DE102007004998A1

DE102007004998A1 - Drehlageranordnung

Info

Publication number: DE102007004998A1
Application number: DE102007004998A
Authority: DE
Inventors: Timur Dizlek; Josef Zylla
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2008-08-07
Also published as: WO2008092416A1; JP2010518324A; KR20090104132A; WO2008092415A1; US20100061672A1; EP2126386A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehlageranordnung (2) für eine axial genau in einem Bauteil, beispielsweise einem Gehäuse (22) zu führende Welle (18) oder dergleichen, die in den beiden Axialrichtungen unterschiedlich stark und/oder lange belastet wird. Die Drehlageranordnung (2) umfasst ein einreihiges Schrägkugellager (4) und ein einreihiges Zylinderrollenlager (6). Das Schrägkugelrollenlager (4) ist für die Aufnahme der größeren, im Betrieb auftretenden Hauptlast ausgelegt, während die entgegengesetzt wirkende kleinere Rückdruckkraft zusätzlich zu den Radialkräften vom Zylinderrollenlager (6) aufgenommen wird. Auf diese Weise kann der technische Aufwand für die Aufnahme der kleinen, im Allgemeinen zeitlich kurz auftretenden Rückdruckkraft gering gehalten werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Drehlageranordnung für eine axial genau in einem Bauteil zu führende Welle oder dergleichen, die in den beiden Axialrichtungen unterschiedlich stark und/oder lange belastet wird, umfassend eine im Wesentlichen für die Aufnahme von Axialkräften ausgelegte Schrägkugellageranordnung und eine im wesentlichen für die Aufnahme von Radialkräften ausgelegte Zylinderrollenlageranordnung.
Hintergrund der Erfindung
Mit den Begriffen "Bauteil" einerseits und "Welle oder dergleichen" andererseits sollen in weitestem Sinne alle Anordnungen erfasst werden, bei denen ein Bauteil gegenüber einem anderen drehend gelagert ist. Als Beispiele seien in einem Gehäuse drehbar gelagerte Wellen oder Naben von Lüfterrädern oder Getriebewellen genannt. Drehlageranordnungen, die sowohl axiale Kräfte als auch radiale Kräfte aufzunehmen haben, werden in vielen Fällen als Lagersätze mit getrennten Lageranordnungen für die Aufnahme der Axialkräfte einerseits und der Radialkräfte andererseits ausgeführt. Bei Aggregaten der oben genannten Art treten häufig im Betrieb relativ große axiale Kräfte in einer Wirkrichtung auf, während in der entgegengesetzten Wirkrichtung nur gelegentlich, beispielsweise beim Anlaufen und Auslaufen des Aggregates im Allgemeinen kleinere axiale Kräfte auftreten.
Aus der DE 103 57 109 A1 ist bereits eine Drehlageranordnung bekannt, bei der für die Aufnahme von Axialkräften eine Schrägkugellageranordnung und für die Aufnahme von Radialkräften eine Zylinderrollenlageranordnung vorgesehen ist. Die Schrägkugellageranordnung ist als so genanntes Vierpunktlager ausgebildet, welches Axialkräfte in beiden axialen Richtungen aufnehmen kann und soll. Die Schrägkugellageranordnung einerseits und die Zylinderrollenlageranordnung andererseits sind konstruktiv so voneinander getrennt, dass das erstere nur Axialkräfte und letztere hingegen nur Radialkräfte aufnimmt.
Ein allgemeiner Nachteil von Vierpunktlagern wird darin gesehen, dass diese standardmäßig nur mit einem Druckwinkel von etwa 35° zur Verfügung stehen, so dass bei einer auf das Lager wirkenden Axialkraft eine verhältnismäßig große Radialkraftkomponente auftritt, die nur die Rollreibungskräfte des Lagers und damit auch dessen Verschleiß erhöht, ohne einen Nutzeffekt zu bringen. Darüber hinaus sind Vierpunktlager verhältnismäßig teuer.
Es ist auch schon bekannt, als für die Aufnahme von Axialkräften ausgelegte Schrägkugellageranordnungen ein Schrägkugellagerpaar in X- oder O-Anordnung zu verwenden. Eine derartige Anordnung ist wegen der Verwendung zweier Schrägkugellager ebenfalls verhältnismäßig aufwendig sowie teuer und bedingt zudem eine relativ große axiale Baulänge des Lagers.
Beiden bekannten Drehlageranordnungen ist gemeinsam, dass der technische Aufwand zur Aufnahme einer im Allgemeinen nur kurzzeitig wirkenden und in ihrer Größe geringeren Kraft genauso groß ist wie der technische Aufwand für die Aufnahme der eigentlichen Haupt-Betriebskraft.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehlageranordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, die kostengünstig herzustellen ist, eine verhältnismäßig geringe Baulänge hat und die besser als die bekannten Drehlageranordnungen an die besonderen Betriebsbedingungen angepasst ist, bei denen neben der in einer axialen Richtung wirkenden Haupt-Betriebskraft eine im Allgemeinen hinsichtlich der Zeitdauer und der Größe geringere Rückdruckkraft auftritt.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Eigenschaft von Zylinderrollenlagern, auch bis zu einem gewissen Grad Axialkräfte aufnehmen zu können, genutzt werden kann, um die hinsichtlich der Zeitdauer und der Größe geringeren Rückdruckkräfte aufzunehmen, so dass die Schrägkugellageranordnung von dieser Aufgabe entlastet bzw. freigestellt werden kann.
Die Erfindung geht daher aus von einer Drehlageranordnung für eine axial genau in einem Bauteil zu führende Welle oder dergleichen, die in den beiden Axialrichtungen unterschiedlich stark belastet wird, umfassend eine im Wesentlichen für die Aufnahme von Axialkräften ausgelegte Schrägkugellageranordnung und eine im wesentlichen für die Aufnahme von Radialkräften ausgelegte Zylinderrollenlageranordnung. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schrägkugellageranordnung als einreihiges, für die Auf nahme der stärkeren axialen Haupt-Betriebskraft ausgelegtes Schrägkugellager ausgebildet ist, und dass die Zylinderrollenlageranordnung als einreihiges, für die Aufnahme der schwächeren axialen Rückdruckkraft ausgelegtes, als Stützlager konzipiertes Zylinderrollenlager ausgebildet ist.
Für die Aufnahme der Haupt-Betriebskraft genügt demnach ein einreihiges Schrägkugellager. Derartige Schrägkugellager stellen marktübliche, preisgünstige Maschinenelemente dar, die in unterschiedlichen Ausgestaltungen verfügbar sind. Die hinsichtlich ihrer Zeitdauer und Größe geringeren Rückdruckkräfte können ohne weiteres von einem entsprechend modifizierten Zylinderrollenlager aufgenommen werden, welches zwar eine geringfügige Erhöhung des Bauaufwandes für das Zylinderrollenlager bedeutet, was jedoch durch die Vereinfachung der Schrägkugellageranordnung mehr als kompensiert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jeweils einer, nämlich der äußere oder der innere der beiden Lagerringe einteilig ausgebildet und in beiden axialen Richtungen gegenüber dem zugeordneten Bauteil fixiert. Er kann damit sowohl die über das Schrägkugellager eingeleitete axiale Haupt-Betriebskraft als auch die über das Zylinderrollenlager eingeleitete axiale Rückdruckkraft auf das zugeordnete Bauteil übertragen. Der jeweils andere Lagerring ist vorzugsweise aus zwei Einzelringen gebildet, deren jeder in einer der zu übertragenden Axialkraft entsprechenden axialen Richtung gegenüber dem zugeordneten Bauteil (Welle) fixiert ist.
Die axial einzeitige Fixierung der beiden Einzelringe kann beispielsweise mittels einzelner Sicherungsringe erfolgen, die in zugeordnete Nuten in dem zu lagernden Bauteil eingesetzt sind. Diese Anordnung stellt sicher, dass die Haupt-Betriebskraft nur über das Schrägkugellager und die Rückdruckkraft nur über das Zylinderrollenlager in die Lageranordnung eingeleitet wird.
Um eine Axialkraftübertragung zwischen den beiden Einzelringen auszuschließen, ist zwischen diesen ein geringes Spiel vorgesehen, wie anhand eines Ausführungsbeispieles noch genauer dargelegt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehlageranordnung ist der äußere Lagerring einteilig ausgebildet, während der innere Lagerring aus zwei Einzelringen besteht.
Damit das Schrägkugellager nicht durch Radialkräfte belastet wird, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Lagerbohrungsdurchmesser des dem Schrägkugellager zugeordneten Einzelringes größer als der Durchmesser des zugeordneten Wellenabschnittes ist.
Eine genaue axiale Positionierung des zweiten Einzelringes gegenüber dem ersten Einzelring erreicht man dadurch, dass diese nach einer ersten vorläufigen Montage des zweiten Einzelringes vermessen wird, und dass gegebenenfalls ein axiales Über- bzw. Untermaß des zweiten Einzelringes durch Materialabtrag bzw. Beilegen eines Distanzringes kompensiert wird.
Die Wälzkörper des Schrägkugellagers und/oder des Zylinderrollenlagers sind vorzugsweise in einem Käfig geführt, um eine Reibung der Wälzkörper aneinander auszuschließen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Figur einen Längsschnitt durch eine Drehlageranordnung mit einem Schrägkugellager und einem Zylinderrollenlager.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Die in Figur gezeigte Drehlageranordnung 2 umfasst ein Schrägkugellager 4 und ein dazu koaxiales Zylinderrollenlager 6. Die beiden Lager haben einen gemeinsamen, einteiligen Außenring 8, an dessen Innenfläche die Laufbahnen für die Wälzkörper dieser beiden Lager, also die Kugeln 10 des Schrägkugellagers 4 und die Zylinderrollen 12 des Zylinderrollenlagers 6 ausgebildet sind. Der innere Lagerring der Drehlageranordnung 2 ist geteilt in einen ersten Einzelring 14 für das Schrägkugellager 4 und einen zweiten Einzelring 16 für das Zylinderrollenlager 6.
Die Lageranordnung 2 dient beispielsweise dazu, eine Welle 18, die im Betrieb eine größere Axialkraft in Richtung des Pfeils 20 sowie gelegentlich und für eine kürzere Zeitdauer eine kleinere Rückdruckkraft in der entgegengesetzten Richtung aufnehmen muss, radial und axial sehr genau in einem Gehäuse 22 zu führen. Die im Betrieb auftretende Hauptkraft wird von der Welle 18 über den ersten Einzelring 14, die Kugeln 10 und den Außenring 8 auf das Gehäuse 22 übertragen. Der Außenring 8 muss deshalb gegen eine Verschiebung in Richtung des Pfeils 20 im Gehäuse 22 fixiert sein, während der erste Einzelring 14 gegen eine relative Verschiebung auf der Welle 18 entgegen der Richtung des Pfeils fixiert ist, damit die Hauptkraft von der Welle 18 auf den ersten Einzelring 14 übertragen werden kann.
Die in Richtung entgegengesetzt zum Pfeil 20 wirkende Rückdruckkraft wird in entsprechender Weise von der Welle 18 über den mit einem radial nach außen weisenden Bord 24 ausgestatteten zweiten Einzelring 16, die Zylinderrollen 12 und den mit einem radial nach innen weisenden Bord 26 ausgestatteten Außenring 8 auf das Gehäuse 22 übertragen, so dass der Außenring 8 auch in der zum Pfeil 20 entgegengesetzten Richtung im Gehäuse 22 fixiert sein muss.
Um das Schrägkugellager 4 von radialen Kräften freizuhalten, ist der Durchmesser der Welle 18 zumindest in dem den ersten Einzelring 14 aufnehmenden Bereich kleiner als der Bohrungsdurchmesser des Einzelringes 14. Die axiale Fixierung des ersten Einzelrings 14 ist daher beispielsweise durch einen in eine Wellennut eingesetzten Sicherungsring 32 gewährleistet.
Um auf jeden Fall sicherzustellen, dass eine Axialkraftübertragung von einem Einzelring auf den anderen Einzelring ausgeschlossen ist, so dass die im Betrieb auftretende Hauptkraft einerseits und die entgegengesetzte Rückdruckkraft andererseits jeweils nur von dem dafür vorgesehenen Lager 4 oder 6 aufgenommen wird, ist zwischen den einander zugewandten Stirnseiten der Einzelringe 14 bzw. 16, also in der mit B bezeichneten Fuge, ein geringes Axialspiel vorgesehen.
Um eine genaue axiale Position des zweiten Einzelringes 16 gegenüber dem ersten Einzelring 14 zu erreichen, wird nach einer ersten vorläufigen Montage des zweiten Einzelringes 16 die axiale Position von dessen äußerer Stirnfläche vermessen und ein gegebenenfalls vorliegendes axiales Über- bzw. Untermaß ±X durch einen entsprechenden Materialabtrag bzw. Beilegen eines Distanzringes kompensiert.
Mit den Bezugsziffern 28 bzw. 30 sind Käfige für die Kugeln 10 bzw. die Zylinderrollen 12 bezeichnet, die diese Wälzkörper führen und eine Reibung derselben aneinander verhindern.

2: Drehlageranordnung
4: Schrägkugellager
6: Zylinderrollenlager
8: Außenring
10: Kugeln
12: Zylinderrollen
14: Erster Einzelring
16: Zweiter Einzelring
18: Welle
20: Pfeil (Axialkraft)
22: Gehäuse
24: Bord
26: Bord
28: Käfig
30: Käfig
32: Sicherungsring
B: Fuge
±X: Übermaß bzw. Untermaß

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10357109 A1 [0003]

Claims

Drehlageranordnung (2) für eine axial genau in einem Bauteil (22) zu führende Welle (18) oder dergleichen, die in den beiden Axialrichtungen unterschiedlich stark und/oder lange belastet wird, umfassend eine im Wesentlichen für die Aufnahme von Axialkräften ausgelegte Schrägkugellageranordnung und eine im Wesentlichen für die Aufnahme von Radialkräften ausgelegte Zylinderrollenlageranordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägkugellageranordnung als einreihiges, für die Aufnahme der stärkeren Axialkraft ausgelegtes Schrägkugellager (4) ausgebildet ist, und dass die Zylinderrollenlageranordnung als einreihiges, für die Aufnahme der schwächeren Axialkraft ausgelegtes, als Stützlager konzipiertes Zylinderrollenlager (6) ausgebildet ist.
Drehlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils einer, nämlich der äußere oder der innere der Lagerringe einteilig ausgebildet und in beiden axialen Richtungen gegenüber dem zugeordneten Bauteil (Gehäuse 22) fixiert ist, und dass der jeweils andere Lagerring aus zwei Einzelringen (14, 16) gebildet ist, wobei jeder der Einzelringe (14, 16) in einer der zu übertragenden Axialkraft entsprechenden axialen Richtung gegenüber dem zugeordneten Bauteil (Welle 18) fixiert ist, wobei zwischen den beiden Einzelringen (14, 16) ein eine Axialkraftübertragung ausschließendes Spiel (Fuge B) vorgesehen ist.
Drehlageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Lagerring (8) einteilig ist und der innere Lagerring aus zwei Einzelringen (14, 16) besteht.
Drehlageranordnung nach Anspruch 2 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbohrungsdurchmesser des dem Schrägkugellager (4) zugeordneten Einzelringes (14) größer als der Durchmesser des zugeordneten Abschnittes der Welle (18) ist.
Drehlageranordnung nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein nach genauer axialer Positionierung des zweiten Einzelringes (16) gegenüber dem ersten Einzelring (14) verbleibendes axiales Über- bzw. Untermaß (±X) an der äußeren Stirnfläche des zweiten Einzelringes (16) durch Abtragen bzw. Beilegen eines Distanzringes kompensiert ist.
Drehlageranordnung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (10, 12) des Schrägkugellagers (4) und/oder des Zylinderrollenlagers (6) jeweils in einem Käfig (28, 30) geführt sind.