EP2225476A2 - Lagerstelle umfassend ein radialwälzlager mit trennfuge im aussenring - Google Patents

Lagerstelle umfassend ein radialwälzlager mit trennfuge im aussenring

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Publication number
EP2225476A2
EP2225476A2 EP08864878A EP08864878A EP2225476A2 EP 2225476 A2 EP2225476 A2 EP 2225476A2 EP 08864878 A EP08864878 A EP 08864878A EP 08864878 A EP08864878 A EP 08864878A EP 2225476 A2 EP2225476 A2 EP 2225476A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bearing
outer ring
radial
parting line
bearing according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08864878A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Henri Van Der Knokke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP2225476A2 publication Critical patent/EP2225476A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C43/00—Assembling bearings
    • F16C43/04—Assembling rolling-contact bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/60—Raceways; Race rings divided or split, e.g. comprising two juxtaposed rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/64—Special methods of manufacture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/40—Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
    • F16C2240/70—Diameters; Radii
    • F16C2240/80—Pitch circle diameters [PCD]
    • F16C2240/82—Degree of filling, i.e. sum of diameters of rolling elements in relation to PCD
    • F16C2240/84—Degree of filling, i.e. sum of diameters of rolling elements in relation to PCD with full complement of balls or rollers, i.e. sum of clearances less than diameter of one rolling element

Definitions

  • Bearing point comprising a radial roller bearing with parting line in the outer ring
  • the invention relates to a bearing for supporting a rotating workpiece in a bearing receptacle comprising a radial roller bearing with an outer raceway having an inner ring, with an inner raceway having outer ring, and with a plurality of rolling elements which roll on the inner and outer raceway.
  • the invention further relates to a method for producing an outer ring of a radial roller bearing for a bearing point according to the invention.
  • An optimum operating condition of a roller bearing is present when the rolling elements roll on the raceways of the outer and inner rings, without causing the rolling elements to slide over one or both raceways.
  • the bearing prevailing in operation may Stress, so the force acting without external load between the inner and outer ring, not too big. The occurring during operation game in bearings (operating clearance) may not be too small.
  • radial roller bearings In the case of radial roller bearings, during operation a specific clearance in the radial direction must be present in order to avoid excessive radial bearing preload. In order to ensure this, radial roller bearings must already have a correspondingly large so-called radial bearing clearance (radial clearance) when not installed.
  • the radial clearance corresponds to the distance that the outer ring can move in the non-installed state relative to the inner ring from one end position to the opposite end position.
  • DIN 620-4 there are groups C2, CN, C3, C4 and C5 for the radial internal clearance and these are given in tables for the different radial rolling bearing types.
  • the group CN corresponds to the so-called normal air and is used in rolling bearings without any special requirements.
  • Groups C3 - C5 have a larger radial clearance compared to normal air.
  • the group C2 has a lower radial clearance than the normal air.
  • the selection of the radial clearance must take into account all factors which have an influence on the operating cycle.
  • the selection of the radial clearance occurs e.g. taking into account whether by a press fit of inner and / or outer ring a reduction of the radial clearance already after the installation of the bearing (bearing clearance) arises.
  • the selection of radial clearance is still largely determined by the temperature conditions prevailing during operation. During operation, heat is generated in the bearing due to the friction between the rolling elements and the raceways. As a rule, the cooling conditions on the inner ring are worse than on the outer ring, so that a temperature gradient arises from the inner to the outer ring. The resulting differential thermal expansion causes the resulting operating clearance is smaller than the bearing clearance. There is thus a risk that the bias in the camp too becomes large and the consequent increased surface pressure leads to premature bearing failure (hot running).
  • a radial air is often selected, especially in fast-rotating bearings, which is greater than the normal air (for example, radial clearance C3 to DIN 620-4).
  • the radial clearance must be chosen so large that the most unfavorable temperature conditions that are ever possible during operation are taken into account, since hot running in any case must be ruled out. This in turn has the consequence that the play of a radial rolling bearing in the radial direction during normal operation, so if the worst temperature conditions are not present, is greater than necessary.
  • an excessive play in the radial direction involves the risk that, in particular at low radial load, a (partial) sliding of the rolling elements over one or both tracks occurs (slip).
  • Slip occurs when the forces transmitted in the radial direction between inner and outer ring are not large enough to cause a sufficiently large frictional force between the rolling elements and the raceways, so that the rolling elements roll on the raceways.
  • the transmitted between inner and outer ring forces can be applied by an external load and / or by a bias of the bearing.
  • the invention has for its object to provide a bearing for supporting a rotating workpiece in a bearing receptacle comprising a radial rolling bearing, which excludes hot running of the radial roller bearing and thereby reduces the risk of slipping in a simple and cost-effective manner.
  • a bearing for supporting a rotating workpiece in a bearing receptacle comprising a radial roller bearing with an outer raceway having an inner ring, with an inner raceway having outer ring, and with a plurality of rolling elements which roll on the inner and outer raceway , in which
  • the outer ring has a parting line extending over its axial extent
  • the radial roller bearing has a radial Lagerervor- voltage when installed and
  • the bearing seat is designed such that the located in the bearing seat outer ring can expand when applying a radially outward acting force.
  • the object is further achieved by a method for producing an outer ring of a radial roller bearing for a bearing point according to the invention, comprising the following steps:
  • the invention is based on the finding that by the inventive bearing both a suppression of slippage and avoiding hot running is made possible by the radial rolling bearing always has a minimum biasing force on the one hand and on the other hand, the biasing force can not be increased in operation so far that a Hot running would occur.
  • the rolling bearing is designed taking into account the tolerances of the bearing and the rotating workpiece such that after installation results in a radial bearing preload.
  • the rolling bearing in the disassembled state quite a bearing clearance equal to or greater than the normal air according to DIN 620-4 have, as long as the installation in the bearing by pressing fits on the inner and / or outer ring results in a radial biasing force. Due to this biasing force no slip occurs even if no or only a very small radial load acts on the radial roller bearing from the outside.
  • the corresponding design of the bearing can be used e.g. be made by a clearance fit between the bearing seat and outer ring or by a soft radially in the radial bearing mount, which allows a certain deformation as soon as the outer ring is acted upon by a force acting in the radial outward direction.
  • Mass moment of inertia of the rolling elements and the cage (bearing set), the acceleration forces acting on the radial rolling bearing, and the mi- nimal occurring radial load depends. It is true that a larger mass moment of inertia of the bearing set, especially in conjunction with higher acceleration forces, requires a larger preload force. If, in each operating state, a certain minimum radial load can be expected from the outside, a reduction in the otherwise necessary preload force is possible on the other hand. In principle, the preload forces necessary for slip prevention need only be so great that sufficient frictional forces are generated between the rolling elements and the raceways.
  • An advantage of the bearing according to the invention is that it can be mounted in a very simple manner. This already existing standard assembly tools can be used. Furthermore, the manufacture of the radial roller bearing does not require any significant changes to existing production processes. Thus, the rolling elements or the inner ring are standard components. The parting line in the outer ring can be easily and inexpensively manufactured by a single step.
  • the bearing receptacle relative to the outer ring on a radial clearance fit.
  • This form of embodiment of the bearing support to allow expansion of the located in the bearing seat outer ring when applying a force acting in the radial direction represents a simple and very effective solution.
  • To expand the outer ring is - to the concern of the outer ring on the Inner lateral surface of the bearing support - no additional force to overcome the deformation of the bearing support to overcome.
  • the size of the radial clearance may be e.g. are in the same order of magnitude as the radial play in a loose bearing within a FestVLoslagerung combination.
  • the radial Rolling a split outer ring.
  • an outer ring can first be manufactured in a conventional manner and then separated. If the cutting is carried out as a last step, the effects on the outer ring production are the least.
  • the radial rolling bearing on a blasted outer ring Since the blasting of outside rings is already practiced, e.g. in cross roller bearings, the blasting of the axially extending parting line according to the invention can be easily integrated into the manufacturing process. The blasting does not result in any heating of the outer ring, so that this method can be carried out as a last working step without the risk of adversely affecting fits or raceways. It is also advantageous that no open gap is created by the blasting, as is the case, for example, with a cutting by wire erosion.
  • the longitudinal direction of the parting line runs essentially parallel to a rotation axis of the outer ring.
  • the length of the parting line thus substantially corresponds to the axial extent of the outer ring and thus has the shortest possible length.
  • the longitudinal direction of the parting line extends substantially at an angle to a rotational axis of the outer ring.
  • the rolling over of the parting line or the withdrawn raceway section takes place more gently in this case, since not the complete parting line is suddenly overrun.
  • the parting line extends at an angle of about 5 to 25 degrees to the rotating pocket of the outer ring. Much larger angles have the disadvantage that the stability of the outer ring is reduced.
  • the course of the parting line in the radial direction at an angle to the axis of rotation of the outer ring ie the parting line in the radial direction does not follow the shortest route through the outer ring.
  • the inner race of the outer ring in a region comprising the parting line withdrawn.
  • Such reductions in the area of a parting line are already carried out in the case of blown rings.
  • the return may comprise a larger area of the track around the parting line, in which the track diameter increases in the circumferential direction from both sides to the parting line.
  • the raceway diameter in the region of the parting line may be ground at least 5 microns larger over part of the circumference.
  • the radial rolling bearing is a radial roller bearing, in particular a cylindrical roller bearing, tapered roller bearing or spherical roller bearing, or a radial ball bearing, in particular a deep groove ball bearing or angular contact ball bearing.
  • the invention can be used in all bearings that have rolling bearings for transmitting radial forces. Due to the lower stiffness of their rolling elements, the radial clearance of radial roller bearings is usually greater than the radial clearance of radial ball bearings. Consequently, the risk of slippage in radial roller bearings is generally greater than the risk of slippage in radial ball bearings and an application of the present invention to radial roller bearings particularly useful.
  • the inventive method for producing an outer ring of a radial roller bearing which can be used in a bearing point according to the invention, comprises the steps - Formative production of a closed outer ring, and
  • the shaping production of the outer ring can include all the steps that also take place in the shaping production of a conventional outer ring.
  • the outer dimensions tolerances can already be made. This shaping production can therefore be identical to the shaping production of conventional outer rings.
  • the outer ring is hardened after the shaping production and before the separation. By curing a clean fracture surface or parting line is favored.
  • the outer ring is ground after curing. This gives the tracks their final surface.
  • the raceway diameter in the area of the parting line can be ground larger by at least 5 microns over part of the circumference.
  • the separation is carried out by a blasting of the outer ring. If the outer ring has been previously hardened, plastic deformation when applying the radial force for blasting is virtually eliminated.
  • the shaping manufacturing comprises the introduction of at least one notch in at least one of the end faces as a predetermined breaking point for the blasting.
  • the positioning of the parting line created by the blasting can be determined by the way in which the radial force is applied.
  • the parting line extend at an angle to the axis of rotation of the outer ring should, however, it is advantageous to specify the desired course (also) by a previously incorporated notch.
  • the bearing according to the invention can be used in particular in transmissions for wind turbines, calender bearings and cone crusher bearings.
  • Fig. 2 shows a blasted outer ring of a radial rolling bearing for a bearing according to the invention
  • Fig. 3 shows an embodiment of a bearing point according to the invention.
  • Fig. 1 shows a radial rolling bearing for a bearing according to the invention.
  • the radial roller bearing consists of an outer ring 1, an inner ring 2, and arranged between the outer ring 1 and the inner ring 2 rolling elements 3.
  • the radial roller bearing forms a cylindrical roller bearing, so that the rolling elements 3 consist of cylindrical rollers.
  • the outer ring 1 has a parting line 4 extending essentially in the axial direction of the outer ring. This is e.g. produced by wire erosion, so that already forms an open gap in the removed radial roller bearing.
  • Fig. 2 shows a blasted outer ring 1 of a radial rolling bearing for a inventive bearing.
  • the longitudinal direction of the parting line 4 extends in this case at an angle 5 relative to a rotation axis 6 of the rolling bearing.
  • Hg. 3 shows an embodiment of a bearing according to the invention.
  • the bearing includes a rolling bearing consisting of an outer ring 1, an inner ring 2, and arranged between the outer ring 1 and inner ring 2 rolling elements 3.
  • the outer ring has a parting line 4 and is at its outer diameter 7 by a clearance fit in the bearing of the storage bearing 8 fitted.
  • the inner ring 2 was pushed onto a shaft 9, in which case there is an interference fit.
  • the rolling elements 3 are guided by a cage, not shown.
  • the bearing according to the invention may also be designed to be full.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagerstelle zur Lagerung eines rotierenden Werkstücks in einer Lageraufnahme umfassend ein Radialwälzlager mit einem eine äußere Laufbahn aufweisenden Innenring, mit einem eine innere Laufbahn aufweisenden Außenring, sowie mit einer Vielzahl von Wälzkörpern, die sich auf der inneren und äußeren Laufbahn abrollen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Außenrings eines Radialwälzlagers für eine erfindungsgemäße Lagerstelle. Um ein Heißlaufen des Radialwälzlagers auszuschließen und dabei auf einfache und kostengünstige Weise die Schlupfgefahr zu vermindern, gilt für die erfindungsgemäße Lagerstelle, dass - der Außenring eine sich über seine axiale Ausdehnung erstreckende Trennfuge aufweist, - das Radialwälzlager im eingebauten Zustand eine radiale Lagervorspannung aufweist und - die Lageraufnahme derart ausgestaltet ist, dass sich der in der Lageraufnahme befindliche Außenring beim Aufbringen einer in radialer Richtung nach außen wirkenden Kraft aufweiten kann.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Lagerstelle umfassend ein Radialwälzlager mit Trennfuge im Außenring
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lagerstelle zur Lagerung eines rotierenden Werkstücks in einer Lageraufnahme umfassend ein Radialwälzlager mit einem eine äußere Laufbahn aufweisenden Innenring, mit einem eine innere Laufbahn aufweisenden Außenring, sowie mit einer Vielzahl von Wälzkörpern, die sich auf der inneren und äußeren Laufbahn abrollen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Außenrings eines Radialwälzlagers für eine erfindungsgemäße Lagerstelle.
Hintergrund der Erfindung
Ein optimaler Betriebszustand eines Wälzlagers liegt dann vor, wenn sich die Wälzkörper auf den Laufbahnen der Außen- und Innenringe abrollen, ohne dass es dabei zu einem Gleiten der Wälzkörper über eine oder beide Laufbahnen kommt. Damit das Abrollen der Wälzkörper keine zu großen Reibungsverluste verursacht, darf dabei die im Betrieb herrschende Lagervor- Spannung, also die ohne äußere Belastung zwischen Innen- und Außenring wirkende Kraft, nicht zu groß sein. Das im Betrieb auftretende Spiel im Wälzlager (Betriebsspiel) darf somit nicht zu klein sein.
Bei Radialwälzlagern muss dabei im Betrieb ein bestimmtes Spiel in radialer Richtung vorhanden sein, um eine zu hohe radiale Lagervorspannung zu vermeiden. Um dies zu gewährleisten, müssen Radialwälzlager bereits im nicht eingebauten Zustand eine entsprechend große so genannte radiale Lagerluft (Radialluft) aufweisen. Die Radialluft entspricht der Strecke, die sich der Außenring im nicht eingebauten Zustand gegenüber dem Innenring von einer Endposition zur gegenüberliegenden Endposition verschieben lässt. Nach der DIN 620-4 gibt es für die Radialluft die Gruppen C2, CN, C3, C4 und C5 und diese sind für die verschiedenen Radialwälzlagertypen in Tabellen wiedergegeben. Die Gruppe CN entspricht dabei der so genannten Normalluft und wird bei Wälzlagern ohne besondere Anforderungen eingesetzt. Die Gruppen C3 - C5 weisen eine gegenüber der Normalluft größere Radialluft auf. Die Gruppe C2 weist eine gegenüber der Normalluft geringere Radialluft auf. Damit das gewünschte Betriebsspiel eingehalten werden kann, muss die Auswahl der Radialluft alle Faktoren berücksichtigen, die ei- nen Einfluss auf das Betriebsspiel haben. So erfolgt die Auswahl der Radialluft z.B. unter Berücksichtigung, ob durch eine Presspassung von Innen- und/oder Außenring eine Verringerung des radialen Spiels bereits nach dem Einbau des Wälzlagers (Lagerspiel) entsteht.
Die Auswahl der Radialluft wird weiterhin wesentlich durch die im Betrieb herrschenden Temperaturverhältnisse bestimmt. Während des Betriebs entsteht im Lager aufgrund der Reibung zwischen den Wälzkörpern und den Laufbahnen Wärme. In der Regel sind die Abkühlungsverhältnisse am Innenring schlechter als am Außenring, so dass ein Temperaturgefälle vom Innen- zum Außenring entsteht. Die resultierende unterschiedliche Wärmedehnung bewirkt, dass das entstehende Betriebsspiel kleiner ist als das Lagerspiel. Es besteht somit die Gefahr, dass die Vorspannung im Lager zu groß wird und die daraus folgende erhöhte Flächenpressung zu einem frühzeitigem Lagerausfall führt (Heißlaufen).
Es ist daher bereits bei der Auswahl der Radialluft notwendig, die im Betrieb auftretenden Temperaturen zu berücksichtigen. Dementsprechend wird oftmals, insbesondere bei sich schnell drehenden Wälzlagern, eine Radialluft gewählt, die größer als die Normalluft ist (z.B. Radialluft C3 nach DIN 620-4). Die Radialluft muss dabei derart groß gewählt werden, dass die ungünstigsten im Betrieb jemals möglichen Temperaturverhältnisse berücksichtigt wer- den, da ein Heißlaufen auf jeden Fall ausgeschlossen werden muss. Dies wiederum hat zur Folge, dass das Spiel eines Radialwälzlagers in radialer Richtung während des normalen Betriebs, wenn also die ungünstigsten Temperaturverhältnisse nicht vorliegen, größer als notwendig ist.
Ein zu großes Spiel in radialer Richtung birgt allerdings die Gefahr, dass, insbesondere bei geringer radialer Belastung, ein (teilweises) Gleiten der Wälzkörper über eine oder beide Laufbahnen auftritt (Schlupf). Schlupf entsteht, wenn die in radialer Richtung zwischen Innen- und Außenring übertragenen Kräfte nicht groß genug sind, um eine ausreichend große Reibkraft zwischen den Wälzkörpern und den Laufbahnen zu bewirken, damit die Wälzkörper auf den Laufbahnen abrollen. Die zwischen Innen- und Außenring übertragenen Kräfte können durch eine äußere Belastung und/oder durch eine Vorspannung des Wälzlagers aufgebracht werden. Wenn das Wälzlager Spiel in radialer Richtung, d.h. keine Vorspannung, aufweist, be- steht somit bei geringer radialer Belastung eine hohe Schlupfgefahr.
Schlupf im Wälzlager ist für dessen Lebensdauer nachteilig. Zwar bildet sich zwischen den Wälzkörpern und den Laufbahnen, die gegenüber den Wälzkörpern eine Relativgeschwindigkeit aufweisen, ein Schmierfilm aus. Dieser kann sich jedoch schlagartig bei Drehzahlveränderungen oder Belastungsänderungen abbauen. Dabei entsteht, zumindest kurzzeitig, eine Mangelschmierung. Diese in Verbindung mit der Relativgeschwindigkeit zwischen den Wälzkörpern und der Laufbahn begünstigt bekanntlich Aufrauungen der Laufbahnen, Materialaufreißungen und Anschmierungen zumeist in Verbindung mit Mikropittings. Letztendlich ergibt sich ein verfrühter Lagerausfall.
Es ist bekannt, Außenringe von Wälzlagern durch Sprengen zu trennen. Dabei wird der Außenring, nachdem dieser in der Regel bereits fertig bearbeitet wurde, durch eine radiale Kraft beaufschlagt bis er in zwei Halbschalen zerbricht. Um den Verlauf der dabei entstehenden zwei Trennfugen zu beeinflussen, wird während der Bearbeitung des Außenrings eine als Sollbruch- stelle fungierende Kerbe eingearbeitet. Ein durch Sprengen in zwei Halbschalen geteilter Außenring ist z.B. aus der DE 20113008 U1 bekannt.
Die DE 20 2005 007 904 U1 offenbart ein axial und radial belastbares Wälzlager, umfassend einen Außenring und einen Innenring, wobei beide Ringe einen sich über ihre axiale Ausdehnung erstreckenden Schlitz aufweisen. Der Zweck der geschlitzten Ringe liegt darin, ein für die Montage notwendiges Fügespiel zwischen Innenring und Welle bzw. Außenring und Bohrung auszugleichen, indem sich der Außenring, nachdem dieser in die Bohrung geschoben wurde, am Innendurchmesser der Bohrung anlegen lässt, und indem sich der Innenring, nachdem dieser über die Welle geschoben wurde, am Außendurchmesser der Welle anlegen lässt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerstelle zur Lagerung eines rotierenden Werkstücks in einer Lageraufnahme umfassend ein Radialwälzlager bereitzustellen, die ein Heißlaufen des Radialwälzlagers ausschließt und dabei auf einfache und kostengünstige Weise die Schlupfgefahr vermindert.
Zusammenfassung der Erfindung Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Lagerstelle zur Lagerung eines rotierenden Werkstücks in einer Lageraufnahme umfassend ein Radialwälzlager mit einem eine äußere Laufbahn aufweisenden Innenring, mit einem eine innere Laufbahn aufweisenden Außenring, sowie mit einer Vielzahl von Wälzkörpern, die sich auf der inneren und äußeren Laufbahn abrollen, wobei
- der Außenring eine sich über seine axiale Ausdehnung erstreckende Trennfuge aufweist,
- das Radialwälzlager im eingebauten Zustand eine radiale Lagervor- Spannung aufweist und
- die Lageraufnahme derart ausgestaltet ist, dass sich der in der Lageraufnahme befindliche Außenring beim Aufbringen einer in radialer Richtung nach außen wirkenden Kraft aufweiten kann.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung eines Außenrings eines Radialwälzlagers für eine erfindungsgemäße Lagerstelle gelöst, das folgende Schritte umfasst:
- formgebende Fertigung eines geschlossenen Außenrings, und
- Auftrennen des Außenrings, so dass eine sich über die axiale Ausdehnung des Außenrings erstreckende Trennfuge entsteht.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die erfindungsge- mäße Lagerstelle sowohl eine Unterdrückung von Schlupf als auch die Vermeidung eines Heißlaufens ermöglicht wird, indem im Radialwälzlager einerseits stets eine Mindestvorspannkraft vorliegt und andererseits die Vorspannkraft im Betrieb nicht soweit erhöht werden kann, dass ein Heißlaufen auftreten würde.
Erfindungsgemäß wird das Wälzlager unter Berücksichtigung der Toleranzen der Lagerstelle und des rotierenden Werkstücks derart ausgelegt, dass sich nach dem Einbau eine radiale Lagervorspannung ergibt. Dabei kann das Wälzlager im ausgebauten Zustand durchaus eine Lagerluft gleich oder größer als die Normalluft gemäß DIN 620-4 aufweisen, solange sich beim Einbau in die Lagerstelle durch Presspassungen am Innen- und/oder Außenring eine radiale Vorspannkraft ergibt. Aufgrund dieser Vorspannkraft tritt auch dann kein Schlupf auf, wenn keine oder nur eine sehr geringe radiale Belastung von außen auf das Radialwälzlager einwirkt.
Durch die Trennfuge im Außenring des Radialwälzlagers sowie durch die Ausgestaltung der Lageraufnahme derart, dass sich der in der Lageraufnahme befindliche Außenring beim Aufbringen einer in radialer Richtung nach außen wirkenden Kraft weiten kann, wird sichergestellt, dass die gewünschte Vorspannkraft durch eine im Betrieb auftretende Temperaturerhöhung nicht übermäßig erhöht wird. Die entsprechende Ausgestaltung der La- geraufnahme kann z.B. durch eine Spielpassung zwischen Lageraufnahme und Außenring oder durch eine in radialer Richtung weiche Lageraufnahme erfolgen, die eine gewisse Verformung zulässt, sobald der Außenring mit einer in radialer Richtung nach außen wirkenden Kraft beaufschlagt wird. Wenn nun eine temperaturbedingte Ausdehnung des Innenrings erfolgt, drückt dieser die Wälzkörper in radialer Richtung gegen den Außenring, wodurch sich dieser weitet. Dies bewirkt zwar grundsätzlich auch eine Erhöhung der radial wirkenden Vorspannkraft. Die entsprechende Erhöhung ist jedoch wesentlich geringer als dies bei einem herkömmlichen, also keine Trennfuge aufweisenden, Außenring der Fall wäre. Insbesondere ist die Er- höhung der Vorspannkraft der erfindungsgemäßen Lagerstelle bei den in der Praxis auftretenden Temperaturerhöhungen derart gering, dass keine Heißlaufgefahr besteht.
Bei der Auslegung der erfindungsgemäßen Lagerstelle ist zu beachten, dass die zur Unterdrückung des Schlupfes notwendige Vorspannkraft, von dem
Massenträgheitsmoment der Wälzkörper und des Käfigs (Lagersatz), den auf das Radialwälzlager wirkenden Beschleunigungskräften, sowie der mi- nimal auftretenden radialen Belastung abhängt. Dabei gilt, dass ein größeres Massenträgheitsmoment des Lagersatzes, insbesondere in Verbindung mit höheren Beschleunigungskräften, eine größere Vorspannkraft erfordert. Falls in jedem Betriebszustand mit einer bestimmten minimalen, radialen Belas- tung von außen gerechnet werden kann, ist demgegenüber eine Reduzierung der ansonsten notwendigen Vorspannkraft möglich. Grundsätzlich müssen die zur Schlupfverhinderung nötigen Vorspannkräfte nur so groß sein, dass ausreichende Reibkräfte zwischen den Wälzkörpern und den Laufbahnen erzeugt werden.
Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Lagerstelle ist, dass diese auf sehr einfache Weise montiert werden kann. Hierbei können bereits vorhandene Standardmontagewerkzeuge zum Einsatz kommen. Des Weiteren erfordert die Fertigung des Radialwälzlagers keine wesentlichen Änderungen beste- hender Fertigungsprozesse. So handelt es sich bei den Wälzkörpern bzw. dem Innenring um Standardbauteile. Die Trennfuge im Außenring kann durch einen einzigen Arbeitsschritt einfach und kostengünstig hergestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Lageraufnahme gegenüber dem Außenring eine radiale Spielpassung auf. Diese Form der Ausgestaltung der Lageraufnahme, um ein Aufweiten des sich in der Lageraufnahme befindlichen Außenrings beim Aufbringen einer in radialer Richtung wirkenden Kraft zu ermöglichen, stellt eine einfache und sehr wirksame Lösung dar. Zum Aufweiten des Außenrings ist - bis zum Anliegen des Außenrings an der Innenmantelfläche der Lageraufnahme - keine zusätzliche Kraft zur Verformung der Lageraufnahme zu überwinden. Die Größe des radialen Spiels kann dabei z.B. in derselben Größenordnung liegen, wie das radiale Spiel bei einem Loslager innerhalb einer FestVLoslagerung Kombination.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Radial- Wälzlager einen aufgetrennten Außenring auf. Gegenüber einem Außenring, der durch Rundbiegen eines länglichen Materials hergestellt wurde, kann in diesem Fall ein Außenring zunächst auf herkömmliche Weise gefertigt werden und anschließend aufgetrennt werden. Falls das Auftrennen als letzter Arbeitsschritt durchgeführt wird, sind die Auswirkungen auf die Außenringfertigung am geringsten.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Radialwälzlager einen gesprengten Außenring auf. Da das Sprengen von Außen- ringen bereits praktiziert wird, z.B. bei Kreuzrollenlagern, lässt sich das Sprengen der erfindungsgemäßen axial verlaufenden Trennfuge leicht in den Fertigungsprozess integrieren. Durch das Sprengen entsteht keine Erwärmung des Außenrings, so dass dieses Verfahren als letzter Arbeitsschritt durchgeführt werden kann, ohne dass die Gefahr besteht, Passungen oder Laufbahnen nachteilig zu beeinflussen. Vorteilhaft ist weiterhin dass durch die Sprengung kein offener Spalt entsteht, wie dies beispielsweise bei einem Auftrennen durch Drahterodieren der Fall ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung verläuft die Längs- richtung der Trennfuge im Wesentlichen parallel zu einer Rotationsachse des Außenrings. Die Länge der Trennfuge entspricht somit im Wesentlichen der axialen Ausdehnung des Außenrings und weist somit die kürzest mögliche Länge auf.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung verläuft die Längsrichtung der Trennfuge im Wesentlichen unter einem Winkel zu einer Rotationsachse des Außenrings. Das Überrollen der Trennfuge bzw. des zurückgenommenen Laufbahnabschnitts erfolgt in diesem Fall sanfter, da nicht die komplette Trennfuge schlagartig überrollt wird. Vorteilhafterweise verläuft die Trennfuge unter einem Winkel von ca. 5 - 25 Grad zur Rotationsasche des Außenrings. Wesentlich größere Winkel weisen den Nachteil auf, dass die Stabilität des Außenrings verringert wird. Es ist selbstverständlich auch mög- lieh, dass der Verlauf der Trennfuge in radialer Richtung unter einem Winkel zur Rotationsachse des Außenrings verläuft, d.h. die Trennfuge in radialer Richtung nicht der kürzesten Strecke durch den Außenring folgt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die innere Laufbahn des Außenrings in einem Bereich, der die Trennfuge umfasst, zurückgenommen. Derartige Rücknahmen im Bereich einer Trennfuge werden bereits bei gesprengten Ringen durchgeführt. Es ergibt sich somit ein lastfreies Überrollen des Bereichs der Trennfuge, ohne dass die durch die Auftren- nung möglichen Unebenheiten an den Kanten der Trennfuge störend wirken. Dabei kann die Rücknahme einen größeren Bereich der Laufbahn um die Trennfuge herum umfassen, bei dem sich der Laufbahndurchmesser in Um- fangsrichtung von beiden Seiten zur Trennfuge hin vergrößert. Insbesondere kann der Laufbahndurchmesser im Bereich der Trennfuge über einen Teil des Umfangs mindestens um 5 Mikrometer größer geschliffen sein.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Radialwälzlager ein Radialrollenlager, insbesondere ein Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager oder Pendelrollenlager, oder ein Radialkugellager, insbesondere eine Rillenkugellager oder Schrägkugellager. Prinzipiell kann die Erfindung bei allen Lagerstellen eingesetzt werden, die Wälzlager zum Übertragen von radialen Kräften aufweisen. Aufgrund der geringeren Steifigkeit ihrer Wälzkörper ist die Radialluft bei Radialrollenlagern gewöhnlich größer als die Radialluft von Radialkugellagern. Demzufolge ist die Schlupfgefahr bei Radialrol- lenlagern grundsätzlich größer als die Schlupfgefahr bei Radialkugellagern und eine Anwendung der vorliegenden Erfindung auf Radialrollenlager besonders sinnvoll.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Außenrings eines Radialwälzlagers, welches in einer erfindungsgemäßen Lagerstelle eingesetzt werden kann, umfasst die Schritte - formgebende Fertigung eines geschlossenen Außenrings, und
- Auftrennung des Außenrings, so dass eine sich über die axiale Ausdehnung des Außenrings erstreckende Trennfuge entsteht.
Die formgebende Fertigung des Außenrings kann sämtliche Schritte umfassen, die auch bei der formgebenden Herstellung eines herkömmlichen Außenrings erfolgen. Insbesondere können bereits die Außenmaßtoleranzen gefertigt werden. Diese formgebende Fertigung kann daher identisch zu der formgebenden Fertigung herkömmlicher Außenringe sein.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Außenring nach der formgebenden Fertigung und vor der Auftrennung gehärtet. Durch das Härten wird eine saubere Bruchfläche bzw. Trennfuge begünstigt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Außenring nach dem Härten geschliffen. Dadurch erhalten die Laufbahnen ihre endgültige Oberfläche. Bei diesem Schritt kann der Laufbahndurchmesser im Bereich der Trennfuge über einen Teil des Umfangs um mindestens 5 Mikro- meter größer geschliffen werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Auftrennen durch eine Sprengung des Außenrings. Falls der Außenring zuvor gehärtet wurde, werden plastische Verformungen beim Aufbringen der radialen Kraft zum Sprengen praktisch ausgeschlossen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die formgebende Fertigung das Einbringen mindestens einer Kerbe in mindestens eine der Stirnflächen als Sollbruchstelle für die Sprengung. Die Positionierung der durch die Sprengung entstehenden Trennfuge, kann durch die Art der Aufbringung der radialen Kraft bestimmt werden. Insbesondere, wenn die Trennfuge unter einem Winkel zur Rotationsachse des Außenrings verlaufen soll, ist es jedoch vorteilhaft, den gewünschten Verlauf (auch) durch eine zuvor eingearbeitete Kerbe festzulegen.
Die erfindungsgemäße Lagerstelle kann insbesondere in Getrieben für Windkraftanlagen, in Kalanderlagerungen sowie in Kegelbrecherlagerungen eingesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden durch Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein Radialwälzlager für eine erfindungsgemäße Lagerstelle,
Fig. 2 einen gesprengten Außenring eines Radialwälzlagers für eine erfindungsgemäße Lagerstelle, und
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lagerstelle.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 zeigt ein Radialwälzlager für eine erfindungsgemäße Lagerstelle. Das Radialwälzlager besteht aus einem Außenring 1 , einem Innenring 2, sowie zwischen dem Außenring 1 und dem Innenring 2 angeordneten Wälzkörpern 3. Das Radialwälzlager bildet ein Zylinderrollenlager aus, so dass die Wälzkörper 3 aus Zylinderrollen bestehen. Der Außenring 1 weist eine im Wesentlichen in axialer Richtung des Außenrings verlaufende Trennfuge 4 auf. Diese ist z.B. durch Drahterodieren hergestellt, so dass sich bereits bei dem ausgebauten Radialwälzlager ein offener Spalt bildet.
Fig. 2 zeigt einen gesprengten Außenring 1 eines Radialwälzlagers für eine erfindungsgemäße Lagerstelle. Die Längsrichtung der Trennfuge 4 verläuft in diesem Fall unter einem Winkel 5 gegenüber einer Rotationsachse 6 des Wälzlagers.
Hg. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lagerstelle. Die Lagerstelle umfasst dabei ein Wälzlager bestehend aus einem Außenring 1 , einen Innenring 2, sowie zwischen Außenring 1 und Innenring 2 angeordneten Wälzkörpern 3. Der Außenring weist eine Trennfuge 4 auf und ist an seinem Außendurchmesser 7 durch eine Spielpassung in die La- geraufnahme der Lagerstelle 8 eingepasst. Der Innenring 2 wurde auf eine Welle 9 aufgeschoben, wobei hier eine Presspassung vorliegt. Die Wälzkörper 3 werden hierbei durch einen nicht dargestellten Käfig geführt. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Lagerstelle ebenso vollrollig ausgeführt sein.
Bezugszeichenliste
1 Außenring
2 Innenring 3 Wälzkörper
4 Trennfuge
5 Winkel
6 Rotationsachse des Außenrings
7 Außendurchmesser des Außenrings 8 Lagerstelle
9 Welle

Claims

Patentansprüche
1. Lagerstelle zur Lagerung eines rotierenden Werkstücks in einer Lageraufnahme umfassend ein Radialwälzlager mit einem eine äußere Laufbahn aufweisenden Innenring, mit einem eine innere Laufbahn auf- weisenden Außenring, sowie mit einer Vielzahl von Wälzkörpern, die sich auf der inneren und äußeren Laufbahn abrollen, wobei
- der Außenring eine sich über seine axiale Ausdehnung erstreckende Trennfuge aufweist,
- das Radialwälzlager im eingebauten Zustand eine radiale Lagervor- Spannung aufweist und
- die Lageraufnahme derart ausgestaltet ist, dass sich der in der Lageraufnahme befindliche Außenring beim Aufbringen einer in radialer Richtung nach außen wirkenden Kraft aufweiten kann.
2. Lagerstelle gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahme gegenüber dem Außenring eine radiale Spielpassung aufweist.
3. Lagerstelle gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialwälzlager einen aufgetrennten Außenring aufweist.
4. Lagerstelle gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialwälzlager einen gesprengten Außenring aufweist.
5. Lagerstelle gemäß einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeich- net, dass die Längsrichtung der Trennfuge im Wesentlichen parallel zu einer Rotationsachse des Außenrings verläuft.
6. Lagerstelle gemäß einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrichtung der Trennfuge unter einem Winkel zu einer Rotationsachse des Außenrings verläuft.
7. Lagerstelle gemäß einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Laufbahn des Außenrings in einem Bereich, der die Trennfuge umfasst, zurückgenommen ist.
8. Lagerstelle gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laufbahndurchmesser im Bereich der Trennfuge über einen Teil des Um- fangs mindestens um 5 Mikrometer größer geschliffen ist.
9. Lagerstelle gemäß einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialwälzlager ein Radialrollenlager, insbesondere ein Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager oder Pendelrollenlager, oder ein Radialkugellager, insbesondere eine Rillenkugellager oder Schrägkugellager, ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Außenrings eines Radialwälzlagers für eine Lagerstelle gemäß einem der Ansprüche 1 - 9, umfassend die Schritte:
- formgebende Fertigung eines geschlossenen Außenrings, und - Auftrennung des Außenrings, so dass eine sich über die axiale Ausdehnung des Außenrings erstreckende Trennfuge entsteht.
11.Verfahren zur Herstellung eines Außenrings eines Radialwälzlagers ge- maß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring nach der formgebenden Fertigung und vor der Auftrennung gehärtet wird.
12. Verfahren zur Herstellung eines Außenrings eines Radialwälzlagers gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring nach dem Härten geschliffen wird.
13. Verfahren zur Herstellung eines Außenrings eines Radialwälzlagers gemäß einem der Ansprüche 10 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrennung durch eine Sprengung des Außenrings erfolgt.
14. Verfahren zur Herstellung eines Außenrings eines Radialwälzlagers gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die formgebende Fertigung das Einbringen mindestens einer Kerbe in mindestens eine der Stirnflächen als Sollbruchstelle für die Sprengung umfasst.
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