WO2011157587A1 - Einrichtung zum verspannen eines lagerrings mit dessen umgebungsstruktur - Google Patents

Einrichtung zum verspannen eines lagerrings mit dessen umgebungsstruktur Download PDF

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WO2011157587A1 PCT/EP2011/059318 EP2011059318W WO2011157587A1 WO 2011157587 A1 WO2011157587 A1 WO 2011157587A1 EP 2011059318 W EP2011059318 W EP 2011059318W WO 2011157587 A1 WO2011157587 A1 WO 2011157587A1
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Frank Forbrig
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    • 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
    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/04—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings
    • F16C35/06—Mounting or dismounting of ball or roller bearings; Fixing them onto shaft or in housing
    • F16C35/07—Fixing them on the shaft or housing with interposition of an element
    • F16C35/073—Fixing them on the shaft or housing with interposition of an element between shaft and inner race ring

Definitions

  • the invention relates to a device for bracing a bearing ring with its surrounding structure, and they are particularly advantageous in the attachment of radial bearing rings on shafts or housings applicable.
  • Radial rolling bearings are generally frictionally engaged with the respective bearing ring by means of an interference fit of the respective bearing ring with respect thereto, such as by receiving them.
  • the inner bearing ring is pressed onto a shaft or the outer bearing ring is pressed into the receiving bore, for example, a housing.
  • the bearing rings can be fixed in the axial direction by means of paragraphs formed on the associated surrounding structure or securing rings arranged on the latter.
  • the interference fits must be made very precise, so that the bearing ring on the one hand has a secure fit, and thus on the other hand, the bearing ring and thus the entire bearing is not mechanically overstressed.
  • an assembly by means of interference fit for example, because of structural specifications not used anywhere or can be realized only with difficulty.
  • the invention is therefore based on the object to provide a device for bracing a bearing ring with its surrounding structure, which provides a precise adjustment of the frictional engagement force between the bearing ring and the surrounding bungs Vietnamese without complex precision machining of the associated components allows and is versatile.
  • the invention is based on the finding that the technique known for fixing a dial on an adjusting shaft, so-called star discs, should also be usable for bracing a bearing ring with its surrounding structure.
  • the invention is therefore based on a device for bracing a bearing ring with its surrounding structure.
  • the invention provides that between the bearing ring and this receiving environmental structure concentric to the bearing axis, under axial clamping pressure radially expanding spring arrangement or the like is arranged, and that means are provided to tension the spring assembly axially.
  • any spring arrangement is suitable, which has the properties described, ie, the more radially spread between the surrounding structure forming the component and the associated bearing ring, the greater the applied axial clamping pressure.
  • the spring arrangement comprises at least one plate spring.
  • Under a diaphragm spring is known to mean a conical annular shell which is resilient in the axial direction, wherein the force is applied via the inner edge or the outer edge and the axial support on the other edge. Support over the other edge is done.
  • the respectively achievable spread and thus the achievable frictional engagement force depend inter alia on the applied axial prestressing force.
  • the frictional engagement force can be further increased if, according to a further embodiment of the invention, the spring arrangement comprises a plurality of disk springs arranged axially one behind the other, the number of disk springs entering the achievable frictional engagement force as a factor.
  • the spring characteristic of such disc springs can be influenced by their constructive design.
  • the disc springs are formed as notched on its edge plate springs, as will be explained in more detail by means of embodiments.
  • the spring arrangement is designed as a bellows spring. Also bellows springs have the property described above, that they radially spread when applying an axial biasing force and thus produce a frictional engagement between the bearing ring and the associated environmental structure.
  • the means for clamping the respective spring arrangement comprise according to a further embodiment of the invention, a coaxial to this, axially screwed against this clamping nut.
  • a screw thread is provided on the respective bearing ring into which the clamping nut is screwed, wherein the friction produced by the Einschraubweg can be set very accurately.
  • an annular space for receiving the spring assembly is formed, wherein at a first axial end the inner bore a radially inwardly projecting, the annular gap at least partially occlusive annular bead or the like and at the other end an internal thread is formed, in which a against the spring assembly is applied clamping nut can be screwed, as shown using an exemplary embodiment.
  • Figure 1 shows schematically in a partial longitudinal section arranged on a shaft, not yet strained inner bearing ring
  • Figure 2 is a view similar to Figure 1, with a strained inner
  • Figure 3 is a partial view of a plate spring from the front
  • Figure 4 is a partial view of a notched disc springs from the front
  • Figure 5 is a partial view of another notched disc springs from the front
  • Figure 6 is a view similar to Figure 1, with one of these compared to the changed spring arrangement.
  • Figure 1 therefore shows a shaft 2, on which an inner bearing ring 4 of a rolling bearing, not shown in detail is arranged.
  • a spring arrangement 6 is arranged, which consists of several axially successively arranged disc springs 8 in the example shown.
  • the plate springs 8 form in the illustrated embodiment, a plate spring package, in which all disc springs are aligned the same. It is understood that other disc spring arrangements are possible, for example a plate spring package in which the disc springs are aligned alternately in one or the other direction.
  • the spring assembly 6 In order to clamp the bearing ring 4 with respect to the shaft 2, the spring assembly 6 is axially loaded by a clamping nut 10, i. pressed together. In this case, the edge of the plate springs 8 is aligned and clamped between the shaft 2 and bearing ring 4 with a dependent of the applied biasing pressure force, so that between the shaft 2 and spring assembly 6 on the one hand and spring assembly 6 and bearing ring 4 on the other hand frictional lock arises.
  • annular space 12 for receiving the spring arrangement 6 is formed between the inner bore of the bearing ring 4 and the outer surface of the shaft 2.
  • annular space 12 partially occlusive annular bead 14 is formed on which the spring assembly 6 axially abuts, while at the other, in the right-hand end of FIG Inner bore an internal thread 16 is formed, in which the against the spring assembly 6 applying clamping nut 10 can be screwed.
  • Figure 2 shows an arrangement similar to Figure 1, but wherein the clamping nut 10 is screwed so far into the annular space 12 of the inner ring 4, that the spring assembly 6 has its predetermined bias, in which the desired frictional engagement between the spring assembly 6 and the shaft 2 on the one hand and the bearing ring 4 on the other hand is given.
  • the design of the device is such that when fully biased spring assembly 6 between a formed on the clamping nut 10 annular flange 18 and the end face of the bearing ring 4, a gap S remains free to avoid a double fit.
  • Figure 3 shows very schematically a plate spring 20 in a view from the front, ie in the concave side.
  • the inner diameter d, the plate spring 20 corresponds to the outer diameter of the associated shaft 2 plus a joining clearance between the plate spring 20 and shaft 2.
  • the outer diameter d a speaks the inner diameter of a bearing ring 4 minus a joining play between disc spring 20 and bearing ring 4. The joints close when clamping the plate spring 10, as previously explained above.
  • Figure 4 shows a plate spring 22, the spring characteristic has been changed by formed on the outer edge or inner edge notches 24 and 26 in a particular, desired manner.
  • Figure 5 shows a similar embodiment of a plate spring 28, wherein formed on the inner edge notches 30 and formed on the outer edge notches 32 each have the shape of a circular section.
  • Figure 6 shows an embodiment in which the arranged between the shaft 34 and the bearing ring 36 spring assembly 38 is formed as a bellows spring 40, which in a similar manner as disc springs when the clamping nut 42, an axial pressure is applied between the shaft 34 and Bearing ring 36 expands and thus produces a frictional connection between the shaft 34 and bearing ring 36.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verspannen eines Lagerringes (4) mit dessen Umgebungsstruktur (2). Erfindungsgemäss ist zwischen dem Lagerring (4) und der diesen aufnehmenden Umgebungsstruktur (2) eine zur Lagerachse konzentrische, unter axialem Spanndruck sich radial aufspreizende Federanordnung (6) oder dergleichen angeordnet, und es sind Mittel (10) vorgesehen, um die Federanordnung (6) axial zu spannen. In Abhängigkeit von der aufgebrachten Vorspannung entsteht ein Reibschluss zwischen der Federanordnung und der Welle (2) einerseits sowie dem Lagerring (4) andererseits, so dass diese reibschlüssig miteinander verbunden werden.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Einrichtung zum Verspannen eines Lagerrings mit dessen Umgebungsstruktur Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verspannen eines Lagerrings mit dessen Umgebungsstruktur, und sie insbesondere vorteilhaft bei der Befestigung von Radiallagerringen auf Wellen oder in Gehäusen anwendbar.
Hintergrund der Erfindung Radialwälzlager werden im Allgemeinen mittels einer Übermaßpassung des jeweiligen Lagerrings gegenüber der diesen aufnehmenden Umgebungsstruktur mit dieser reibschlüssig verbunden, d.h. der innere Lagerring wird auf eine Welle aufgepresst oder der äußere Lagerring in die Aufnahmebohrung beispielsweise eines Gehäuses eingepresst. Zusätzlich können die Lagerringe in axialer Richtung mittels an der zugeordneten Umgebungsstruktur ausgebildeter Absätze oder an dieser angeordneter Sicherungsringe fixiert sein. Die Übermaßpassungen müssen sehr präzise ausgeführt werden, damit der Lagerring einerseits einen sicheren Sitz hat, und damit andererseits der Lagerring sowie damit das gesamte Wälzlager nicht mechanisch überbeansprucht wird. Zudem kann eine Montage mittels Übermaßpassung beispielsweise wegen konstruktiver Vorgaben nicht überall eingesetzt bzw. nur mit Schwierigkeiten verwirklicht werden.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Verspannen eines Lagerringes mit dessen Umgebungsstruktur zu schaffen, die eine genaue Einstellung der Reibschlusskraft zwischen Lagerring und Umge- bungsstruktur ohne aufwendige Präzisionsbearbeitung der zugeordneten Bauteile ermöglicht und vielseitig einsetzbar ist.
Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die für die Fixierung einer Skalenscheibe auf einer Verstellwelle bekannte, so genannte Sternscheiben verwendende Technik, auch für das Verspannen eines Lagerringes mit dessen Umgebungsstruktur verwendbar sein sollte.
Aus einem Produktprospekt der Firma Ringspann GmbH, Bad Homburg, zu finden unter der Internetadresse www.ringspann.de/produkte und dem Link „Welle-Nabe-Verbindungen", "Datenblatt Sternscheiben" ist es beispielsweise bereits bekannt, zwischen einer Verstellwelle und einer damit zu verbindenden Skalenscheibe eine oder mehrere Sternscheiben anzuordnen, die sich unter einer axialen Kraft zwischen Welle und Scheibe radial verspreizen und so die Skalenscheibe mit der Verstellwelle reibschlüssig verbinden.
Die Erfindung geht daher aus von einer Einrichtung zum Verspannen eines Lagerringes mit dessen Umgebungsstruktur. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen dem Lagerring und der diesen aufnehmenden Umgebungsstruktur eine zur Lagerachse konzentrische, unter axialem Spanndruck sich radial aufspreizende Federanordnung oder dergleichen angeordnet ist, und dass Mittel vorgesehen sind, um die Federanordnung axial zu spannen. Für diese Aufgabe ist prinzipiell jede Federanordnung geeignet, welche die beschriebenen Eigenschaften hat, d.h. die sich zwischen dem die Umgebungsstruktur bildenden Bauteil und dem zugeordneten Lagerring radial umso stärker verspreizt, je größer der aufgebrachte axiale Spanndruck ist. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Federanordnung wenigstens eine Tellerfeder umfasst. Unter einer Tellerfeder versteht man bekanntlich eine kegelige Ringschale, die in Achsrichtung belastbar ist, wobei die Krafteinleitung über den Innenrand oder den Außenrand und die axiale Abstützung über den jeweils anderen Rand erfolgt. Abstützung über den jeweils anderen Rand erfolgt.
Die jeweils erzielbare Spreizung und damit die erreichbare Reibschlusskraft hängen unter anderem von der aufgebrachten axialen Vorspannkraft ab. Die Reibschlusskraft lässt sich weiter vergrößern, wenn gemäß einer weiteren Aus- gestaltung der Erfindung die Federanordnung mehrere axial hintereinander angeordnete Tellerfedern umfasst, wobei die Anzahl der Tellerfedern als Faktor in die erreichbare Reibschlusskraft eingeht.
Die Federcharakteristik derartiger Tellerfedern lässt sich durch deren konstruk- tive Ausgestaltung beeinflussen. So ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Tellerfedern als an ihrem Rand gekerbte Tellerfedern ausgebildet sind, wie anhand von Ausführungsbeispielen noch im einzelnen dargelegt wird. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Federanordnung als Balgfeder ausgebildet. Auch Balgfedern haben die vorne beschriebene Eigenschaft, dass sie sich bei Aufbringen einer axialen Vorspannkraft radial ver- spreizen und damit einen Reibschluss zwischen dem Lagerring sowie der zugeordneten Umgebungsstruktur erzeugen.
Die Mittel zum Spannen der jeweiligen Federanordnung umfassen gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine zu dieser koaxiale, axial gegen diese schraubbare Spannmutter. Dazu ist beispielsweise an dem jeweiligen Lagerring ein Schraubgewinde vorgesehen, in das die Spannmutter eingeschraubt wird, wobei über den Einschraubweg der erzeugte Reibschluss sehr genau eingestellt werden kann.
Um beispielsweise einen inneren Lagerring auf einer Welle zu verspannen, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass zwi- sehen der Innenbohrung des inneren Lagerringes und der Außenfläche der Welle ein Ringraum für die Aufnahme der Federanordnung ausgebildet ist, wobei an einem ersten axialen Ende der Innenbohrung ein radial nach innen vorstehender, den Ringspalt wenigstens zum Teil verschließender Ringwulst oder dergleichen und an dem anderen Ende ein Innengewinde ausgebildet ist, in das eine gegen die Federanordnung sich anlegende Spannmutter einschraubbar ist, wie anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 schematisch in einem Teil-Längsschnitt einen auf einer Welle angeordneten, noch nicht verspannten inneren Lagerring;
Figur 2 eine Ansicht ähnlich der Figur 1 , mit einem verspannten inneren
Lagerring;
Figur 3 eine Teilansicht einer Tellerfeder von vorne;
Figur 4 eine Teilansicht einer gekerbten Tellerfedern von vorne;
Figur 5 eine Teilansicht einer anderen gekerbten Tellerfedern von vorne;
Figur 6 eine Ansicht ähnlich der Figur 1 , mit einer dieser gegenüber geänderten Federanordnung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt demnach eine Welle 2, auf der ein innerer Lagerring 4 eines nicht im einzelnen dargestellten Wälzlagers angeordnet ist. Zwischen dem Lagerring 4 und der Welle 2 ist eine Federanordnung 6 angeordnet, die im dargestellten Beispiel aus mehreren axial hintereinander angeordneten Tellerfedern 8 besteht. Die Tellerfedern 8 bilden im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Tellerfederpaket, bei welchem alle Tellerfedern gleich ausgerichtet sind. Es versteht sich, dass auch andere Tellerfederanordnungen möglich sind, beispielsweise ein Tellerfederpaket, bei welchem die Tellerfedern abwechselnd in der einen oder der anderen Richtung ausgerichtet sind.
Um den Lagerring 4 gegenüber der Welle 2 zu verspannen, wird die Federanordnung 6 durch eine Spannmutter 10 axial belastet, d.h. zusammengedrückt. Dabei richtet sich der Rand der Tellerfedern 8 auf und verspannt sich zwischen Welle 2 und Lagerring 4 mit einer von der aufgebrachten Vorspannkraft abhängigen Andruckkraft, so dass zwischen Welle 2 und Federanordnung 6 einerseits sowie Federanordnung 6 und Lagerring 4 andererseits jeweils Reib- schluss entsteht.
Wie die Figur 1 erkennen lässt, ist zwischen der Innenbohrung des Lagerringes 4 und der Außenfläche der Welle 2 ein Ringraum 12 für die Aufnahme der Federanordnung 6 ausgebildet. An einem ersten, in der Figur 1 linken axialen Ende der Innenbohrung ist ein radial nach innen vorstehender, den Ringraum 12 zum Teil verschließender Ringwulst 14 ausgebildet, an welchem die Federanordnung 6 axial anliegt, während an dem anderen, in der Figur 1 rechten Ende der Innenbohrung ein Innengewinde 16 ausgebildet ist, in das die gegen die Federanordnung 6 sich anlegende Spannmutter 10 einschraubbar ist. Figur 2 zeigt eine Anordnung ähnlich der Figur 1 , wobei jedoch die Spannmutter 10 so weit in den Ringsraum 12 des Innenringes 4 eingeschraubt ist, dass die Federanordnung 6 ihre vorgegebene Vorspannung hat, bei welcher der gewünschte Reibschluss zwischen der Federanordnung 6 und der Welle 2 einerseits sowie dem Lagerring 4 andererseits gegeben ist. Die Auslegung der Einrichtung ist so getroffen, dass bei vollständig vorgespannter Federanordnung 6 zwischen einem an der Spannmutter 10 ausgebildeten Ringflansch 18 und der Stirnseite des Lagerringes 4 ein Spalt S frei bleibt, um eine Doppelpassung zu vermeiden. Figur 3 zeigt sehr schematisch eine Tellerfeder 20 in einer Ansicht von vorne, d.h. in die konkave Seite hinein. Der Innendurchmesser d, der Tellerfeder 20 entspricht dem Außendurchmesser der zugeordneten Welle 2 plus einem Fügespiel zwischen Tellerfeder 20 und Welle 2. Der Außendurchmesser da ent- spricht dem Innendurchmesser eines Lagerringes 4 minus einem Fügespiel zwischen Tellerfeder 20 und Lagerring 4. Die Fügespiele schließen sich beim Spannen der Tellerfeder 10, wie weiter vorne bereits erläutert wurde. Figur 4 zeigt eine Tellerfeder 22, deren Federcharakteristik durch am Außenrand bzw. Innenrand ausgebildete Kerben 24 bzw. 26 in besonderer, gewünschter Weise verändert worden ist.
Figur 5 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung einer Tellerfeder 28, wobei die am Innenrand ausgebildeten Kerben 30 und die am Außenrand ausgebildeten Kerben 32 jeweils die Form eines Kreisabschnittes haben.
Figur 6 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die zwischen der Welle 34 und dem Lagerring 36 angeordnete Federanordnung 38 als Balgfeder 40 ausgebildet ist, die sich in ähnlicher Weise wie Tellerfedern dann, wenn durch die Spannmutter 42 ein axialer Druck aufgebracht wird, zwischen Welle 34 und Lagerring 36 verspreizt und damit eine Reibschlussverbindung zwischen Welle 34 und Lagerring 36 herstellt.
Bezugszahlenliste
Welle
Innerer Lagerring
6 Federanordnung
8 Tellerfedern
10 Spannmutter
12 Ringraum
14 Ringwulst
16 Innengewinde
18 Ringflansch
20 Tellerfeder
22 Tellerfeder
24 Kerben
26 Kerben
28 Tellerfeder
30 Kerben
32 Kerben
34 Welle
36 Lagerring
38 Federanordnung
40 Balgfeder
42 Spannmutter
S Spalt
da Außendurchmesser
di Innendurchmesser

Claims

Patentansprüche
1 . Einrichtung zum Verspannen eines Lagerringes (4) mit dessen Umgebungsstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lagerring (4) und der diesen aufnehmenden Umgebungsstruktur (2) eine zur Lagerachse konzentrische, unter axialem Spanndruck sich radial aufspreizende Federanordnung (6) oder dergleichen angeordnet ist, und dass Mittel vorgesehen sind, um die Federanordnung (6) axial zu spannen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung (6) wenigstens eine Tellerfeder umfasst.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung (6) mehrere axial hintereinander angeordnete Tellerfedern (8) umfasst.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfedern (22, 28) als an ihrem Rand gekerbte Tellerfedern ausgebildet sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung (38) als Balgfeder (40) ausgebildet ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Spannen der Federanordnung (6) eine zu dieser koaxiale, axial gegen diese schraubbare Spannmutter (10) umfassen.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend einen auf einer Welle (2) angeordneten, inneren Lagerring (4), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenbohrung des inneren Lagerringes (4) und der Außenfläche der Welle (2) ein Ringraum (12) für die Aufnahme der Federanordnung (6) ausgebildet ist, wobei an einem ersten axialen Ende der Innenbohrung ein radial nach innen vorstehender, den Ringspalt (12) wenigstens zum Teil verschließender Ringwulst (14) und an dem anderen Ende ein Innengewinde (16) ausgebildet ist, in das eine gegen die Federanordnung (6) sich anlegende Spannmutter (10) einschraubbar ist.
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