu vermindern.

Claims

1. Geteilter Laufring (18) zum Einbau in einen Lageraufbau (14), wobei der geteilte Laufring (18) eine Laufrille (17) aufweist, in der im Betrieb mehrere Wälzkörper (13) laufen und wobei der geteilte Laufring (18) aus mehreren Abschnitten (19, 20) zusammengesetzt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Breite wenigstens eines Abschnitts (20) des Laufringes (18) größer ist als die Breite des anderen Abschnitts (19) des Laufringes (18), um die Wärme zu verteilen, die im Betrieb darin erzeugt wird und daß Mittel vorgesehen sind, um die Abschnitte (19, 20) des geteilten Laufringes miteinander zu verbinden und eine Relativbewegung dazwischen zu begrenzen und um die Konzentrizität der Abschnitte (19, 20) des geteilten Laufringes (18) aufrechtzuerhalten.

2. Geteilter Laufring (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (21), die die beiden Abschnitte (19, 20) des geteilten Laufringes (18) verbinden, in einer berührungsfreien Zone des geteilten Laufringes (18) angeordnet sind.

3. Geteilter Laufring (18) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die berührungsfreie Zone des Laufringes (18) durch den Tragwinkel der Wälzkörper (13) in der Laufrille (17) definiert ist.

4. Geteilter Laufring (18) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragwinkel der Wälzkörper (13) 12º auf jeder Seite des Grundes der Laufrille (17) beträgt.

5. Geteilter Laufring (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (21), die die Abschnitte (19, 20) des geteilten Laufringes (18) verbinden, bogenförmige Zähne sind.

6. Geteilter Laufring (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (21), die die Abschnitte (19, 20) des geteilten Laufringes (18) verbinden, von einer radialen Keilverzahnung gebildet werden.

7. Geteilter Laufring (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (21) zur Verbindung der Abschnitte (19, 20) des geteilten Laufringes (18) von Dübelstiften gebildet werden, die in Schlitzen angeordnet sind.

8. Geteilter Laufring (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufring (18) in zwei Hälften (19, 20) aufgeteilt ist.

9. Geteilter Laufring (18) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hälfte des geteilten Laufringes (18) sich in der Breite ändert.

10. Lageraufbau (14), dadurch gekennzeichnet, daß das Lager einen geteilten Laufring (18) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.

11. Lageraufbau (14) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ölzuführung vorgesehen ist, um den Lageraufbau (14) zu schmieren und zu kühlen.