WO2012025344A1 - Verstelleinrichtung für ein wälzlager sowie lagersystem mit dieser verstelleinrichtung - Google Patents

Verstelleinrichtung für ein wälzlager sowie lagersystem mit dieser verstelleinrichtung Download PDF

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WO2012025344A1
WO2012025344A1 PCT/EP2011/063293 EP2011063293W WO2012025344A1 WO 2012025344 A1 WO2012025344 A1 WO 2012025344A1 EP 2011063293 W EP2011063293 W EP 2011063293W WO 2012025344 A1 WO2012025344 A1 WO 2012025344A1
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WO
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adjusting device
rolling bearing
bearing
designed
membrane
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/063293
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Georgi
Michael Pausch
Kerem KÖKSAL
Original Assignee
Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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Filing date
Publication date
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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
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/54—Systems consisting of a plurality of bearings with rolling friction
    • F16C19/546—Systems with spaced apart rolling bearings including at least one angular contact bearing
    • F16C19/547—Systems with spaced apart rolling bearings including at least one angular contact bearing with two angular contact rolling bearings
    • F16C19/548—Systems with spaced apart rolling bearings including at least one angular contact bearing with two angular contact rolling bearings in O-arrangement
    • 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
    • F16C25/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for wear or play
    • F16C25/06—Ball or roller bearings
    • F16C25/08—Ball or roller bearings self-adjusting
    • 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
    • F16C35/063—Fixing them on the shaft

Definitions

  • the invention relates to an adjusting device for a rolling bearing having at least one Wälz analysesring, wherein the rolling bearing defines an axis of rotation, wherein the adjusting device is formed to apply an axially directed force between the WälzSystemring and a surrounding structure to adjust the WälzSystemring in the axial direction and / or bias , And with at least one circumferential diaphragm which closes a pressurizable area in a base body of the adjusting device and which is deflectable in the axial direction.
  • the invention also relates to a storage system with this adjusting device.
  • Rolling bearings are used today in numerous applications and consist in many designs of an inner ring, an outer ring and rolling elements arranged therebetween, which roll in operation on the inner and outer ring.
  • the bearings are biased in the installed position, that is, the rings are mounted so that even in the mounting position, possibly before the operation of the bearings, a force between the rings on the rolling elements is transmitted.
  • EP 0 692 645 B1 describes an arrangement in a manual transmission, which comprises a bearing arranged between a transmission housing and a transmission shaft, which has a predetermined bearing play.
  • a pressing means is proposed, which can apply an axial, the predetermined game reducing force on an outer ring of the bearing, at least in some operating situations.
  • the document DE 8 421 405 U1 which probably forms the closest prior art, describes a device for detecting and recording the axial forces exerted by a machine having a driving or driven shaft on its thrust bearing with a bearing housing surrounding a thrust bearing for the shaft wherein the axial forces are absorbed, wherein between a housing disc of the thrust bearing and a contact surface of the housing, an annular measuring and compensation chamber is formed, in which a circumferentially self-contained, elastically extensible hose is inserted, which for applying a pressure medium at least one pressure port has and a pressure transducer, such as a pressure accumulator, a hydraulic pump or the like can be connected.
  • a pressure transducer such as a pressure accumulator, a hydraulic pump or the like
  • the invention has for its object to provide an adjusting device for a rolling bearing, which is characterized by improved performance.
  • the invention is also based on the object to propose a storage system with such adjusting device.
  • an adjusting device for a roller bearing is proposed with at least one WälzSystemring.
  • the rolling bearing is preferably designed as a radial bearing and in particular as an angular bearing.
  • the WälzSystemring may be an inner ring, an outer ring, a stationary during operation or even a rotating or pivoting in operation ring.
  • the axis of rotation of the rolling bearing is used below as the basis for the terms axial and radial.
  • the adjusting device is designed so that it can apply an axially directed force, in particular substantially axially directed force between the Wälz Eisenring and a surrounding structure to adjust the Wälz phenomenaring in the axial direction, in particular substantially in the axial direction and / or bias.
  • the surrounding construction can be, for example, a housing or also a part, in particular a shoulder of a shaft.
  • the rolling element ring is preferably arranged stationarily in a stationary surrounding construction.
  • the adjusting device comprises at least one surrounding the rotation axis, at least partially, preferably completely encircling membrane which closes off a pressurizable area in a base body of the adjusting device and which is deflectable in the axial direction.
  • a membrane is preferably understood to mean a region which, due to the inherent elasticity and / or elasticity of the attachment, is designed to be deflected from one side towards the other side in response to a pressure or a force.
  • the base body can be produced by machining or also by shaping.
  • the circumferential membrane is formed as a metal membrane and / or that the maximum axial Adjustment, so the maximum axial deflection, less than 0.3 mm, preferably less than 0, 1 mm and in particular less than 0.05 mm.
  • the adjustment corresponds to the elastically deflectable region of the membrane.
  • the adjusting device allows, inter alia, an adaptation, in particular load-dependent adaptation, of the prestressing, which can lead, for example, to an increase in the bearing service life.
  • the adjusting device is designed and / or arranged in the storage system such that it can act on a play-free rolling bearing, so that very small maximum axial adjustment paths are sufficient to change the preload.
  • the circumferential membrane is formed as the metal membrane, which, although only a limited deflection allows, but is characterized by a long life and easy assembly or manufacture. Functionally considered, it seems sufficient in particular in this application that the maximum axial displacement is less than 0.3 mm, preferably less than 0, 1 mm and in particular less than 0.05 mm.
  • the base body is designed as a ring component.
  • This very simple embodiment executes the main body as an annular, hollow body, in which the pressure-absorbable region is arranged, in particular molded.
  • the WälzSystemring itself is formed as the main body.
  • This adjustment device and Wälzoresson is a one-piece component, which can be easily mounted.
  • the metal membrane may be made in one piece from the main body.
  • an annular channel is incorporated as the pressurizable area in the body, which is designed to be rigid in terms of radial expansion and / or housing side supported and axially designed to implement the adjustment path in comparison to yielding.
  • the pressurizable area may be arranged in the ring component or in the Wälz Eisenring.
  • the metal membrane is placed on the base body and is connected to this to form the pressurizable area.
  • the main body in particular the WälzArchitectring and / or the ring member, a circumferential pressure pocket in an end face as the pressurizable area.
  • a preferably thin-walled lid is fastened in particular as a material, positive or non-positive fit as the metal diaphragm, wherein the lid can deform and / or deflect axially elastically due to its thinness.
  • the adjusting device In the pressurizable area is preferably a non-compressible medium, such as oil or other hydraulic fluid, or a pasty medium, such as grease, arranged, which can be pressurized and transmits the pressure on the membrane.
  • the adjusting device has at least one pressure interface for connecting an external pressure system, such as, for example, a hydraulic system or pneumatic system.
  • the pressure system is designed to pressurize the pressurizable area in the body and in this way to bring the Verstelleinhchtung to a deflection of the membrane.
  • the adjusting device has an integrated pressure generating system and is thus realized autonomously by external pressure systems.
  • the pressure generating system is designed, for example, as a mechanical system which, in possible embodiments, comprises a mechanically actuated plunger which, with the optional interposition of a gasket, increases the pressure in the pressurisable region.
  • the mechanically actuated punch may be formed in some embodiments as a clamping screw or coupled thereto. By screwing the clamping screw, an adjusting movement of the punch is carried out in its axial direction, so that the piston pressurizes a medium in the pressure-generating region.
  • additional adjusting devices for example, an electric motor can be provided.
  • the advantage of such a solution is the fact that a control or control of Verstelleinhchtung can also be implemented if no oil lubrication or no pressure connection (for example, air pressure connection), in particular no pressure system, is available in the installation situation.
  • Another object of the invention relates to a storage system with the features of claim 9, which comprises at least one rolling bearing and which an adjustment device according to claim 1 or according to one of the preceding claims or according to the preceding description having.
  • the adjusting device is arranged and / or designed in the bearing system to change a preload on a rolling element ring of the rolling bearing from a first preload value to a second preload value.
  • Specially preferred is the rolling bearing even with a passive or deactivated adjusting device backlash or slightly biased installed and / or trained.
  • the bearing system has a measuring device for measuring the load acting on the rolling bearing as a measured variable, wherein the load can be designed as a torque, a force or a path.
  • the storage system comprises a control device for controlling the adjusting devices depending on the measured load.
  • the measured variable is detected as an actual value via the measuring device and adjusted in the control device with a desired value.
  • the acting pressure P is increased or reduced by the control device in the adjusting device. After the travel of the adjusting device, in particular the deflection in the axial direction, a function of the pressure P, the pressure change leads to a change in the axial height of the adjusting device and thus to a bias and / or adjustment of the bearing.
  • Figure 1 a is a schematic longitudinal section through a storage system
  • FIG. 1 b is a detail of the figure 1 a in two different
  • Figure 2a shows a second embodiment of a storage system with adjusting device
  • FIG. 2b shows the storage system in FIG. 2a in another
  • FIG. 1 a and 2 a Operating condition; another storage system as a third embodiment of the invention in the same representation as the figure 1 a and 2 a; A fourth embodiment of a storage system in the same representation as the preceding figures; a schematic longitudinal section through an alternative embodiment of the adjusting device in the preceding figures.
  • 1 a shows a storage system 1 in a schematic longitudinal section through the axis of rotation 2.
  • the storage system 1 can be used for example in pinion shafts in transmissions.
  • the storage system 1 shows a shaft 3, which is mounted on two rolling bearings 4, designed as angular contact bearings, in particular as tapered roller bearings.
  • the rolling bearings 4 are positioned to each other in O arrangement.
  • an inner ring 5 of the rolling bearing is rotatably connected to the shaft 3
  • an outer ring 6 is supported at least in the radial direction to the shaft 3 or rotation axis 2 to a surrounding structure 7, which is designed here as a housing from.
  • a ring member 8 is interposed, which is supported on the one hand on a shoulder 9 of the surrounding structure 7 and on the other hand on the outer ring 6.
  • a pressurizable region 10 is circumferentially introduced, which has a rectangular sectional area in the longitudinal section shown.
  • the pressurizable area 10 is connected via a pressure interface 1 1 with a pressure system, not shown, in particular fluidically connectable.
  • the annular member 8 has at its axial end faces in each case a circumferential diaphragm 12, which are formed thin-walled compared to the circumferential, radial portions 13.
  • One or both of the membrane 12 may be formed integrally in the main body of the ring member 8.
  • the pressurizable region 10 is produced with one or both membranes 12 by means of a machining production method.
  • FIG. 1b shows the annular component 8 as a detail enlargement in FIG.
  • the ring member 8 is radially designed as stiff as possible or supported on the housing side and axially designed to be compliant, so that only a small deformation takes place in the radial direction.
  • a provision of the adjusting device can be done via a spring adjustment, for example via disc springs, or via another, acting in the opposite direction working member.
  • the pressurizable region 10 may be arranged a liquid, pasty or solid medium, which has little or no compressibility.
  • the medium may be formed as oil or fat.
  • the deflection d of the membranes 12 is in each case at a maximum of a few 1/10 millimeters, but in the usual way 20 pm to 30 pm are sufficient.
  • FIG. 2 a and 2 b shows another storage system 1 as a second embodiment of the invention.
  • a ring member 8 is arranged, which, however, in comparison to the ring member 8 as druckbeaufschlagbaren area 10 no circumferential channel, but only a rotating pressure pocket, but also with a rectangular cross section at one of the faces ,
  • a thin-walled lid hydraulically tightly secured as a membrane 12, which can be deformed axially elastic due to its thinness.
  • the diaphragm 12 in this case the cover is shown elastically deformed in FIG. 2 b, so that the ring component 8 is supported on the shoulder 9 of the surrounding structure 7 and biases the outer ring 6 in the axial direction.
  • the pressure supply via a pressure interface 1 1 is realized.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the invention, wherein in comparison to the figures 2 a, b both rolling bearings 4 are coupled with the interposition of a ring member 8 as an adjusting device with the surrounding structure 7.
  • the membrane 12 which covers the circulating pressure pocket, is arranged on the side of the associated outer ring 6.
  • this has the advantage that the membrane 12 is fully supported on the outer ring 6, so that no damage by edges etc. can occur.
  • 4 shows a fourth embodiment of a position system 1, wherein the ring member 8 and the outer ring 6 are realized as a common, one-piece component.
  • the pressurizable region 10 is introduced as a circumferential pressure pocket in an end face of the outer ring 6.
  • the adjusting device is analogous to the adjusting device in the ring member 8 in the figure 2 a, b formed, with the membrane 12 is again supported on the surrounding structure 7 to bias the outer ring 6 in the axial direction.
  • the adjusting device could also be formed as shown in Figures 1 a, b.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment to the pressure interface 11, the annular component 8 or, in other embodiments, the outer ring 6 having an integrated pressure generating system.
  • the pressure generating system comprises a tensioning piston 14 which can be displaced in the radial direction and which can generate pressure in the pressurisable area 10 via a sealing element 15 when displaced in the radial direction.
  • a clamping screw 16 is provided, which engages in a thread which is introduced into the ring member 8 and into the outer ring 6.
  • an axial adjusting movement of the clamping piston 14 is carried out, which presses the clamping piston 14 onto an oil reservoir.
  • the additional sealing element 15 is provided.
  • an electric motor can be provided in the surrounding structure.
  • an active storage in the manner described can also be used when no oil lubrication or no pressure connection (for example, air pressure) is present.
  • a measuring device (not shown) is provided, which measures a load acting on the roller bearings 4, for example in the form of a torque, a force or a path.
  • the detected value is compared with a desired value.
  • a pressure P in the pressurisable region 10 is increased or reduced.
  • the adjustment path d of the adjusting device is a function of the pressure P. The pressure change accordingly leads to a change in the axial overall height of the adjusting device and thus to a change in the preload of the rolling bearing 4.

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Support Of The Bearing (AREA)

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstelleinrichtung für ein Wälzlager vorzuschlagen, welche sich durch ein verbessertes Funktionsverhalten auszeichnet. Hierzu wird eine Verstelleinrichtung für ein Wälzlager (4) mit mindestens einem Wälzkörperring (6), wobei das Wälzlager (4) eine Drehachse (2) definiert, vorgeschlagen, wobei die Verstelleinrichtung ausgebildet ist, zwischen dem Wälzkörperring (6) und einer Umgebungskonstruktion (7) eine axial gerichtete Kraft aufzubringen, um den Wälzkörperring (6) in axialer Richtung zu verstellen und/oder vorzuspannen, mit mindestens einer umlaufenden Membran (12), die einen druckbeaufschlagbaren Bereich (10) in einem Grundkörper der Verstelleinrichtung abschließt und die in axialer Richtung auslenkbar ist, wobei die umlaufende Membran als eine Metallmembran (12) ausgebildet ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Versteileinrichtung für ein Wälzlager sowie Lagersystem mit dieser
Versteileinrichtung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Versteileinrichtung für ein Wälzlager mit mindestens einem Wälzkörperring, wobei das Wälzlager eine Drehachse definiert, wobei die Versteileinrichtung ausgebildet ist, zwischen dem Wälzkörperring und einer Umgebungskonstruktion eine axial gerichtete Kraft aufzubringen, um den Wälzkörperring in axiale Richtung zu verstellen und/oder vorzuspannen, und mit mindestens einer umlaufenden Membran, die einen druckbeaufschlagbaren Bereich in einem Grundkörper der Versteileinrichtung abschließt und die in axialer Richtung auslenkbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Lagersystem mit dieser Versteileinrichtung.
Wälzlager werden heutzutage in zahlreichen Anwendungen eingesetzt und bestehen bei vielen Bauformen aus einem Innenring, einem Außenring und dazwischen angeordneten Wälzkörpern, die im Betrieb auf dem Innen- und Außenring abwälzen. In vielen Anwendungen werden die Wälzlager in Einbauposition vorgespannt, das heißt, die Ringe werden so montiert, dass bereits in der Montageposition, gegebenenfalls vor dem Betrieb der Wälzlager, eine Kraft zwischen den Ringen über die Wälzkörper übertragen wird.
Beispielsweise beschreibt die EP 0 692 645 B1 eine Anordnung in einem Schaltgetriebe, die ein zwischen einem Getriebegehäuse und einer Getriebewelle angeordnetes Lager umfasst, welches ein vorbestimmtes Lagerspiel aufweist. In dieser Druckschrift wird ein Andruckmittel vorge- schlagen, welches eine axiale, das vorbestimmte Spiel reduzierende Kraft auf einen Außenring des Lagers zumindest in manchen Betriebssituationen aufbringen kann. Die Druckschrift DE 8 421 405 U1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, beschreibt eine Einrichtung zur Erfassung und Aufnahme der von einer eine treibende oder angetriebene Welle aufweisenden Maschine auf ihr Axiallager ausgeübten Axialkräfte mit einem ein Axiallager für die Welle umgebenden Lagergehäuse, von welchem die Axialkräfte aufgenommen werden, wobei zwischen einer Gehäusescheibe des Axiallagers und einer Anlagefläche des Gehäuses eine ringförmige Mess- und Ausgleichskammer gebildet ist, in die ein am Umfang in sich geschlossener, elastisch dehnbarer Schlauch eingelegt ist, der zur Beaufschlagung mit einem Druckmittel wenigstens einen Druckanschluss besitzt und ein Druckgeber, wie ein Druckspeicher, eine Hydraulikpumpe oder dergleichen anschließbar ist. Zwar ist in dieser Druckschrift primär angedacht, über den Schlauch den auftretenden Druck und somit die Belastung in axialer Richtung zu messen. Es wird jedoch auch offenbart, dass es möglich ist, durch eine stärkere Druckbeanspruchung des Schlauches durch Druckfluid den Schlauch zu dehnen und die gesamte Welle relativ zum Lagergehäuse axial zu verschieben.
Beschreibung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Versteileinrichtung für ein Wälzlager vorzuschlagen, welche sich durch ein verbessertes Funktionsverhalten auszeichnet. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Lagersystem mit einer derartigen Versteileinrichtung vorzuschlagen.
Diese Aufgaben werden durch eine VerStelleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ein Lagersystem mit den Merkmalen des Anspruches 9 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren. Gemäß der Erfindung wird eine Versteileinrichtung für ein Wälzlager mit mindestens einem Wälzkörperring vorgeschlagen. Das Wälzlager ist vorzugsweise als ein Radiallager und insbesondere als ein Schräglager ausgebildet. Bei dem Wälzkörperring kann es sich um einen Innenring, einen Außenring, einen im Betrieb stationären oder sogar einen im Betrieb rotierenden oder schwenkenden Ring handeln. Zum Zwecke der Definition wird die Drehachse des Wälzlagers nachfolgend als Basis für die Begriffe axial und radial verwendet. Die Versteileinrichtung ist so ausgebildet, dass diese zwischen dem Wälzkörperring und einer Umgebungskonstruktion eine axial gerichtete Kraft, insbesondere im Wesentlichen axial gerichtete Kraft aufbringen kann, um den Wälzkörperring in axialer Richtung, insbesondere im Wesentlichen in axialer Richtung zu verstellen und/oder vorzuspannen. Bei der Umgebungskonstruktion kann es sich beispielsweise um ein Gehäuse oder auch um einen Teil, insbesondere eine Schulter einer Welle handeln. Bevorzugt ist der Wälzkörperring jedoch stationär in einer stationären Umgebungskonstruktion angeordnet. Die Versteileinrichtung umfasst mindestens eine um die Drehachse umlaufende, mindestens abschnittsweise, vorzugsweise vollständig umlaufende Membran, die einen druckbeaufschlagbaren Bereich in einem Grundkörper der Versteileinrichtung abschließt und die in der axialen Richtung auslenkbar ist. Unter einer Membran wird vorzugsweise ein Bereich verstanden, welcher aufgrund von Eigenelastizität und/oder Elastizität der Festlegung ausgebildet ist, als Reaktion auf einen Druck oder eine Kraft von einer Seite in Richtung der anderen Seite ausgelenkt zu werden. Hinsichtlich der Fertigung ist es denkbar, dass der Grundkörper zerspanend oder auch umformtechnisch hergestellt sein kann.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die umlaufende Membran als eine Metallmembran ausgebildet ist und/oder dass der maximale axiale Verstellweg, also die maximale axiale Auslenkung, kleiner als 0,3 mm, vorzugsweise kleiner als 0, 1 mm und insbesondere kleiner als 0,05 mm ist. Insbesondere entspricht der Verstellweg dem elastisch auslenkbaren Bereich der Membran.
Es ist eine Überlegung der Erfindung, dass bei zahlreichen Anwendungen, bei denen vorgespannte Wälzlager, insbesondere Schräglager, eingesetzt werden, unterschiedliche Vorspannungen in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Wälzlagers wünschenswert wären. Zu nennen sind hier als Anwendungs- beispiele der Erfindung Ritzelwellen in Getrieben, welche bislang für einen spezifischen Lastfall vorgespannt werden. Für alle anderen Lastfälle ist diese Vorspannung jedoch nicht optimal. Bei höheren Lasten wäre eine niedrigere Vorspannung sinnvoll, um die Lagerbelastung zu senken, bei niedriger Last wäre dagegen eine höhere Vorspannung zur Vermeidung von Schlupf sinnvoll.
Die Versteileinrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht unter anderem eine Anpassung, insbesondere lastabhängige Anpassung, der Vorspannung, was z.B. zu einer Erhöhung der Lagerlebensdauer führen kann. In einer bevorzugten Anwendung ist die VerStelleinrichtung so ausgebildet und/oder in dem Lagersystem angeordnet, dass diese auf ein spielfreies Wälzlager einwirken kann, so dass sehr geringe maximale axiale Verstellwege ausreichend sind, um die Vorspannung zu ändern. Bei dieser möglichen Anwendung ist es vorteilhaft, wenn die umlaufende Membran als die Metallmembran ausgebildet ist, die zwar nur eine begrenzte Auslenkung erlaubt, sich aber durch eine lange Lebensdauer und eine leichte Montage oder Fertigung auszeichnet. Funktional betrachtet erscheint es insbesondere bei dieser Anwendung ausreichend, dass der maximale axiale Verstellweg kleiner als 0,3 mm, vorzugsweise kleiner als 0, 1 mm und insbesondere kleiner als 0,05 mm ist. Bei manchen Anwendungen reichen bereits 20 μηπ bis 30 pm aus, um die Vorspannung in den benötigten Grenzen zu verändern. Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist der Grundkörper als ein Ringbauteil ausgebildet. Diese sehr einfache Ausführungsform führt den Grundkörper als einen ringförmigen, hohlen Körper aus, in dem der druckbeauschlagbare Bereich angeordnet, insbesondere eingeformt ist.
Bei einer anderen Ausführungsform ist der Wälzkörperring selbst als der Grundkörper ausgebildet. Damit ist Versteileinrichtung und Wälzkörperring ein einstückiges Bauteil, welches besonders einfach montiert werden kann. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Metallmembran einstückig aus dem Grundkörper gearbeitet sein. Beispielsweise ist ein Ringkanal als der druckbeaufschlagbare Bereich in den Grundkörper eingearbeitet, welcher hinsichtlich einer radialen Ausdehnung steif ausgelegt ist und/oder gehäuseseitig unterstützt ist und axial zur Umsetzung des Verstellweges im Vergleich dazu nachgiebig ausgelegt ist. Bei möglichen Alternativen kann der druckbeaufschlagbare Bereich in dem Ringbauteil oder in dem Wälzkörperring angeordnet sein.
Bei einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Metallmembran auf dem Grundkörper aufgesetzt ist und mit diesem zur Bildung des druckbeaufschlagbaren Bereiches verbunden ist. Beispielsweise zeigt der Grundkörper, insbesondere der Wälzkörperring und/oder das Ringbauteil, eine umlaufende Drucktasche in einer Stirnfläche als den druckbeaufschlagbaren Bereich. Auf der Stirnseite bzw. Stirnfläche des Grundkörpers ist insbesondere stoff-, form- oder kraftschlüssig ein vorzugsweise dünnwandiger Deckel als die Metallmembran befestigt, wobei sich der Deckel aufgrund seiner Dünnwandigkeit axial elastisch verformen und/oder auslenken lässt.
In dem druckbeaufschlagbaren Bereich ist bevorzugt ein nicht kompressibles Medium, beispielsweise Öl oder eine andere Hydraulikflüssigkeit, oder ein pastöses Medium, wie zum Beispiel Fett, angeordnet, welches druckbeaufschlagt werden kann und das den Druck auf die Membran überträgt. Bei einer ersten möglichen Ausführungsform der Erfindung weist die Versteileinrichtung mindestens eine Druckschnittstelle zur Anbindung eines externen Drucksystems, wie zum Beispiel eines Hydrauliksystems oder Pneumatiksystems, auf. Das Drucksystem ist dazu ausgebildet, den druckbeaufschlagbaren Bereich in dem Grundkörper mit Druck zu beaufschlagen und auf diese Weise die Verstelleinhchtung zu einem Auslenken der Membran zu bringen. Bei eine anderen Ausführungsform der Erfindung weist die Versteileinrichtung ein integriertes Druckerzeugungssystem auf und ist damit autark von externen Drucksystemen realisiert. Das Druckerzeugungssystem ist beispielsweise als ein mechanisches System ausgebildet, welches in möglichen Ausführungsformen einen mechanisch betätigbaren Stempel umfasst, der unter optionaler Zwischenschaltung einer Dichtung den Druck in dem druckbeaufschlagbaren Bereich erhöht. Der mechanisch betätigbare Stempel kann in manchen Ausführungsformen als eine Spannschraube ausgebildet sein oder mit dieser gekoppelt sein. Durch Eindrehen der Spannschraube wird eine Verstellbewegung des Stempels in seine axiale Richtung ausgeführt, so dass der Kolben ein Medium in dem druckerzeugenden Bereich mit Druck beaufschlagt. Zur Verstellung der Spannschraube können zusätzliche Stelleinrichtungen, zum Beispiel ein Elektromotor, vorgesehen sein. Der Vorteil einer derartigen Lösung ist darin zu sehen, dass eine Ansteuerung oder Kontrolle der Verstelleinhchtung auch dann umgesetzt werden kann, wenn keine Ölschmierung bzw. kein Druckanschluss (zum Beispiel Luftdruckanschluss), insbesondere kein Drucksystem, in der Einbausituation verfügbar ist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Lagersystem mit den Merkmalen des Anspruches 9, welches mindestens ein Wälzlager umfasst und welches eine Verstelleinhchtung nach dem Anspruch 1 oder nach einem der vorhergehenden Ansprüche bzw. gemäß der vorhergehenden Beschreibung aufweist. Insbesondere ist die VerStelleinrichtung in dem Lagersystem angeordnet und/oder ausgebildet, eine Vorspannung auf einen Wälzkörperring des Wälzlagers von einem ersten Vorspannwert zu einem zweiten Vorspannwert zu ändern. Besondern bevorzugt ist das Wälzlager auch bei einer passiven oder deaktivierten Versteileinrichtung spielfrei oder leicht vorgespannt eingebaut und/oder ausgebildet.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist das Lagersystem eine Messeinrichtung zur Messung der auf das Wälzlager wirkenden Belastung als Messgröße auf, wobei die Belastung als ein Drehmoment, eine Kraft oder ein Weg ausgebildet sein kann. Zudem umfasst das Lagersystem eine Kontrolleinrichtung zur Ansteuerung der Versteileinrichtungen abhängig von der gemessenen Belastung. Über die Messeinrichtung wird somit die Messgröße als ein Istwert erfasst und in der Kontrolleinrichtung mit einem Sollwert abgeglichen. Bei Abweichungen wird durch die Kontrolleinrichtung in der Versteileinrichtung der wirkende Druck P erhöht oder reduziert. Nachdem der Stellweg der Versteileinrichtung, insbesondere die Auslenkung in axialer Richtung, eine Funktion des Druckes P ist, führt die Druckänderung zu einer Änderung der axialen Bauhöhe der Versteileinrichtung und damit zu einer Vorspannung und/oder Verstellung des Wälzlagers.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
Figur 1 a einen schematischen Längsschnitt durch ein Lagersystem mit
Versteileinrichtung als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 1 b ein Detailausschnitt aus der Figur 1 a in zwei verschiedenen
Betriebszuständen; Figur 2a ein zweites Ausführungsbeispiel eines Lagersystems mit Versteileinrichtung;
Figur 2b das Lagersystem in der Figur 2 a in einem anderen
Betriebszustand; ein weiteres Lagersystem als ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung in gleicher Darstellung wie die Figur 1 a und 2 a; ein viertes Ausführungsbeispiel eines Lagersystems in gleicher Darstellung wie die vorhergehenden Figuren; ein schematischer Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsform der VerStelleinrichtung in den vorhergehenden Figuren.
Einander entsprechende oder gleiche Teile sind jeweils miteinander entsprechenden oder gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figur 1 a zeigt ein Lagersystem 1 in einem schematischen Längsschnitt durch die Drehachse 2. Das Lagersystem 1 kann zum Beispiel bei Ritzelwellen in Getrieben eingesetzt werden.
Das Lagersystem 1 zeigt eine Welle 3, welche über zwei Wälzlager 4, ausgebildet als Schräglager, insbesondere als Kegelrollenlagen, gelagert ist. Die Wälzlager 4 sind zueinander in O-Anordnung positioniert. Jeweils ein Innenring 5 der Wälzlager ist drehfest mit der Welle 3 verbunden, ein Außenring 6 stützt sich zumindest in radialer Richtung zu der Welle 3 bzw. Drehachse 2 an einer Umgebungskonstruktion 7, die hier als Gehäuse ausgebildet ist, ab. In axialer Richtung ist zwischen dem linken Wälzlager 4 und dem Gehäuse ein Ringbauteil 8 zwischengeschaltet, welches sich einerseits an einer Schulter 9 der Umgebungskonstruktion 7 und andererseits an dem Außenring 6 abstützt.
In dem Ringbauteil 8 ist umlaufend ein druckbeaufschlagbarer Bereich 10 eingebracht, welcher in dem gezeigten Längsschnitt eine rechteckige Schnittfläche aufweist. Der druckbeaufschlagbare Bereich 10 ist über eine Druckschnittstelle 1 1 mit einem nicht gezeigten Drucksystem, insbesondere strömungstechnisch, verbindbar. Das Ringbauteil 8 weist an seinen axialen Stirnseiten jeweils eine umlaufende Membran 12 auf, welche im Vergleich zu den umlaufenden, radialen Bereichen 13 dünnwandiger ausgebildet sind. Eine oder beide der Membrane 12 können einstückig in dem Grundkörper des Ringbauteils 8 ausgebildet sein. Beispielsweise wird der druckbeaufschlagbare Bereich 10 mit einer oder beiden Membranen 12 durch eine zerspanende Fertigungsweise hergestellt. Die Figur 1 b zeigt das Ringbauteil 8 als Detailvergrößerung in der Figur 1 a, wobei ein Betriebszustand ohne Druckbeaufschlagung durch durchgezogene Linien und ein Betriebszustand mit Druckbeaufschlagung in dem druckbeaufschlagbaren Bereich 10 durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Wie sich aus der Darstellung in der Figur 1 b ergibt, werden die Membranen 12 aufgrund der Druckbeaufschlagung entlang eines Verstellweges d in axialer Richtung ausgelenkt, so dass sich hier ein Gesamtverstellweg von 2d ergibt. Betrachtet man wieder die Figur 1 a, so erkennt man, dass durch die Auslenkung der Membranen 12 der Außenring 6 in axialer Richtung verschoben und auf diese Weise das linke Wälzlager 4 vorgespannt wird. Um die Richtung der Volumenänderung zu beeinflussen, ist das Ringbauteil 8 radial möglichst steif ausgelegt bzw. gehäuseseitig unterstützt und axial dagegen nachgiebig ausgebildet, so dass in radialer Richtung nur eine geringe Verformung erfolgt. Eine Rückstellung der Versteileinrichtung kann über eine Federeinstellung, beispielsweise über Tellerfedern, erfolgen, oder über ein weiteres, in entgegen gesetzter Richtung wirkendes Arbeitsglied. In dem druckbeaufschlagbaren Bereich 10 kann ein flüssiges, pastöses oder festes Medium angeordnet sein, welches eine geringe oder keine Kompressibilität aufweist. Beispielsweise kann das Medium als Öl oder Fett ausgebildet sein. Die Auslenkung d der Membranen 12 liegt jeweils bei maximal einigen 1/10 Millimetern, üblicher Weise sind jedoch 20 pm bis 30 pm ausreichend. Durch die hohen Drücke der Hydraulik können hohe Kräfte übertragen werden, sodass auch stramm gepasste Ringe 5, 6 axial verstellt werden können. Die Figur 2 a bzw. 2 b zeigt ein weiteres Lagersystem 1 als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch bei dem Lagersystem 1 in den Figuren 2 a, b ist ein Ringbauteil 8 angeordnet, welches jedoch im Vergleich zu dem Ringbauteil 8 als druckbeaufschlagbaren Bereich 10 keinen umlaufenden Kanal, sondern nur eine umlaufende Drucktasche, jedoch ebenfalls mit rechteckigem Querschnitt an einer der Stirnflächen zeigt. An dieser Stirnfläche ist als Membran 12 ein dünnwandiger Deckel hydraulisch dicht befestigt, der sich aufgrund seiner Dünnwandigkeit axial elastisch verformen lässt. Zur Illustration ist in der Figur 2 b die Membran 12, in diesem Fall der Deckel, elastisch verformt dargestellt, so dass sich das Ringbauteil 8 an der Schulter 9 der Umgebungskonstruktion 7 abstützt und den Außenring 6 in axialer Richtung vorspannt. Auch hier ist die Druckzuführung über eine Druckschnittstelle 1 1 realisiert.
Die Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei im Vergleich zu den Figuren 2 a, b zum einen beide Wälzlager 4 unter Zwischenschaltung eines Ringbauteils 8 als VerStelleinrichtung mit der Umgebungskonstruktion 7 gekoppelt sind. Als weiterer Unterschied ist zu erkennen, dass die Membran 12, welche die umlaufende Drucktasche abdeckt, auf der Seite des zugeordneten Außenrings 6 angeordnet ist. Im Vergleich zu der Ausführungsform in den Figuren 2 a, b hat dies den Vorteil, dass sich die Membran 12 vollflächig an dem Außenring 6 abstützt, so dass keine Beschädigungen durch Kanten etc. auftreten können. Die Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Lagesystems 1 , wobei das Ringbauteil 8 und der Außenring 6 als ein gemeinsames, einstückiges Bauteil realisiert sind. Insbesondere ist der druckbeaufschlagbare Bereich 10 als eine umlaufende Drucktasche in eine Stirnseite des Außenrings 6 eingebracht. Durch die Integration der Versteileinrichtung in den Außenring 6 wird die Anzahl der Bauteile des Lagersystems 1 reduziert und dadurch die Montage erleichtert. Ansonsten ist die Versteileinrichtung analog zu der Versteileinrichtung in dem Ringbauteil 8 in der Figur 2 a, b ausgebildet, wobei sich die Membran 12 wieder an der Umgebungskonstruktion 7 abstützt, um den Außenring 6 in axialer Richtung vorzuspannen. Alternativ hierzu könnte die Versteileinrichtung auch wie in den Figuren 1 a ,b ausgebildet sein.
Die Figur 5 zeigt eine alternative Ausführungsform zu der Druckschnittstelle 1 1 , wobei das Ringbauteil 8 bzw. in anderen Ausführungsformen der Außenring 6 ein integriertes Druckerzeugungssystem aufweist. Das Druckerzeugungssystem umfasst einen in radialer Richtung verschiebbaren Spannkolben 14, welcher über ein Dichtungselement 15 bei einer Verschiebung in radialer Richtung Druck in dem druckbeaufschlagbaren Bereich 10 erzeugen kann. Zur Bestätigung des Spannkolbens 14 ist eine Spannschraube 16 vorgesehen, welche in ein Gewinde eingreift, das in dem Ringbauteil 8 bzw. in den Außenring 6 eingebracht ist. Durch Eindrehen der Spannschraube 16 wird eine axiale Verstellbewegung des Spannkolbens 14 ausgeführt, der den Spannkolben 14 auf ein Ölreservoir drückt. Zur Vermeidung von Ölleckagen und Druckverlusten ist das zusätzliche Dichtungselement 15 vorgesehen. Zur Verstellung der Spannschraube 14 können in der Umgebungskonstruktion 7 zusätzliche Stelleinrichtungen, zum Beispiel ein Elektromotor, vorgesehen werden. Der Vorteil einer derartigen Lösung ist, dass eine aktive Lagerung in beschriebener Weise auch dann eingesetzt werden kann, wenn keine Ölschmierung bzw. kein Druckanschluss (zum Beispiel Luftdruck) vorhanden ist. Bei einer möglichen Integration des Lagesystems 1 ist eine Messeinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen, welche eine auf die Wälzlager 4 wirkende Belastung, zum Beispiel in Form eines Drehmoments, einer Kraft oder eines Weges misst. In einer Kontrolleinrichtung (nicht dargestellt) erfolgt ein Abgleich des erfassten Wertes mit einem Sollwert. Bei Abweichung wird ein Druck P in dem druckbeaufschlagbaren Bereich 10 erhöht oder reduziert. Der Stellweg d der Versteileinrichtung ist eine Funktion des Druckes P. Die Druckänderung führt dementsprechend zu einer Änderung der axialen Bauhöhe der VerStelleinrichtung und somit zu einer Änderung der Vorspannung des Wälzlagers 4.
Bezugszeichenliste
1 Lagersystem
2 Drehachse
3 Welle
4 Wälzlager
5 Innenring
6 Außenring
7 Umgebungskonstruktion
8 Ringbauteil
9 Schulter
10 druckbeaufschlagbarer Bereich
1 1 Druckschnittstelle
12 umlaufende Membran
13 radiale Bereiche
14 Spannkolben
15 Dichtungselement
16 Spannschraube

Claims

Patentansprüche
VerStelleinrichtung für ein Wälzlager (4) mit mindestens einem Wälzkörperring (6), wobei das Wälzlager (4) eine Drehachse (2) definiert,
wobei die Versteileinrichtung ausgebildet ist, zwischen dem Wälzkörperring (6) und einer Umgebungskonstruktion (7) eine axial gerichtete Kraft aufzubringen, um den Wälzkörperring (6) in axialer Richtung zu verstellen und/oder vorzuspannen,
mit mindestens einer umlaufenden Membran (12), die einen druckbeaufschlagbaren Bereich (10) in einem Grundkörper der Versteileinrichtung abschließt und die in axialer Richtung auslenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die umlaufende Membran als eine Metallmembran (12) ausgebildet ist.
Versteileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale axiale Verstellweg (d) kleiner als 0,3 mm, vorzugsweise kleiner als 0, 1 mm und insbesondere kleiner als 0,05 mm ist.
Versteileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper als ein Ringbauteil (8) ausgebildet ist.
Versteileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörperring (6) als der Grundkörper ausgebildet ist.
Versteileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallmembran (12) einstückig aus dem Grundkörper geformt ist. Versteileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet die Metallmembran (12) auf den Grundkörper aufgesetzt ist.
Versteileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Druckschnittstelle (1 1 ) zur Anbindung eines Drucksystems.
Versteileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein integriertes Druckerzeugungssystem (14, 15, 16).
Lagersystem mit mindestens einem Wälzlager (4), gekennzeichnet durch eine Versteileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Lagersystem nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Messeinrichtung zur Messung der auf das Wälzlager (4) wirkende Belastung und durch eine Kontrolleinrichtung zur Ansteuerung der Versteileinrichtung in Abhängigkeit der gemessenen Belastung.
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