DE69719462T2

DE69719462T2 - Lagervorrichtung

Info

Publication number: DE69719462T2
Application number: DE69719462T
Authority: DE
Inventors: Roland Duval
Original assignee: Timken Co
Current assignee: Timken Co
Priority date: 1996-11-06
Filing date: 1997-11-04
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2017-11-05
Also published as: ATE233869T1; EP0844409A3; DE69719462D1; US5887984A; EP0844409B1; GB9623126D0; EP0844409A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Lageraufbau, und insbesondere auf einen Lageraufbau, der geeignet ist zum Bereitstellen einer vorbelasteten, selbstabdichtenden, entfernbaren und wiedereinsetzbaren Lagereinheit, die dazu ausgelegt ist, unter Axiallasten zu arbeiten.
In herkömmlichen Lageraufbauten, die dazu ausgelegt sind, unter Axiallasten mit einer rotierenden Welle zu arbeiten, sind die Lageraufbauten im allgemeinen mit einem inneren und radialen Spalt montiert. Die äußeren Ringe sind im allgemeinen mit einem in radialer Richtung losen Sitz in dem Gehäuse derart montiert, um keinerlei radiale Belastung auf das Lager zu übertragen, während der innere Laufring fest auf der Welle montiert ist, um relativ zu dem Gehäuse zu rotieren. Zwischen dem inneren und äußeren Laufring sind massive Wälzelemente vorgesehen, die variierenden Beträgen von Schrägstellung in jeglicher unbelasteten Lagerreihe unterworfen sein werden, in Abhängigkeit von dem Betrag des radialen Spalts in dem Lageraufbau. Schrägstellung führt oftmals dazu, dass der Ölfilm zwischen den Wälzelementen und ihren entsprechenden Laufringen unterbrochen wird. Dies wiederum kann dazu führen, dass ein Metall-zu-Metall-Kontakt entsteht, was verursachen wird, dass der Lageraufbau schneller abgenutzt wird als dies andernfalls der Fall wäre.
US 5,536,090 offenbart einen Lageraufbau zum Einbau in ein Gehäuse, wobei der Lageraufbau mindestens eine Lagerreihe aufweist, die einen inneren Laufring, einen äußeren Laufring und eine Vielzahl von dazwischen gelegenen Wälzelementen aufweist, wobei der Lageraufbau weiter eine Einrichtung aufweist, die eine relative Axialbewegung zwischen dem Gehäuse und mindestens einem äußeren Laufring ermöglicht, jedoch eine relative Bewegung in Umfangsrichtung zwischen dem Gehäuse und dem mindestens einen äußeren Laufring verhindert; und eine Dichtung, die an einem oder beiden Enden des Lageraufbaus vorgesehen ist, wobei die Dichtung eine Betätigungseinrichtung zum Eingreifen in einen oder beide eines jeweiligen äußeren Laufrings und inneren Laufrings besitzt, worin die Betätigungseinrichtung eine relative Axialbewegung zwischen der Dichtung und dem jeweiligen äußeren Laufring, dem inneren Laufring oder beiden erlaubt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung schließt die Eingriffseinrichtung eine axial vorspannende oder vorbelastende Einrichtung ein, die von dem Lageraufbau weg vorgespannt ist, an einem oder beiden Enden des Lageraufbaus.
Wenn der Lageraufbau in ein Gehäuse montiert ist, kann die oder jede Vorspanneinrichtung entgegen einer axial zugewandten Fläche des Gehäuses wirken, bevorzugt über die oder jede Dichtung, und kann somit derart wirken, um eine Lagerreihe des Lageraufbaus in korrektem Sitz zu halten, selbst wenn dieser entlastet ist. Durch Aufrechterhalten jeglicher entlasteter Lagerreihen in korrektem Sitz während des Betriebes des Lageraufbaus wird ein Schrägstellen der entlasteten Lagerreihe verhindert; Schrägstellung kann zu einem Versagen der Schmierung zwischen Wälzelementen und Laufringen führen, was zu einem Metall-zu-Metall-Kontakt und somit zu einem frühen Verschleiß der Lagerreihe führen wird. Es ist daher vorteilhaft, wenn derartige Schrägstellung vermieden werden kann. Die oder jede Vorspanneinrichtung kann derart wirken, um eine Vorlast auf den Lageraufbau aufzubringen, wodurch eine Schrägstellung jeglicher entlasteter Lagerreihen verhindert wird.
Der Lageraufbau ist bevorzugt dazu ausgelegt, unter einer reinen Axialbelastung zu arbeiten und insbesondere unter Umständen, die große Axialbelastungen mit sich bringen, wie sie in Walzmühlen angetroffen werden. Unter diesen Umständen kann der Lageraufbau beispielsweise die Form eines winkeligen Kontaktkugellagers, eines sphärischen Axiallageraufbaus oder eines Kegelrollenlagers einnehmen. Es ist vorteilhaft für den Lageraufbau, dazu ausgelegt zu sein, unter reiner Axialbelastung zu arbeiten, da es in dieser Situation keine Betätigung zwischen der radialen äußeren Fläche des Lageraufbaus und der benachbarten radialen inneren Fläche des Gehäuses geben muss, was die Freiheit axialer Bewegung des oder der äußeren Laufringe des Lageraufbaus verringern könnte.
Um den Lageraufbau abzudichten, ist eine Dichtung an einem oder beiden Enden des Lageraufbaus vorgesehen. Idealerweise kann die Dichtung eine einzelne, ringförmige Komponente sein, die ein statisches, radial äußeres Dichtungselement in einer äußeren Umfangskantenregion der Dichtung, und ein dynamisches, inneres Dichtungselement in einer radial inneren Kantenregion der Dichtung besitzt. Auf diese Weise werden zwei getrennte Dichtungsfunktionen durch eine einzelne Komponente erfüllt. Die Betätigungseinrichtung erlaubt bevorzugt eine relative Axialbewegung zwischen ihrer jeweiligen Lagerreihe und dem statischen Dichtungselement. Die Betätigungseinrichtung kann die Dichtung an dem Lageraufbau lösbar befestigen, oder alternativ kann die Betätigungseinrichtung lediglich einen losen Sitz auf dem Lageraufbau bereitstellen. Auf diese Weise kann der Lageraufbau als eine einzelne Einheit verkauft und montiert werden. Wenn die oder jede Dichtung an dem äußeren Laufring angebracht sind, ist die Betätigungseinrichtung derart angeordnet, um eine relative Axialbewegung zwischen dem äußeren Laufring und der oder jeder Dichtung zu ermöglichen. Auf diese Weise, wenn der Lageraufbau in einem Gehäuse montiert wird, kann das statische Dichtungselement im wesentlichen statisch in bezug auf das Gehäuse bleiben, während der äußere Laufring sich in bezug auf das Gehäuse und das Dichtungselement in einer axialen Richtung bewegen kann, um beispielsweise wechselnde Axiallasten zu absorbieren, die auf den Lageraufbau übertragen werden. Sicherzustellen, dass das statische Dichtungselement im wesentlichen statisch in bezug auf das Gehäuse ungeachtet jeglicher Bewegung des äußeren Laufringes verbleibt, ist vorteilhaft, da die Effektivität eines statischen Dichtungselements beeinträchtigt wird, sofern dieses nicht tatsächlich statisch in bezug auf die Oberfläche bleibt, die diese abdichtet.
Wenn der Lageraufbau eine axiale Vorspanneinrichtung und eine an demselben Ende gelegene Dichtung einschließt, ist die axiale Vorspanneinrichtung bevorzugt zwischen dem äußeren Laufring und der Dichtung gelegen und wirkt derart, um die Dichtung weg von dem äußeren Laufring vorzuspannen. Bevorzugt sind eine Vorspanneinrichtung und eine Dichtung an beiden Enden des Lageraufbaus vorgesehen. Durch diese Anordnung können die gegenüberliegenden Dichtungen axial nach außen gegen das Gehäuse in statischer Beziehung hierzu vorgespannt werden, während der äußere Laufring begrenzte Freiheit einer axialen Bewegung zwischen den Dichtungen, relativ zu dem Gehäuse und den Dichtungen besitzt. In dieser Anordnung fährt die Vorspanneinrichtung fort, gegen eine axial zugewandte Fläche des Gehäuses zu wirken, ungeachtet dessen, dass die Wirkung über die Dichtung erfolgt. Der Lageraufbau kann ein zweireihiger Kegelaufbau sein, der einen doppelten inneren Laufring und ein Paar äußere Ringe, welche den äußeren Laufring bilden, besitzt, wobei der Lageraufbau derart angeordnet ist, dass die Enden größeren Durchmessers der Kegelrollen axial nach innen zu dem axialen Zentrum des Lageraufbaus zugewandt sind. Auf diese Weise wirkt jede Vorspanneinrichtung derart, um ihre entsprechende Lagerreihe von innerem Laufring, äußerem Ring und Kegelrollen vorzubelasten.
Das statische Dichtungselement weist bevorzugt eine flexible axiale Lippe auf, die axial ausgerichtet ist und gegenüber einer axial ausgerichteten Fläche des Gehäuses abdichtet. Dies ist vorteilhaft, da dies ermöglicht, dass die Vorspanneinrichtung die flexible axiale Lippe positiv gegen die abzudichtende Oberfläche klemmt. Das statische Dichtungselement kann weiter eine flexible radiale Lippe aufweisen, die eine sekundäre Dichtungswirkung bereitstellen kann. Darüber hinaus kann die Dichtung bzw. können die Dichtungen weiter einen kreisförmigen, nach außen hervorstehenden Grat aufweisen. Dieser Grat kann eine zusätzliche Barriere gegen Kontaminanten bereitstellen, insbesondere wenn ein Verriegelungsstift für den äußeren Laufring verwendet wird, um den äußeren Laufring in einer festen Position in Umfangsrichtung relativ zu dem Gehäuse zu verriegeln. Bevorzugt ist die oder jede Dichtung ähnlich zu der in der ebenfalls anhängigen, im Namen des vorliegenden Anmelders eingereichten Europäischen Patentanmeldung Nr. EP-A-0 737 821 beschriebenen. In diesem Falle ist die Dichtung jedoch durch Weglassen der Befestigungseinrichtung ausgelegt, beispielsweise in der Form einer inneren Schulter, die an dem äußeren Laufring auf eine Weise angebracht ist, die eine relative Axialbewegung zwischen der Dichtung und dem Lageraufbau verhindert oder begrenzt. Auf diese Weise können die zahlreichen Vorteile der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, zusammen mit den durch die in EP-A-0 737 821 beschriebene Dichtung bereitgestellten Vorteilen erzielt werden.
Um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, werden nachfolgend Ausführungsformen davon lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beschrieben, in denen:
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Lageraufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung, welche den Lageraufbau im eingebauten Zustand zeigt;
2 ist eine Ansicht ähnlich zu 1, welche einen weiteren Lageraufbau gemäß der vorliegenden Erfindung im korrekt eingebauten Zustand zeigt;
3 ist eine Ansicht ähnlich zu 1 und 2, welche einen weiteren Lageraufbau gemäß der vorliegenden Erfindung im korrekt montierten und verriegelten Zustand zeigt; und
4 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche den Verriegelungsmechanismus aus 3 ausführlicher zeigt.
Der in 1 gezeigte Lageraufbau weist einen inneren Laufring 10, einen äußeren Laufring in der Form eines Paares äußerer Ringe 12, 13 und Wälzelemente in der Form von Kegelwälzelementen 14, 15 auf. Der innere Laufring 10 ist fest auf einer Welle 2 montiert, während die äußeren Ringe 12, 13 innerhalb des Gehäuses 1 auf solche Weise montiert sind, die eine begrenzte, relative Axialbewegung zwischen dem Gehäuse 1 und den äußeren Ringen 12, 13 erlaubt. Der radiale Spalt 11 zwischen den äußeren Ringen 12, 13 und dem Gehäuse 1 wurde zum Zwecke der Klarheit vergrößert. In Wirklichkeit wäre der radiale Spalt 11 sehr viel kleiner als er in den Figuren erscheint. Jeder äußere Ring 12, 13 schließt eine axiale Vorspanneinrichtung in der Form einer Vielzahl axialer Federsysteme 22, 23 ein. Jedes axiale Federsystem 22, 23 kann an einer Dichtung 30 mittels einer geeigneten Dichtungsbefestigungseinrichtung (nicht gezeigt) befestigt sein. Es gibt einen kleinen Raum zwischen jeder Dichtung 30 und der Fläche ihres jeweiligen äußeren Rings 12, 13, wie in den Figuren gezeigt, obwohl der Raum in Wirklichkeit sehr viel kleiner sein wird als er erscheint. Jede Dichtung 30 ist bevorzugt im wesentlichen wie in der ebenfalls anhängigen Europäischen Patentanmeldung Nr. EP-A-0 737 821 beschrieben, die im Namen des vorliegenden Anmelders eingereicht ist. Im Unterschied zu der in EP-A-0 737 821 beschriebenen Dichtung schließt das äußere statische Dichtungselement bevorzugt nicht einen Grat zum Eingreifen in Rillen ein, die herkömmlicherweise in dem radial nach außen zugewandten Schulterabschnitt 12a, 13a der jeweiligen äußeren Ringe 12, 13 vorgesehen sind. Auf diese weise wird die Einrichtung zum Verhindern relativer Axialbewegung zwischen der Dichtung 30 und dem äußeren Ring weggelassen.
Jede Dichtung 30 besitzt ein im wesentlichen steifes Gehäuse 32, das beispielsweise aus Stahl hergestellt ist, das im allgemeinen eben und ringförmig ist, um zu ermöglichen, dass die Dichtung 30 um die Welle 2 herum angeordnet wird. Auf der axial nach außen zugewandten Fläche des Gehäuses 32 ist eine Beschichtung 31 aus Gummi oder einem anderen ähnlichen elastischen Material vorgesehen. Axial nach außen hervorstehend von der Dichtung ist ein kleiner Dichtungsgrat 38, der einen kontinuierlichen, kreisförmigen Dichtungsgrat auf der axial äußeren Fläche der Dichtung 30 definieren kann. Auf der radial inneren Kante der Dichtung 30 ist ein dynamisches Dichtungselement 39 vorgesehen, und auf der radial äußeren Kante der Dichtung 30 ein statisches Dichtungselement 40.
Das dynamische Dichtungselement 39 besitzt zwei Dichtungslippen 39a, 39b, von denen eine bevorzugt aus Gummi oder einem anderen, ähnlichen elastischen Material hergestellt ist, und die andere 39b ist bevorzugt eine elastohydro-dynamische (EHD) Lippe des Typs, die ausführlich in EP 0 304 160 beschrieben ist.
Das statische Dichtungselement kann ebenso zwei Dichtungslippen 35, 36 (wie an der Dichtung links in 1 gezeigt) einschließen, oder sie kann lediglich eine Lippe 35 einschließen. Beide Lippen 35, 36 sind aus Gummi oder einem anderen, ähnlichen elastischen Material hergestellt, und eine Lippe 35 erstreckt sich radial nach oben und axial nach außen, um gegenüber einer axial zugewandten Fläche des Gehäuses 1, 1a abzudichten. Die andere Lippe 36 erstreckt sich radial nach außen, um zumindest teilweise gegenüber einer radial nach innen zugewandten Fläche des Hauptteils 1 des Gehäuses abzudichten. Diese zusätzliche radiale Lippe 36 ist optional (und ist daher an der Dichtung 30 rechts in 1 nicht gezeigt).
Vorspanneinrichtungen in der Form einer Vielzahl von Federn 22, 23 sind in kleinen, sich axial erstreckenden Taschen vorgesehen, die in den äußeren Ringen 12, 13 gebildet sind. Die Federn 22, 23 wirken zwischen den Dichtungen 30 und den jeweiligen äußeren Ringen 12, 13.
Um den Lageraufbau von 1 zu montieren, ist es zuerst notwendig, den Aufbau in dem Gehäuse zu montieren. Danach wird ein Verriegelungselement 1a, das im wesentlichen einen Teil des Gehäuses 1, 1a bildet, in oder gegen den Hauptteil 1 des Gehäuses eingeschraubt oder auf andere Weise verklemmt, wie es in 2 gezeigt ist. Eine komprimierbare Dichtung 50 oder irgendeine andere geeignete Dichtungsvorrichtung ist zwischen dem Verriegelungselement 1a und dem Hauptteil 1 des Gehäuses vorgesehen, wo diese zwei Bauteile axial aneinander anliegen. Diese Dichtung 50 stellt den axialen Spalt bereit und daher den notwendigen radialen Spalt in dem Lageraufbau, um während des Gebrauchs einwandfrei zu arbeiten. Dieser axiale Spalt wird ebenso ermöglichen, dass das Federsystem arbeitet. Wenn der Lageraufbau durch das Verriegelungselement 1a in Position geklemmt ist, drücken die Federn 22, 23 die Dichtungen 30 in enger Dichtungsbetätigung mit dem Gehäuse 1, 1a. Geringe Axialbewegungen der äußeren Ringe 12, 13 (in der Größenordnung weniger Zehntel Millimeter – d. h. innerhalb des Bereichs 0,1 bis 1 mm) können mit dieser Anordnung zugelassen werden. Diese geringen Axialbewegungen beeinträchtigen dennoch nicht die Betätigung der Dichtungen 30 an dem Gehäuse 1, 1a mittels der Vorspanneinrichtungen 22, 23. Wenn der innere Laufring 10 sich anfänglich in einem losen Sitz befindet, wird, um diesen fest in seinem Platz auf der Welle 2 während des Gebrauchs zu halten, ein Verriegelungsstift 52 für den inneren Ring fest auf der Welle montiert.
3 zeigt einen der äußeren Ringe 12, der rotierend an dem Verriegelungselement 1a mittels eines Verriegelungsstifts 54 befestigt ist. Ein Verriegelungsstift kann ebenso auf ähnliche Weise zwischen dem äußeren Ring 13 und dem Hauptteil 1 des Gehäuses verwendet werden. Um eine gute Abdichtung bei Verwendung eines Verriegelungsstiftes aufrechtzuerhalten, wird zu beachten sein, dass der Dichtungsgrat 38 (vollständig zusammengedrückt in 3) benachbart, jedoch radial nach innen von dem Verriegelungsstift 54 gelegen ist (d. h. unterhalb des Verriegelungsstifts 54 wie in 3 gezeigt). Darüber hinaus ist ein zusätzliches, ringförmiges Dichtungselement 56 innerhalb der Dichtung 30 vorgesehen, wo der Verriegelungsstift durch die Dichtung 30 passiert. Dies ist in 4 deutlicher zu sehen.
Obwohl die Erfindung in besonderer Weise in bezug auf einen Kegelrollenlageraufbau beschrieben worden ist, wird verständlich sein, dass sie gleichermaßen auf andere Formen von Lageraufbauten anwendbar ist.

Claims

Lageraufbau zum Montieren in einem Gehäuse (1), wobei der Lageraufbau mindestens eine Lagerreihe aufweist, die einen inneren Laufring (10), einen äußeren Laufring (12, 13) und eine Vielzahl von dazwischen gelegenen Wälzelementen (14, 15) aufweist, wobei der Lageraufbau weiter aufweist eine Einrichtung (54), die eine relative Axialbewegung zwischen dem Gehäuse (1) und mindestens einem äußeren Laufring (12, 13) erlaubt, jedoch relative Bewegung in Umfangsrichtung zwischen dem Gehäuse (1) und dem mindestens einen äußeren Laufring (12, 13) verhindert; und eine Dichtung (30), die an einem oder beiden Enden des Lageraufbaus vorgesehen ist, wobei der Lageraufbau weiter eine Betätigungseinrichtung besitzt, die in einem eines jeweiligen äußeren Laufringes (12, 13) und eines jeweiligen inneren Laufringes (10) zum Betätigen der Dichtung vorgesehen ist, worin die Betätigungseinrichtung eine relative Axialbewegung zwischen der Dichtung (30) und dem jeweiligen äußeren Laufring (12, 13), inneren Laufring (10) oder beiden ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung eine axiale Vorspann- oder Vorbelastungseinrichtung (22, 23) aufweist, die von dem Lageraufbau weg vorgespannt ist, an einem oder beiden Enden des Lageraufbaus.
Lageraufbau nach Anspruch 1, worin, wenn der Lageraufbau in ein Gehäuse (1) montiert ist, die oder jede Vorspanneinrichtung (22, 23) gegen eine axial zugewandte Fläche des Gehäuses wirkt, über die oder jede Dichtung (30).
Lageraufbau nach Anspruch 2, worin die oder jede axiale Vorspanneinrichtung (22, 23) zwischen dem äußeren Laufring (12, 13) und der Dichtung (30), die an demselben Ende wie die axiale Vorspanneinrichtung (22, 23) gelegen ist, gelegen ist, wobei die Vorspanneinrichtung derart wirkt, um die Dichtung weg von dem äußeren Laufring vorzuspannen.
Lageraufbau nach Anspruch 2 oder 3, worin die oder jede Vorspanneinrichtung (22, 23) eine Anzahl von Federn (22, 23) aufweist, die jeweils innerhalb einer von einer Anzahl von Taschen angeordnet sind, die unter Winkelintervallen um den äußeren Laufring (12, 13) herum beabstandet sind.
Lageraufbau nach Anspruch 4, worin eine Vorspanneinrichtung (22, 23) und eine Dichtung (30) an beiden Enden des Lageraufbaus vorgesehen sind, wodurch die gegenüberliegenden Dichtungen (30) axial nach außen gegen das Gehäuse (1) in statischer Beziehung hierzu vorgespannt sind, während der äußere Laufring (12, 13) eine begrenzte Freiheit der Bewegung axial zwischen den Dichtungen (30), relativ zu dem Gehäuse (1) und den Dichtungen (30), besitzt.
Lageraufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die oder jede Dichtung (30) ein einzelnes, ringförmiges Bauteil ist, das ein statisches, radial äußeres Dichtungselement (40) auf einer äußeren Umfangskantenregion der Dichtung und ein dynamisches, inneres Dichtungselement (39) auf einer radial inneren Kantenregion der Dichtung (30) besitzt.
Lageraufbau nach Anspruch 6, worin das statische Dichtungselement (40) eine flexible axiale Lippe (35) aufweist, die axial ausgerichtet ist und gegenüber einer axial ausgerichteten Fläche des Gehäuses abdichtet.
Lageraufbau nach Anspruch 7, worin das statische Dichtungselement (40) weiter eine flexible radiale Lippe (36) aufweist, die eine sekundäre Dichtungswirkung bereitstellen kann.
Lageraufbau nach Anspruch 8, worin die oder jede Dichtung (30) weiter einen kreisförmigen, axial nach außen hervorstehenden Grat (38) zur Betätigung des Gehäuses (1) aufweist.
Lageraufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin der Lageraufbau ein zweireihiges Kegellager ist, das einen doppelten inneren Laufring (10) und ein Paar äußere Ringe (12, 13), welche den äußeren Laufring bilden, besitzt, wobei der Aufbau derart angeordnet ist, dass der größere Durchmesser der Kegelrollen (14, 15) axial nach innen zu dem axialen Zentrum des Lageraufbaus zugewandt sind.
Lageraufbau nach einem der Ansprüche 5 bis 10, worin die Betätigungseinrichtung eine relative Axialbewegung zwischen ihren jeweiligen Lagerreihen und dem statischen Dichtungselement (40) erlaubt, das im wesentlichen statisch in bezug auf das Gehäuse (1) bleibt.
Lageraufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin die Betätigungseinrichtung die Dichtung (30) lösbar an dem Lageraufbau befestigt.
Lageraufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin die Betätigungseinrichtung einen losen Sitz auf dem Lageraufbau bereitstellt.