DE102005033355A1

DE102005033355A1 - Radialwälzlager, insbesondere zur Lagerung gering belasteter Wellen in Schwermaschinen

Info

Publication number: DE102005033355A1
Application number: DE102005033355A
Authority: DE
Inventors: Alban Kronenberger; Martin Grehn; Henri Van Der Knokke
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-07-16
Filing date: 2005-07-16
Publication date: 2007-01-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager (1), welches im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring (2) mit einer inneren Laufbahn (3) und einem inneren Lagerring (4) mit einer äußeren Laufbahn (5) sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen (2, 4) angeordneter Wälzkörper (6) besteht, die mit ihren Laufflächen (7) auf den Laufbahnen (3, 5) der Lagerringe (2, 4) abrollen und durch einen Lagerkäfig (8) in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern (6) und den Lagerringen (2, 4) sind innerhalb des Radialwälzlagers (1) ein oder mehrere elastische Spannelemente (9) angeordnet, welche die Wälzkörper (6) zwischen den Laufbahnen (3, 5) der Lagerringe (2, 4) radial vorspannen. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist jedes Spannelement (9) als in einer umlaufenden Ringnut (10) in der Lauffläche (7) einzelner oder aller Wälzkörper (6) angeordneter Elastomerring (11) ausgebildet, der mit seinem Profilquerschnitt die Laufflächen (7) der jeweiligen Wälzkörper (6) überragt und eine permanente radiale Vorspannung auf die Wälzkörper (6) in Richtung beider Laufbahnen (3, 5) der Lagerringe (2, 4) erzeugt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, und sie ist insbesondere bei der Lagerung gering belasteter Wellen in Schwermaschinen, wie beispielsweise der Vertikalwelle eines Kegelbrechers, realisierbar.
Hintergrund der Erfindung
Dem Fachmann in der Wälzlagertechnik ist es allgemein bekannt, dass Radialwälzlager bei ausreichender Belastung einen optimalen kinematischen Betriebszustand aufweisen, bei dem die Wälzkörper ohne zu gleiten auf den Laufbahnen des inneren und des äußeren Lagerrings abrollen. Desweiteren ist es von niedrig belasteten, schweren Radialwälzlagern bekannt, dass sich der aus den Wälzkörpern und deren Lagerkäfig bestehende Wälzkörpersatz aufgrund der Reibung im Lager beziehungsweise aufgrund der hohen Massenkraft des Wälzkörpersatzes und der geringen Kontaktkraft zwischen den Wälzkör pern und den Laufbahnen nicht mit der kinematischen Drehzahl dreht. Die Drehzahl des Wälzkörpersatzes bleibt folglich gegenüber der kinematischen Drehzahl zurück, so dass sich die Wälzkörper in einem kinematisch nicht optimalen Zustand befinden, durch den zwischen diesen Wälzkörpern und mindestens einer Laufbahn Schlupf vorliegt. Dabei kann sich an den Kontaktflächen zwischen den Wälzkörpern und der Laufbahn ein Schmierfilm aufbauen, der jedoch bei plötzlicher Drehzahl- oder Belastungsänderung zerstört wird, so dass an den schlupfbehafteten Kontaktstellen innerhalb kürzester Zeit kein ausreichender Schmierfilm mehr vorliegt. Dies hat zur Folge, dass es zu einer metallischen Berührung der Laufbahn mit den Wälzkörpern kommt und diese auf der Laufbahn gleiten, bis die Wälzkörper auf die kinematische Drehzahl beschleunigt sind. Diese große Differenzgeschwindigkeit zwischen der Laufbahn und den Wälzkörpern sowie das Fehlen eines trennenden Schmierfilms ist somit ursächlich dafür, dass es in den Oberflächen der Laufbahn und der Wälzkörper zu hohen Tangentialspannungen kommt, die mit stärksten Verschleißerscheinungen, wie Aufrauhungen der Laufbahnen, Materialaufreißungen und Anschmierungen zumeist in Verbindung mit Mikropittings verbunden sind und zum vorzeitigen Ausfall des Radialwälzlagers führen.

Zur Vermeidung dieses Schlupfeffektes und der daraus resultierenden Nachteile wurde deshalb durch die DE 932 942 ein Wälzlager mit erhöhtem Rollwiderstand vorgeschlagen, welches im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring mit einer inneren Laufbahn und einem inneren Lagerring mit einer äußeren Laufbahn sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen auf deren Laufbahnen abrollender Wälzkörper besteht, die durch einen Lagerkäfig in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltenen werden. Bei diesem Wälzlager ist axial mittig in die Laufbahn des äußeren Lagerringes eine umlaufende Nut eingearbeitet, in der ein elastisches, in Richtung der Lagerlängsachse wirkendes Spannelement angeordnet ist, welches geringfügig über die Laufbahn des äußeren Lagerrings hervorsteht und die Wälzkörper gegen die Laufbahn des inneren Lagerrings presst.

Eine ähnliche Lösung zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern und deren Laufbahnen ist auch durch die DE 1 947 726 A1 vorbekannt. Bei dem in dieser Druckschrift offenbarten Zylinderrollenlager mit im Wesentlichen gleichen Aufbau wie das zuvor beschriebene Wälzlager sind in die Laufbahn des inneren Lagerrings an beiden axialen Randpartien zwei stufenförmige Absätze eingearbeitet, in denen zwei mit einem größeren Außendurchmesser als der Lagerring ausgebildete Kunststoffringe kraft- oder formschlüssig befestigt sind, die die Wälzkörper gegen die Laufbahn des äußeren Lagerrings pressen.

Nachteilig bei den bekannten Radialwälzlagern ist es jedoch, dass die in den Laufbahnen des inneren oder des äußeren Lagerringes angeordneten Nuten oder Absätze sich in jedem Fall im Hinblick auf die Belastbarkeit der Lager ungünstig auswirken, da damit die tragende Länge der Laufbahnen für die Wälzkörper verkürzt wird. Die tragende Länge der Laufbahnen für die Wälzkörper ist jedoch eines der wesentlichen Parameter der Tragzahl zur Lebensdauerberechnung, so dass derartige Radialwälzlager zum Erreichen der vorgesehenen tragenden Länge der Laufbahnen kostenaufwändig axial breiter und/oder mit verstärkten Lagerringen ausgebildet werden müssen. Zusätzlich haben sich die in den Laufbahnen des inneren oder des äußeren Lagerringes angeordneten Nuten oder Absätze noch dahingehend als nachteilig erwiesen, dass auch die Tragfähigkeit der Lagerringe gegenüber äußeren Zwangskräften, wie beispielsweise im Lagersitz oder beim Handling in der Fertigung, geschwächt wird. Ein in einer Nut in der Laufbahn des äußeren Lagerrings angeordneter Kunststoffring hat zudem noch den Nachteil, dass dieser durch seine Flexibilität seine Form stark verändern kann und somit die Lagermontage erschwert.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Radialwälzlager, insbesondere zur Lagerung gering belasteter Wellen in Schwerma schinen, zu konzipieren, bei dem zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern und deren Laufbahnen ein Spannelement verwendet wird, mit dem weder die tragende Länge der Laufbahnen für die Wälzkörper verkürzt noch die Tragfähigkeit der Lagerringe gegenüber äußeren Zwangskräften geschwächt wird und welches sich durch eine einfache Montierbarkeit auszeichnet.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Radialwälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass jedes Spannelement als in einer umlaufenden Ringnut in der Lauffläche einzelner oder aller Wälzkörper angeordneter Elastomerring ausgebildet ist, der mit seinem Profilquerschnitt die Laufflächen der jeweiligen Wälzkörper überragt und eine permanente radiale Vorspannung auf die Wälzkörper in Richtung beider Laufbahnen der Lagerringe erzeugt.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Danach ist es gemäß Anspruch 2 bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlager vorgesehen, dass in der Lauffläche einzelner oder aller Wälzkörper entweder axial mittig eine Ringnut oder alternativ axial seitlich zwei Ringnuten mit jeweils rechteckigem Profilquerschnitt angeordnet ist/sind, in der/denen entweder ein Elastomerring oder zwei Elastomerringe mit jeweils kreisrundem Profilquerschnitt befestigt ist/sind. Die Ausführungsform mit einem in einer axial mittigen Ringnut befestigten Elastomerring hat dabei den Vorteil, dass sie einfacher herstellbar und somit kostengünstiger ist, während die Ausführungsform mit zwei in zwei seitlichen Ringnuten befestigten Elastomerringen den Vorteil hat, dass damit nachteilige Schränkbewegungen der Wälzkörper nahezu ausgeschlossen werden können. Die Fixierung der Elastomerringe in den Ringnuten erfolgt dabei durch deren Elastizität, wobei die Anordnung von im Profilquerschnitt kreisrunden Elastomerringen in Ringnuten mit einem recht eckigen Profilquerschnitt den Vorteil hat, dass die Elastomerringe bei Belastung der entsprechenden Wälzkörper ohne Quetschungen vollständig in die Ringnuten verdrängt werden und somit vor frühzeitigem Verschleiß geschützt sind.

Nach Anspruch 3 ist es ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers, dass von der Gesamtanzahl der Wälzkörper bevorzugt nur eine geringe Anzahl in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordneter Wälzkörper mit einer Ringnut und einem Elastomerring in ihrer Lauffläche ausgebildet ist, welche die größere Anzahl herkömmlich ausgebildeter Wälzkörper über den Lagerkäfig antreibt. Als ausreichend haben sich dabei drei am Umfang der Laufbahnen gleichmäßig verteilte Wälzkörper erwiesen, die somit infolge ihrer radialen Verspannung zwischen den Lagerringen als Antriebselemente für die übrigen Wälzkörper und für den Lagerkäfig dienen. Darüber hinaus wird dadurch die Anzahl der durch die Ringnuten eine verkürzte tragenden Länge aufweisenden Wälzkörper auf ein Minimum reduziert, so dass die Wälzkörper ohne Ringnut und Elastomerring weiterhin die ursprüngliche Tragfähigkeit aufweisen und die Tragfähigkeit des Radialwälzlagers insgesamt nur unwesentlich verringert wird.

Als vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers wird es durch Anspruch 4 schließlich noch vorgeschlagen, dass die antreibenden Wälzkörper zur Reduzierung ihrer Lastaufnahme einen geringfügig kleineren Durchmesser als die übrigen Wälzkörper aufweisen und dass die Käfigtaschen dieser Wälzkörper in ihren Axialstegen mit zusätzlichen Ausnehmungen für die über die Laufflächen dieser Wälzkörper hervorstehenden Elastomerringe ausgebildet sind. Durch die Ausbildung der antreibenden Wälzkörper mit einen geringfügig kleineren Durchmesser als die übrigen Wälzkörper werden die antreibenden Wälzkörper somit vor einer Überlastung geschützt aber gleichzeitig als Tragelemente des Radialwälzlagers mit reduzierter Lastaufnahme genutzt. Auch dies trägt dazu bei, dass die Tragfähigkeit eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers insgesamt nur unwesentlich verringert wird. Die zusätzlichen Ausnehmungen für die über die Laufflächen die ser Wälzkörper hervorstehenden Elastomerringe in den Käfigtaschen dieser Walzkörper dienen dagegen der freien Drehbarkeit dieser Wälzkörper und sind bevorzugt als im Profil rechteckige Ausklinkungen ausgebildet.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Radialwälzlager weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Radialwälzlagern den Vorteil auf, dass zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern und deren Laufbahnen keine Spannelemente in den Lagerringen sondern ein oder mehrere Elastomerring(e) an lediglich einzelnen Wälzkörpern verwendet werden und somit weder die tragende Länge der Laufbahnen für die Wälzkörper verkürzt noch die Tragfähigkeit der Lagerringe gegenüber äußeren Zwangskräften geschwächt wird. Zwar wird bei den mit einem oder mehreren Elastomerringen ausgebildeten Wälzkörpern ebenfalls deren tragende Länge verkürzt, jedoch bewegt sich die damit verbundene Traglastminderung gegenüber bekannten Radialwälzlagern mit einer oder zwei komplett umlaufenden Nut(en) in der Lauffläche eines der Lagerringe in vernachlässigbaren Größen. Darüber hinaus zeichnet sich das erfindungsgemäß ausgebildete Radialwälzlager gegenüber Radialwälzlagern mit Kunststoffringen als Spannelemente durch eine einfache Montierbarkeit der verwendeten Elastomerringe aus, da diese aufgrund ihrer hohen Elastizität einfach über die Wälzkörper übergestreift werden können. Dadurch wird die Montage eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers ähnlich kostengünstig wie die eines herkömmlichen Radialwälzlagers. Da der eingangs beschriebene Schlupfeffekt zwischen den Wälzkörpern und deren Laufbahnen jedoch nicht nur bei Radialwälzlagern sondern auch bei Axialwälzlagern auftritt, ist es natürlich auch möglich, diese in erfindungsgemäßer Weise auszubilden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen vergrößerten Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers;
2 einen vergrößerten Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers;
3 eine Gesamtansicht eines Längsschnittes durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Radialwälzlagers;
4 eine vergrößerte Darstellung einer Käfigtasche des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers mit einem Wälzkörper.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Aus den 1 und 2 geht deutlich jeweils ein als Zylinderrollenlager ausgebildetes Radialwälzlager 1 hervor, welches im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring 2 mit einer inneren Laufbahn 3 und einem inneren Lagerring 4 mit einer äußeren Laufbahn 5 sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen 2, 4 angeordneter Wälzkörper 6 besteht, die mit ihren Laufflächen 7 auf den Laufbahnen 3, 5 der Lagerringe 2, 4 abrollen und durch einen Lagerkäfig 8 in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Desweiteren ist in 1 zu sehen, dass bei diesem Radialwälzlager 1 zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern 6 und den Lagerringen 2, 4 innerhalb des Radialwälzlagers 1 ein oder mehrere elastische Spannelemente 9 angeordnet sind, welche die Wälzkörper 6 zwischen den Laufbahnen 3, 5 der Lagerringe 2, 4 radial vorspannen.
Darüber hinaus ist den 1 und 2 entnehmbar, dass jedes dieser Spannelemente 9 erfindungsgemäß als in einer umlaufenden Ringnut 10 in der Lauffläche 7 einzelner oder aller Wälzkörper 6 angeordneter Elastomerring 11 ausgebildet ist, der mit seinem Profilquerschnitt die Laufflächen 7 der jeweiligen Wälzkörper 6 überragt und eine permanente radiale Vorspannung auf die Wälzkörper 6 in Richtung beider Laufbahnen 3, 5 der Lagerringe 2, 4 erzeugt.
Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist dabei in der Lauffläche 7 einzelner oder aller Wälzkörper 6 lediglich axial mittig eine Ringnut 10 angeordnet, in der nur ein Elastomerring 11 mit kreisrundem Profilquerschnitt befestigt ist, während bei der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform in der Lauffläche 7 einzelner oder aller Wälzkörper 6 axial seitlich zwei Ringnuten 10, 10' mit jeweils rechteckigem Profilquerschnitt angeordnet sind, in denen dementsprechend zwei Elastomerringe 11, 11' mit jeweils kreisrundem Profilquerschnitt befestigt sind. Die Elastomerringe 11, 11' sind dabei im Innendurchmesser nur wenig kleiner als der Außendurchmesser der Wälzkörper 6 ausgebildet, so dass diese bei der Montage einfach über die Wälzkörper 6 übergestreift werden können und durch ihre Elastizität in den Ringnuten 10, 10' fixiert werden. Aus 3 ist desweiteren ersichtlich, dass bei dem beispielhaft dargestellten Radialwälzlager 1 von der Gesamtanzahl der Wälzkörper 6 lediglich drei in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnete Wälzkörper 12 mit einer Ringnut 10 und einem Elastomerring 11 in ihrer Lauffläche 7 ausgebildet sind und dass diese Wälzkörper 12 die größere Anzahl herkömmlich ausgebildeter Wälzkörper 6 über den Lagerkäfig 8 antreibt. Dabei weisen die antreibenden Wälzkörper 12 zur Reduzierung ihrer Lastaufnahme einen geringfügig kleineren Durchmesser als die übrigen Wälzkörper 6 auf, so dass diese vor einer Überlastung geschützt sind aber gleichzeitig als Tragelemente des Radialwälzlagers 1 mit reduzierter Lastaufnahme genutzt werden.
Durch 4 wird schließlich noch deutlich, dass die Käfigtaschen 13 der antreibenden Wälzkörper 12 im Lagerkäfig 8 in ihren Axialstegen 14 mit zusätzlichen Ausnehmungen 15 für die über die Laufflächen 7 dieser Wälzkörper 12 hervorstehenden Elastomerringe 11 ausgebildet sind. Diese Ausnehmungen 15 werden deutlich sichtbar durch rechteckige Ausklinkungen gebildet und dienen der freien Drehbarkeit der antreibenden Wälzkörper 12.

1: Radialwälzlager
2: äußerer Lagerring
3: innere Laufbahn
4: innerer Lagerring
5: äußere Laufbahn
6: Wälzkörper
7: Laufflächen
8: Lagerkäfig
9: Spannelement
10: Ringnut
10': Ringnut
11: Elastomerring
11': Elastomerring
12: antreibende Wälzkörper
13: Käfigtaschen
14: Axialstege
15: Ausnehmungen

Claims

Radialwälzlager, insbesondere zur Lagerung gering belasteter Wellen in Schwermaschinen, welches im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring (2) mit einer inneren Laufbahn (3) und einem inneren Lagerring (4) mit einer äußeren Laufbahn (5) sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen (2, 4) angeordneter Wälzkörper (6) besteht, die mit ihren Laufflächen (7) auf den Laufbahnen (3, 5) der Lagerringe (2, 4) abrollen und durch einen Lagerkäfig (8) in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden, wobei zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern (8) und den Lagerringen (2, 4) innerhalb des Radialwälzlagers (1) ein oder mehrere elastische Spannelemente (9) angeordnet sind, welche die Wälzkörper (6) zwischen den Laufbahnen (3, 5) der Lagerringe (2, 4) radial vorspannen, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Spannelement (9) als in einer umlaufenden Ringnut (10) in der Lauffläche (7) einzelner oder aller Wälzkörper (6) angeordneter Elastomerring (11) ausgebildet ist, der mit seinem Profilquerschnitt die Laufflächen (7) der jeweiligen Wälzkörper (6) überragt und eine permanente radiale Vorspannung auf die Wälzkörper (6) in Richtung beider Laufbahnen (3, 5) der Lagerringe (2, 4) erzeugt.
Radialwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lauffläche (7) einzelner oder aller Wälzkörper (6) entweder axial mittig eine Ringnut (10) oder alternativ axial seitlich zwei Ringnuten (10, 10') mit jeweils rechteckigem Profilquerschnitt angeordnet ist/sind, in der/denen entweder ein Elastomerring (11) oder zwei Elastomerringe (11, 11') mit jeweils kreisrundem Profilquerschnitt befestigt ist/sind.
Radialwälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass von der Gesamtanzahl der Wälzkörper (6) bevorzugt nur eine geringe Anzahl in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordneter Wälzkörper (12) mit einer Ringnut (10) und einem Elastomerring (11) in ihrer Lauffläche (7) ausgebildet ist, welche die größere Anzahl herkömmlich ausgebildeter Wälzkörper (6) über den Lagerkäfig (8) antreibt.
Radialwälzlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die antreibenden Wälzkörper (12) zur Reduzierung ihrer Lastaufnahme einen geringfügig kleineren Durchmesser als die übrigen Wälzkörper (6) aufweisen und dass die Käfigtaschen (13) dieser Wälzkörper (12) in ihren Axialstegen (14) mit zusätzlichen Ausnehmungen (15) für die über die Laufflächen (7) dieser Wälzkörper (12) hervorstehenden Elastomerringe (11) ausgebildet sind.