DE102007013482A1

DE102007013482A1 - Kegelrollenlager

Info

Publication number: DE102007013482A1
Application number: DE102007013482A
Authority: DE
Inventors: Roland Harich
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2007-03-21
Filing date: 2007-03-21
Publication date: 2008-10-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager mit kegeligen Wälzkörpern (7), die in einer vollrolligen Anordnung zwischen einer inneren kegeligen Laufbahn (2) und einer äußeren kegeligen Laufbahn (6) abrollen. Das erfindungsgemäße Kegelrollenlager zeichnet sich dadurch aus, dass die Wälzkörper (7) in einem Käfig (8) geführt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Lageranordnung eines Bohrkopfes.
Kegelrollenlager zeichnen sich unter anderem dadurch aus, dass sie gleichzeitig radiale und axiale Kräfte aufnehmen können. Außerdem ist es bei Kegelrollenlagern mit relativ einfachen Mitteln möglich, eine definierte Lagervorspannung bzw. ein definiertes Lagerspiel einzustellen. Abhängig von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung können Kegelrollenlager in vielfältiger Ausführung zum Einsatz kommen. Insbesondere ist es bekannt, zur Erzielung einer hohen Tragzahl auf die Verwendung eines Käfigs zu verzichten, der die Wälzkörper auf einen definierten Abstand zueinander hält. Ein derart ausgebildetes Kegelrollenlager wird als vollrolliges Kegelrollenlager bezeichnet und weist die maximale Anzahl von Wälzkörpern auf, die bei der jeweils vorliegenden Geometrie möglich ist.
Ein vollrolliges Kegelrollenlager ist beispielsweise aus der DE 78 28 401 U1 bekannt. Dort ist ein Rollenmeißel mit mehreren Schneidrollen offenbart, die jeweils unter anderem in einem Axialkegelrollenlager gelagert sind. Die Axialkegelrollenlager weisen keinen Käfig auf und sind vollrollig ausgeführt, so dass sich die Kegelrollen entlang ihrer Mantelfläche gegenseitig berühren.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kegelrollenlager mit einer hohen Tragzahl zu schaffen, das auch bei einer hohen Belastung eine akzeptable Lebensdauer aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Kegelrollenlager mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Kegelrollenlager weist kegelige Wälzkörper auf, die in einer vollrolligen Anordnung zwischen einer inneren kegeligen Laufbahn und einer äußeren kegeligen Laufbahn abrollen. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers besteht darin, dass die Wälzkörper in einem Käfig geführt sind.
Da in einem vollrolligen Kegelrollenlager nur sehr wenig Platz für einen Käfig zur Verfügung steht, kommt es beim erfindungsgemäßen Kegelrollenlager zu einer erheblichen Unterschreitung der üblicherweise für den Käfig vorgesehenen Materialstärke. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei einer geeigneten Auslegung der Geometrie und des Materials ein ausreichend haltbarer Käfig im erfindungsgemäßen Kegelrollenlager untergebracht werden kann.
Mittels der vollrolligen Anordnung der Wälzkörper lässt sich für einen gegebenen Bauraum eine hohe statische Tragzahl erzielen. Gleichzeitig kann der Verschleiß relativ gering gehalten werden, da durch die Führung der Wälzkörper im Käfig Schiefstellungen der Wälzkörper und negative Wechselwirkungen der Wälzkörper untereinander weitgehend vermieden werden können. Insgesamt können somit die Vorteile einer vollrolligen Konstruktion und einer Konstruktion mit durch einen Käfig separierten Wälzkörpern kombiniert werden, ohne dass die jeweiligen Nachteile dieser Konstruktionen in einem unzulässigen Maß zu Tage treten.
Das erfindungsgemäße Kegelrollenlager ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sich der Käfig auf den Wälzkörpern abstützt. Dies hat den Vorteil, dass der für den Käfig verfügbare Platz relativ gut ausgeschöpft werden und die Käfigkonstruktion einfach gehalten werden kann. Außerdem wird das Risiko einer Überbeanspruchung des aus Platzgründen relativ schwach ausgelegten Käfigs reduziert.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Käfig durch Stege voneinander getrennte Taschen aufweist, in denen die Wälzkörper angeordnet sind. Die Stege können den Wälzkörpern zugewandte Seitenflächen aufweisen, deren Formgebung an die Wälzkörper angepasst ist. Ein derart ausgebildeter Käfig lässt sich mit relativ geringem Aufwand herstellen und gewährleistet eine zuverlässige Führung der Wälzkörper.
Vorzugsweise sind die Stege radial außerhalb der Rotationsachsen der Wälzkörper angeordnet. Dadurch kann eine verliersichere Fixierung der Wälzkörper erzielt werden, solange noch keine äußere Laufbahn vorhanden ist, d. h. beispielsweise bis zur vollständigen Montage des Kegelrollenlagers.
Vorzugsweise ist zwischen den Stegen und der äußeren Laufbahn ein lichter Abstand von wenigstens 1% des maximalen Durchmessers der Wälzkörper ausgebildet. Dabei ist es von Vorteil, wenn der lichte Abstand maximal 5%, vorzugsweise maximal 3% des maximalen Durchmessers der Wälzkörper beträgt. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Stege eine mittlere Erstreckung in Umfangsrichtung aufweisen, die wenigstens so groß wie die mittlere Erstreckung der Stege in Radialrichtung ist. Mit einer derartigen Geometrie lässt sich eine gute Balance zwischen der mechanischen Stabilität des Käfigs und den Abrolleigenschaften der Wälzkörper erreichen.
Der Käfig kann an einem ersten axialen Ende einen ersten Seitenring und/oder an einem zweiten axialen Ende einen zweiten Seitenring aufweisen. Die Seitenringe verleihen dem Käfig eine hohe mechanische Stabilität. Bevorzugt weist der Käfig einen Außendurchmesser auf, der vom ersten axialen Ende zum zweiten axialen Ende zunimmt. Weiterhin kann am ersten Seitenring ein radial einwärts gerichteter Flansch ausgebildet sein. Der Flansch erhöht die mechanische Stabilität des Käfigs.
Vorzugsweise ist der Käfig einteilig ausgebildet. Dadurch können durch Verbindungsstellen bedingte Schwachstellen vermieden werden. Außerdem ist eine kostengünstige Fertigung möglich.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Käfig als ein Blechteil ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich mit einem geringen Materialeinsatz eine mechanisch stabile Konstruktion erzielen. Dies gilt insbesondere, wenn der Käfig gehärtet ist.
Die innere Laufbahn kann Bestandteil eines Innenrings und/oder die äußere Laufbahn Bestandteil eines Außenrings sein. Der Innenring kann wenigstens eine radial auswärts gerichtete Schulter aufweisen, an der die Wälzkörper axial anlaufen. Die Schulter trägt zusätzlich zum Käfig zur Führung der Wälzkörper bei.
Der Innenring und/oder der Außenring sind vorzugsweise einsatzgehärtet. Die Wälzkörper sind vorzugsweise durchgehärtet. Dadurch lassen sich bei einem vertretbaren Fertigungsaufwand gute mechanische Eigenschaften und eine hohe Lebensdauer des erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers erzielen.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Lageranordnung eines Bohrkopfes, bei der wenigstens ein erfindungsgemäßes Kegelrollenlager vorgesehen ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kegelrollenlagers in Schnittdarstellung,
2 ein Ausführungsbeispiel des Käfigs in Schnittdarstellung und
3 das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des Kegelrollenlagers in einer weiteren Schnittdarstellung.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kegelrollenlagers in Schnittdarstellung.
Das Kegelrollenlager ist als ein Radiallager ausgebildet und weist einen Innenring 1 mit einer kegelig ausgebildeten inneren Laufbahn 2 auf. Die innere Laufbahn 2 erstreckt sich lateral zwischen einer kleinen Schulter 3 und einer großen Schulter 4, die jeweils radial über den unmittelbar benachbarten Bereich der inneren Laufbahn 2 überstehen. Der Durchmesser der inneren Laufbahn 2 nimmt von der kleinen Schulter 3 zur großen Schulter 4 zu.
Weiterhin weist das Kegelrollenlager einen Außenring 5 mit einer kegelig ausgebildeten äußeren Laufbahn 6 auf. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Außenring 5 schulterlos ausgeführt. Der Außenring 5 weist in Radialrichtung eine sehr geringe Materialstärke auf, die deutlich kleiner ist als die Materialstärke des Innenrings 1.
Zwischen der inneren Laufbahn 2 und der äußeren Laufbahn 6 rollen kegelig ausgebildete Wälzkörper 7 ab. Die Wälzkörper 7 werden in einem Käfig 8 geführt, der anhand von 2 näher erläutert wird.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Käfigs 8 in Schnittdarstellung.
Der Käfig 8 weist eine Vielzahl von Taschen 9 zur Aufnahme der Wälzkörper 7 auf. Die Taschen 9 sind durch Stege 10 voneinander getrennt, die den Wälzkörpern 7 zugewandte Seitenflächen 11 aufweisen. Die Formgebung der Seitenflächen 11 ist an die Wälzkörper 7 angepasst. Die Stege 10 sind sehr schmal ausgebildet und erstrecken sich jeweils zwischen einem kleinen Seitenring 12 und einem großen Seitenring 13 des Käfigs 8. Der große Seitenring 13 weist einen größeren Außendurchmesser auf als der kleine Seitenring 12. Am kleinen Seitenring 12 ist ein radial einwärts gerichteter Flansch 14 ausgebildet. Der Käfig 8 ist vorzugsweise einteilig ausgebildet, d. h. sämtliche vorstehend beschriebenen Komponenten sind aus einem gemeinsamen Materialstück hergestellt.
Die Einbaugeometrie des Käfigs 8 im Kegelrollenlager wird im Folgenden insbesondere anhand von 3 näher erläutert.
3 zeigt das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des Kegelrollenlagers in einer weiteren Schnittdarstellung. Der Schnitt verläuft entlang der in 1 eingezeichneten Schnittlinie AA, wobei lediglich ein Teilbereich des Kegelrollenlagers dargestellt ist.
Die Stege 10 des Käfigs 8 verlaufen radial außerhalb der Rotationsachsen der Wälzkörper 7 und stützen sich im Bereich ihrer Seitenflächen 11 auf den Wälzkörpern 7 ab. Der Käfig 8 ist somit wälzkörpergeführt. Durch diese Anordnung der Stege 10 ist es möglich, das Kegelrollenlager vollrollig auszubilden. Dies bedeutet, dass benachbarte Wälzkörper 7 durch die dazwischen angeordneten Stege 10 des Käfigs 8 nicht auf Abstand gehalten werden, sondern einander berühren können. Auf diese Weise kann die Anzahl der Wälzkörper 7 im Vergleich zu einem herkömmlichen Kegelrollenlager gleicher Abmessungen, bei dem die Wälzkörper 7 durch den Käfig 8 auf Abstand gehalten werden, erhöht werden. Demgemäß erhöht sich auch die statische Tragzahl des in 3 dargestellten Kegelrollenlagers gegenüber einem herkömmlichen Kegelrollenlager.
Die radiale Position der Stege 10 wird vorzugsweise so gewählt, dass der lichte Abstand zwischen den Stegen 10 und der äußeren Laufbahn 6 des Außenrings 5 wenigstens 1% des maximalen Durchmessers der Wälzkörper 7 beträgt. Soweit dies für den jeweiligen Anwendungsfall eine ausreichende Stabilität des Käfigs ergibt, kann vorgesehen werden, dass die Grenze von 1% für den lichten Abstand zwischen den Stegen 10 und der äußeren Laufbahn 6 des Außenrings 5 nicht ausgeschöpft wird. In vielen Fällen wird der lichte Abstand maximal 5%, vorzugsweise maximal 3%, des maximalen Durchmessers der Wälzkörper 7 betragen. Die mittlere Erstreckung der Stege 10 in Umfangsrichtung wird wenigstens so groß gewählt wie die mittlere Erstreckung der Stege 10 in Radialrichtung. Dabei sind die Mittelwerte jeweils als arithmetisches Mittel definiert.
Obwohl der Käfig 8 den Abstand der Wälzkörper 7 nicht oder nur sehr geringfügig beeinflusst, hat er dennoch großen Einfluss auf die Funktionsfähigkeit des Kegelrollenlagers. Durch die Anordnung der Wälzkörper 7 in den Taschen 9 des Käfigs 8 wird nämlich eine Schiefstellung der Wälzkörper 7, die einen erhöhten Verschleiß zur Folge hätte, verhindert. Die Führung der Wälzkörper 7 an den Schultern 3, 4 des Innenrings 1 wirkt zwar ebenfalls einer Schiefstellung entgegen. Bei langen dünnen Wälzkörpern 7, d. h. bei Wälzkörpern 7, deren Länge erheblich größer als deren mittlerer Durchmesser ist, reicht die Führung durch die Schultern 3, 4 mitunter nicht aus, um eine Schiefstellung zu verhindern. Infolge der möglichen Einwirkung über die gesamte Länge der Wälzkörper 7 kann in diesen Fällen eine Schiefstellung der Wälzkörper 7 jedoch sehr effektiv durch die Stege 10 des Käfigs 8 verhindert werden.
Die Montage des Kegelrollenlagers kann erfolgen, indem der Käfig 8 radial aufgeweitet oder ausgebeult wird und dann mit den Wälzkörpern 7 bestückt über die kleine Schulter 3 auf den Innenring 1 aufgeschoben wird. Danach wird der Käfig 8 wieder radial eingezogen.
Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel des Kegelrollenlagers können die Materialien der Komponenten insbesondere nach folgenden Vorgaben gewählt werden:
Der Innenring 1 und der Außenring 5 können aus einsatzgehärtetem Stahl bestehen. Die Wälzkörper 7 können aus durchgehärtetem Stahl bestehen. Für den Käfig 8 kann ebenfalls ein durchgehärteter Stahl verwendet werden.
Diese Materialwahl eignet sich auch für andersartig ausgebildete Ausführungsbeispiele des Kegelrollenlagers. Ebenso ist es auch möglich, beim beschriebenen Ausführungsbeispiel oder bei sonstigen Ausführungsbeispielen von diesen Materialien abzuweichen. Beispielsweise kann für die Wälzkörper 7 ebenfalls ein einsatzgehärteter Stahl eingesetzt werden. Für den Käfig 8 kommt als ein Alternativmaterial beispielsweise Kunststoff in Betracht.
Das Kegelrollenlager eignet sich beispielsweise zur Lagerung von Schneidrollen eines Bohrkopfes. Derartige Bohrköpfe kommen zum Beispiel bei Tunnelbohrmaschinen zum Einsatz und sind dabei in der Regel sehr hohen Belastungen ausgesetzt.

1: Innenring
2: innere Laufbahn
3: kleine Schulter
4: große Schulter
5: Außenring
6: äußere Laufbahn
7: Wälzkörper
8: Käfig
9: Tasche
10: Steg
11: Seitenfläche
12: kleiner Seitenring
13: großer Seitenring
14: Flansch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 7828401 U1 [0003]

Claims

Kegelrollenlager mit kegeligen Wälzkörpern (7), die in einer vollrolligen Anordnung zwischen einer inneren kegeligen Laufbahn (2) und einer äußeren kegeligen Laufbahn (6) abrollen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (7) in einem Käfig (8) geführt sind.
Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Käfig (8) auf den Wälzkörpern (7) abstützt.
Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (8) durch Stege (10) voneinander getrennte Taschen (9) aufweist, in denen die Wälzkörper (7) angeordnet sind.
Kegelrollenlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (10) den Wälzkörpern (7) zugewandte Seitenflächen (11) aufweisen, deren Formgebung an die Wälzkörper (7) angepasst ist.
Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (10) radial außerhalb der Rotationsachsen der Wälzkörper (7) angeordnet sind.
Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Stegen (10) und der äußeren Laufbahn (6) ein lichter Abstand von wenigstens 1% des maximalen Durchmessers der Wälzkörper (7) ausgebildet ist.
Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Stegen (10) und der äußeren Laufbahn (6) ein lichter Abstand von maximal 5%, vorzugsweise maximal 3% des maximalen Durchmessers der Wälzkörper (7) ausgebildet ist.
Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (10) eine mittlere Erstreckung in Umfangsrichtung aufweisen, die wenigstens so groß wie die mittlere Erstreckung der Stege (10) in Radialrichtung ist.
Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (8) an einem ersten axialen Ende einen ersten Seitenring (12) und/oder an einem zweiten axialen Ende einen zweiten Seitenring (13) aufweist.
Kegelrollenlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (8) einen Außendurchmesser aufweist, der vom ersten axialen Ende zum zweiten axialen Ende zunimmt.
Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Seitenring (12) ein radial einwärts gerichteter Flansch (14) ausgebildet ist.
Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (8) einteilig ausgebildet ist.
Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (8) als ein Blechteil ausgebildet ist.
Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (8) gehärtet ist.
Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Laufbahn (2) Bestandteil eines Innenrings (1) und/oder die äußere Laufbahn (6) Bestandteil eines Außenrings (5) ist.
Kegelrollenlager nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (1) wenigstens eine radial auswärts gerichtete Schulter (3, 4) aufweist, an der die Wälzkörper (7) axial anlaufen.
Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (1) und/oder der Außenring (5) einsatzgehärtet ist.
Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (7) durchgehärtet sind.
Lageranordnung eines Bohrkopfes, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist.