WO2014079762A1 - Lageranordnung - Google Patents

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    • F16C2229/00—Setting preload

Definitions

  • the invention relates to a bearing assembly, comprising two rolling bearings each having an inner ring and an outer ring and between the bearing rings arranged rolling elements, wherein the two rolling bearings can be biased by relative displacement of the inner rings and / or the outer rings in the axial direction, wherein on the inner rings and / or on the outer rings shelves are arranged, which form an axial stop for the rolling elements.
  • Generic bearing assemblies are often designed as tapered roller bearing arrangements.
  • two cooperating tapered roller bearings are preloaded axially against each other.
  • the adjustment of the preload in tapered roller bearings is a relatively complex and inaccurate process.
  • Attempts are made to set the correct preload by sliding the two inner rings of a tapered roller bearing unit axially towards each other (in the case of an O bearing arrangement) or axially away from each other (in the case of an X bearing arrangement).
  • the correct displacement is determined by consuming measuring the components and adjusted by shims so that the desired bias arises after tightening the shaft nut, with which the entire bearing assembly is set on a shaft part.
  • the invention is based on the object, a bearing assembly of the type mentioned in such a way that it is possible to adjust the bias in the bearing assembly easier and more accurate.
  • the solution to this problem by the invention is characterized in that at least one of the ribs is arranged relative to the supporting bearing ring this bearing in the axial direction adjustable on the bearing ring.
  • the adjustable board and the bearing ring are preferably provided with a thread, in particular with a fine thread, so that the board is adjustable or adjustable by rotation in the axial direction relative to the bearing ring.
  • the two rolling bearings are preferably tapered roller bearings.
  • the rims are preferably arranged on the inner rings of the two rolling bearings.
  • the adjustable shelf may have a cylindrical seat surface that is tolerated with a clearance fit to a counter seating surface on the bearing race; the clearance is preferably carried out closely.
  • the adjustable board and this bearing bearing ring may have means by which the board can be fixed axially adjustable on the bearing ring. This makes it possible to initially set the bias of the bearing assembly precisely and then fix the sliding board to maintain the set bias permanently upright.
  • the means for axially adjustable fixing can comprise at least one groove which extends in the axial direction and which is incorporated in at least a portion of the seat surface for the displaceable shelf in the bearing ring.
  • the adjustable board can have a hardened axial end region facing the rolling elements and an unhardened axial end region facing away from the rolling elements (which is designed for plastic deformation for the purpose of fixing).
  • the cylindrical seat surface of the rim or the hardened axial end region of the rim are preferably provided with an inductive hardening.
  • a special embodiment of the invention is based on the fact that the adjustable shelf is connected to a drive means, in particular to a motor (servomotor), with which the shelf can be rotated relative to the bearing ring. This makes it possible to control or adjust the bias during operation of the bearing assembly.
  • a motor servomotor
  • the proposed embodiment of a bearing assembly thus allows a simple adjustment of the bias of a bearing unit, in particular a tapered roller bearing unit, on the axial displacement of a guide board.
  • the concept according to the invention therefore aims to separate two clamping circuits-namely, once the clamping circuit of the roller bias and once the clamping circuit of the inner ring clamping.
  • the negative influence of the inner ring clamp or nut fuse can be separated from the actual bearing preload.
  • the guide rim ring should preferably have a hard contact area for the roller guide and a plastically deformable area for fixing the rim ring to the bearing ring by plastic deformation (securing the rim ring on the bearing ring), an inductively hardened contact zone is favored here.
  • the area at the end of the thread should namely be designed plastically deformable, so that it can be hammered into a designated axial groove on the bearing inner ring with a hammer blow. But there are of course other types of securing or fixing the sliding Bordrings on the bearing ring possible.
  • FIG. 2 shows the detail "Z" of the bearing arrangement according to FIG. 1 in an alternative embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a radial section of an alternative embodiment of the bearing arrangement according to FIG.
  • a bearing assembly 1 which has two tapered roller bearings 2 and 3.
  • the two tapered roller bearings 2, 3 each have an inner ring 4 or 5 and an outer ring 6 or 7.
  • Rolling elements 8 and 9 are arranged between the bearing rings.
  • the illustrated bearing assembly is designed in an O arrangement. Borde 10 and 11 on the inner rings 4, 5 limit the mobility of the tapered rollers 8, 9 in the axial direction a. While the board 11 of the inner ring 5 is traditionally formed as a fixed board on the inner ring 5, this does not apply to the board 10 on the inner ring 4. This board is designed as an adjustable board, d. H. it can be adjusted in the axial direction on the inner ring 4.
  • the annular rim 10 has a thread 12, just like the bearing inner ring 4, d. H. the board 10 can be screwed onto the inner ring 4. As the board 10 is rotated, it consequently shifts in the axial direction relative to the inner ring 4 as a result of the thread 12.
  • the adjustable board 10 by screwing so far on the inner ring 4 to move axially that results in the bearing assembly a desired bias. This can be done only at the time when the shaft nut 19 is already screwed onto the shaft 21 and tightened, ie when the bearing inner rings 4, 5 fixed to the shaft 21 are mounted.
  • the adjustment of the bias voltage can therefore be carried out independently of the mounting and fixing of the bearing inner rings 4, 5 on the shaft 21.
  • the adjustable board 10 is here again provided with the thread 12, as well as the inner ring 4. Accordingly, the board 10 can be screwed onto the inner ring 4, whereby it moves in the axial direction a relative to the inner ring 4.
  • the adjustable board 10 has a cylindrical seat surface 13, which corresponds to a Jacobson- surface 14 on the outer circumference of the inner ring 4. Between the seat 13 and the counter-seat surface 14 is a tight tolerance clearance before.
  • FIG. 3 shows an alternative solution to FIG. 1. It is worth mentioning here first that the bearing outer ring 6, 7 of both tapered roller bearings 2, 3 is integrally formed. The two bearing inner rings 4, 5 are held together axially by a clip ring 20, so that a bearing unit is formed.
  • bracing A and B are separated, so that it is possible to first clamp the inner rings 4 and 5, which takes place by tightening the shaft nut 19. This is done with the usual and necessary high clamping force. Subsequently, the actual bearing preload is adjusted very precisely via the adjustable rim 10 (guide rim ring) and the thread 12 (that is to say the threaded nut arrangement) is secured.
  • the forces which are required to be introduced via the adjustable board 10 in order to achieve a desired roll prestressing are usually lower by about an order of magnitude than the forces required to clamp the inner rings 4, 5.
  • the two inner rings 4 and 5 are held together here by means of the clip ring 20, so that a bearing unit results, for example in the form of a truck hub unit.
  • a desired preload can easily be adjusted via the displaceable board 10 in such a way that shocks which may occur during the transport of the bearing arrangement do not lead to career damage due to "rolling impacts".

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1), umfassend zwei Wälzlager (2, 3) mit jeweils einem Innenring (4, 5) und einem Außenring (6, 7) sowie zwischen den Lagerringen angeordneten Wälzkörpem (8, 9), wobei die beiden Wälzlager durch relative Verschiebung der Innenringe und/oder der Außenringe in axiale Richtung (a) vorgespannt werden können, wobei an den Innenringen und/oder an den Außenringen Borde (10, 11) angeordnet sind, die einen axialen Anschlag für die Wälzkörper bilden. Um die Vorspannung in der Lageranordnung einfacher und genauer einstellen zu können, sieht die Erfindung vor, dass mindestens einer der Borde relativ zu dem diesen tragenden Lagerring in axiale Richtung verstellbar auf dem Lagerring angeordnet ist.

Description

B e s c h r e i b u n g
Lageranordnung Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, umfassend zwei Wälzlager mit jeweils einem Innenring und einem Außenring sowie zwischen den Lagerringen angeordneten Wälzkörpern, wobei die beiden Wälzlager durch relative Verschiebung der Innenringe und/oder der Außenringe in axiale Richtung vorgespannt werden können, wobei an den Innenringen und/oder an den Außenringen Borde angeordnet sind, die einen axialen Anschlag für die Wälzkörper bilden.
Gattungsgemäße Lageranordnungen werden häufig als Kegelrollenlager- Anordnungen ausgeführt. Dabei werden zwei zusammenwirkende Kegelrollenlager gegeneinander axial vorgespannt. Die Einstellung der Vorspannung bei Kegelrollenlagern ist dabei ein relativ aufwändiger und auch ungenauer Prozess. Man versucht, die richtige Vorspannung einzustellen, indem man die beiden Innenringe einer Kegelrollenlagereinheit axial aufeinander zu (im Falle einer O-Lageranordnung) oder axial voneinander weg verschiebt (im Falle einer X-Lageranordnung). Der richtige Verschiebeweg wird durch aufwendiges Messen der Komponenten bestimmt und über Passscheiben so eingestellt, dass die gewünschte Vorspannung entsteht, und zwar nach Anziehen der Wellenmutter, mit der die gesamte Lageranordnung auf einem Wellenteil festgelegt wird.
Da die Sicherung der Mutter über eine entsprechende Klemmkraft erzielt wird, muss man dabei wiederum in Kauf nehmen, dass die aufwändig über Passscheiben eingestellte La- gervorspannung durch die in der Regel sehr große Klemmkraft beeinflusst wird. Eine genau gewünschte Vorspannung kann so nur schwerlich erreicht werden. Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, eine Lageranordnung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass es möglich wird, die Vorspannung in der Lageranordnung einfacher und genauer einstellen zu können. Die L ö s u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Borde relativ zu dem diesen tragenden Lagerring in axiale Richtung verstellbar auf dem Lagerring angeordnet ist.
Der verstellbare Bord sowie der Lagerring sind dabei bevorzugt mit einem Gewinde, ins- besondere mit einem Feingewinde, versehen, so dass der Bord durch Verdrehen in axiale Richtung relativ zum Lagerring verstellbar bzw. einstellbar ist.
Die beiden Wälzlager sind bevorzugt Kegelrollenlager. Die Borde sind vorzugsweise an den Innenringen der beiden Wälzlager angeordnet.
Der verstellbare Bord kann eine zylindrische Sitzfläche aufweisen, die mit einer Spielpassung zu einer Gegensitzfläche am Lagerring toleriert ist; die Spielpassung ist dabei bevorzugt eng ausgeführt. Der verstellbare Bord sowie der diesen tragende Lagerring können Mittel aufweisen, mit denen der Bord axial unverstellbar am Lagerring festgelegt werden kann. Damit ist es möglich, zunächst die Vorspannung der Lageranordnung präzise einzustellen und dann den verschieblichen Bord zu fixieren, um die eingestellte Vorspannung dauerhaft aufrecht zu erhalten.
Die Mittel zum axial unverstellbaren Festlegen können dabei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mindestens eine sich in axiale Richtung ersteckende Nut umfassen, die in zumindest einen Abschnitt der Sitzfläche für den verschieblichen Bord in den Lagerring eingearbeitet ist. Der verstellbare Bord kann dabei einen den Wälzkörpern zugewandten gehärteten axialen Endbereich aufweisen sowie einen von den Wälzkörpern abgewandten nicht gehärteten axialen Endbereich (der zum plastischen Verformen zwecks Fixierung ausgebildet ist). Die zylindrische Sitzfläche des Bordes bzw. der gehärtete axiale Endbereich des Bordes sind dabei bevorzugt mit einer Induktivhärtung versehen.
Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung stellt darauf ab, dass der verstellbare Bord mit einem Antriebsmittel, insbesondere mit einem Motor (Servomotor), in Verbindung steht, mit dem der Bord relativ zum Lagerring verdreht werden kann. Damit wird es möglich, im Betrieb der Lageranordnung die Vorspannung zu kontrollieren bzw. zu justieren.
Die vorgeschlagene Ausgestaltung einer Lageranordnung erlaubt also eine einfache Ein- Stellung der Vorspannung einer Lagereinheit, insbesondere einer Kegelrollenlagereinheit, über die axiale Verschiebung eines Führungsbords.
Das erfindungsgemäße Konzept stellt also darauf ab, zwei Verspannkreise - nämlich einmal den Verspannkreis der Rollenvorspannung und einmal den Verspannkreis der Innen- ringklemmung - voneinander zu trennen. Hiermit kann der negative Einfluss der Innenring-Klemmung bzw. Muttersicherung von der eigentlichen Lagervorspannung getrennt werden.
Das wird erreicht, indem der Führungsbord des einen Lagers der Lagereinheit axial ver- schiebar gestaltet wird. Die sich so ergebende Lagerkomponente„Führungsbordring" kann mit einem Gewinde versehen werden, so dass eine axiale Verschiebung und damit eine Wälzkörpervorspannung realisieren werden kann.
Da der Führungsbordring vorzugsweise einen harten Kontaktbereich für die Rollenführung sowie einen plastisch verformbaren Bereich für die Festlegung des Bordrings am Lagerring durch plastische Verformung (Sicherung des Bordrings am Lagerring) aufweisen sollte, wird hier eine induktivgehärtete Kontaktzone favorisiert. Der Bereich am Ende des Gewindes sollte nämlich plastisch deformierbar gestaltet werden, so dass dieser mit einem Hammerschlag in eine dafür vorgesehene axiale Nut am Lagerinnenring eingeschlagen werden kann. Es sind aber natürlich auch andere Arten der Sicherung bzw. Festlegung des verschieblichen Bordrings am Lagerring möglich.
Die genaue Einstellung der Vorspannung führt vorteilhafter Weise zu einer reduzierten Lagerreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 im Radialschnitt eine Lageranordnung, umfassend zwei gegeneinander verspannte Kegelrollenlager,
Fig. 2 die Einzelheit„Z" der Lageranordnung nach Fig. 1 in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung und Fig. 3 im Radialschnitt eine alternative Ausgestaltung der Lageranordnung nach Fig.
1.
In Fig. 1 ist eine Lageranordnung 1 dargestellt, die zwei Kegelrollenlager 2 und 3 aufweist. Die beiden Kegelrollenlager 2, 3 haben jeweils einen Innenring 4 bzw. 5 und einen Außen- ring 6 bzw. 7. Zwischen den Lagerringen sind Wälzkörper 8 bzw. 9 angeordnet.
Die dargestellte Lageranordnung ist in O-Anordnung ausgeführt. Borde 10 und 11 an den Innenringen 4, 5 begrenzen die Beweglichkeit der Kegelrollen 8, 9 in axiale Richtung a. Während der Bord 11 des Innenrings 5 klassisch als fester Bord am Innenring 5 angeformt ist, gilt dies nicht für den Bord 10 am Innenring 4. Dieser Bord ist als verstellbarer Bord ausgeführt, d. h. er kann in axiale Richtung auf dem Innenring 4 verstellt werden.
Hierzu weist der ringförmige Bord 10 ein Gewinde 12 auf, genauso wie der Lagerinnen- ring 4, d. h. der Bord 10 kann auf den Innenring 4 aufgeschraubt werden. In dem Maße, wie der Bord 10 gedreht wird, verschiebt er sich infolge des Gewindes 12 folglich in axiale Richtung relativ zum Innenring 4.
Demgemäß ergibt sich die Möglichkeit, nach Montage der dargestellten Lageranordnung 1 den verstellbaren Bord 10 durch Verschraubung so weit auf dem Innenring 4 axial zu verschieben, dass sich in der Lageranordnung eine gewünschte Vorspannung ergibt. Dies kann erst zu dem Zeitpunkt erfolgen, zu dem bereits die Wellenmutter 19 auf die Welle 21 aufgeschraubt und festgezogen ist, d. h. wenn die Lagerinnenringe 4, 5 fest auf der Welle 21 montiert sind. Das Einstellen der Vorspannung kann daher unabhängig von der Montage und Festlegung der Lagerinnenringe 4, 5 auf der Welle 21 erfolgen.
Durch Drehen des verstellbaren Bords 10 wird dann also die gewünschte Vorspannung eingestellt, was vorteilhaft, wie gesagt, unabhängig von dem Anziehen der Wellenmutter 19 erfolgen kann. Ist die gewünschte Endlage des Bords 10 auf dem Innenring 4 erreicht, kann diese durch Mittel 15 fixiert werden, mit denen eine axiale Festlegung des Bords 10 auf dem Innenring 4 möglich ist. In Fig. 1 sind hierbei Schrauben angedeutet, die radial ausgerichtet sind und angezogen werden, wenn der Bord 10 auf dem Innenring 4 festgelegt werden soll.
Eine hierzu alternative Lösung ist im Detail in Fig. 2 zu sehen. Der verstellbare Bord 10 ist hier wieder mit dem Gewinde 12 versehen, genauso wie der Innenring 4. Demgemäß kann der Bord 10 auf dem Innenring 4 aufgeschraubt werden, wodurch er sich in axiale Rich- tung a relativ zum Innenring 4 bewegt.
Neben dem Gewinde 12 befindet sich im Innenring 4 auch noch an einer Umfangsstelle mindestens eine sich in axiale Richtung a erstreckende Nut 16. Der verstellbare Bord 10 weist eine zylindrische Sitzfläche 13 auf, die mit einer Gegensitz- fläche 14 am Außenumfang des Innenrings 4 korrespondiert. Zwischen der Sitzfläche 13 und der Gegensitzfläche 14 liegt eine eng tolerierte Spielpassung vor.
Während der den Wälzkörpern 8 zugewandte axiale Endbereich 17 des Bords 10 - genauso wie die zylindrische Sitzfläche 13 - induktionsgehärtet ist, ist der axiale Endbereich 18, der von den Wälzkörpern 8 abgewandt ist, nicht gehärtet.
Das eröffnet die Möglichkeit, dass nach der Einstellung der gewünschten Vorspannung beispielsweise mittels eines Hammers auf den nicht gehärteten Endbereich 18 geschlagen wird. Das nicht gehärtete Material in diesem Abschnitt des Bords 10 ist leicht plastisch deformierbar und legt sich in der Nut 16 an. Somit ist ein weiteres Verdrehen des Bords 10 relativ zum Innenring 4 nicht mehr möglich und der Bord 10 am Innenring 4 festgelegt. In Fig. 3 ist eine zu Fig. 1 alternative Lösung zu sehen. Erwähnenswert ist hier zunächst, dass der Lageraußenring 6, 7 beider Kegelrollenlager 2, 3 einstückig ausgebildet ist. Die beiden Lagerinnenringe 4, 5 werden durch einen Clip-Ring 20 axial zusammengehalten, so dass eine Lagereinheit entsteht.
Die in Fig. 3 eingetragenen Verspannkreise A und B sind voneinander getrennt, so dass es möglich ist, zunächst die Innenringe 4 und 5 zu klemmen, was durch Anziehen der Wellenmutter 19 erfolgt. Dies erfolgt mit der hier üblichen und nötigen hohen Klemmkraft. Anschließend wird die eigentliche Lagervorspannung über den verstellbaren Bord 10 (Führungsbordring) sehr genau eingestellt und das Gewinde 12 (d. h. die Gewinde-Mutter- Anordnung) gesichert.
Die Kräfte, die über den verstellbaren Bord 10 einzuleiten nötig sind, um eine gewünschte Rollenvorspannung zu erzielen, sind zumeist um etwa eine Zehnerpotenz niedriger als die Kräfte, die benötigt werden, um die Innenringe 4, 5 zu verspannen. Dies erlaubt eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung: Hiernach kann insbesondere bei großen Lagereinheiten beispielsweise mittels eines Servomotors der mit dem Gewinde 12 versehene Bord 10 je nach Betriebszustand (aktiv) axial so eingestellt werden, dass stets die optimale Vorspannung in der Lagereinheit herrscht.
Aus Fig. 3 ist noch folgendes ersichtlich: Wie erwähnt, sind hier mittels des Clip-Rings 20 die beiden Innenringe 4 und 5 zusammengehalten, so dass sich eine Lagereinheit ergibt, beispielsweise in Form einer Truck Hub Unit. Hier kann über den verschieblichen Bord 10 leicht eine gewünschte Vorspannung so eingestellt werden, dass während des Transports der Lageranordnung möglicherweise auftretende Erschütterungen nicht zu Laufbahnschäden durch„Rollenschläge" führen.
Bezugszeichenliste
1 Lageranordnung
2 Wälzlager
3 Wälzlager
4 Innenring
5 Innenring
6 Außenring
7 Außenring
8 Wälzkörper
9 Wälzkörper
10 verstellbarer Bord
11 fester Bord
12 Gewinde
13 zylindrische Sitzfläche
14 Gegensitzfläche
15 Mittel zum axialen Festlegen
16 Nut
17 gehärteter axialer Endbereich 18 nicht gehärteter axialer Endbereich
19 Wellenmutter
20 Clip-Ring
21 Welle a axiale Richtung
A Verspannkreis
B Verspannkreis

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Lageranordnung
Lageranordnung (1), umfassend zwei Wälzlager (2, 3) mit jeweils einem Innenring (4, 5) und einem Außenring (6, 7) sowie zwischen den Lagerringen angeordneten Wälzkörpern (8, 9), wobei die beiden Wälzlager (2, 3) durch relative Verschiebung der Innenringe (4, 5) und/oder der Außenringe (6, 7) in axiale Richtung (a) vorgespannt werden können, wobei an den Innenringen (4, 5) und/oder an den Außenringen (6, 7) Borde (10, 11) angeordnet sind, die einen axialen Anschlag für die Wälzkörper (8, 9) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Borde (10) relativ zu dem diesen tragenden Lagerring (4) in axiale Richtung (a) verstellbar auf dem Lagerring (4) angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Bord (10) sowie der Lagerring (4) mit einem Gewinde (12) versehen sind, so dass der Bord (10) durch Verdrehen in axiale Richtung (a) relativ zum Lagerring (4) verstellbar ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wälzlager (2, 3) Kegelrollenlager sind.
4. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Borde (10, 11) an den Innenringen (4, 5) angeordnet sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Bord (10) eine zylindrische Sitzfläche (13) aufweist, die mit einer vorzugsweise engen Spielpassung zu einer Gegensitzfläche (14) am Lagerring (4) toleriert ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Bord (10) sowie der diesen tragende Lagerring (4) Mittel (15) aufweisen, mit denen der Bord (10) axial unverstellbar am Lagerring (4) festgelegt werden kann.
Lageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (15) zum axial unverstellbaren Festlegen mindestens eine sich in axiale Richtung (a) ersteckende Nut (16) umfassen, die in zumindest einen Abschnitt der Sitzfläche für den verschieblichen Bord (10) in den Lagerring (4) eingearbeitet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Bord (10) einen den Wälzkörpern (8) zugewandten gehärteten axialen Endbereich (17) aufweist sowie einen von den Wälzkörpern (8) abgewandten nicht gehärteten axialen Endbereich (18).
9. Lageranordnung nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Sitzfläche (13) des Bordes (10) und/oder der gehärtete axiale Endbereich (17) des Bordes (10) mit einer Induktivhärtung versehen sind.
10. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Bord (10) mit einem Antriebsmittel, insbesondere mit einem Motor, in Verbindung steht, mit dem der Bord (10) relativ zum Lagerring (4) verdreht werden kann.
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