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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, insbesondere ein Kegelrollenlager, welches einen Lagerring und eine Anzahl von Wälzkörpern umfasst und wobei der Lagerring ein Blechteil ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein Wälzlager wird beispielsweise in einem Kraftfahrzeuggetriebe zur Lagerung einer Welle eingesetzt. Das Getriebegehäuse besteht in der Regel aus Aluminium, die Welle ist üblicherweise aus Stahl gefertigt und beispielsweise mittels angestellter Kegelrollenlager gelagert. Dabei werden die Kegelrollenlager typischerweise paarweise spiegelbildlich zueinander eingebaut (X- oder O-Anordnung).
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Die
DE 18 00 673 A beschreibt ein Kegelrollenlager, das einen Außenring und einen Innenring, sowie zwischen diesen angeordnete Kegelrollen aufweist. Der Außenring und der Innenring sind aus einem Blech geformt.
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In der
DE 10 2005 027 897 A1 ist ebenfalls ein Rollenlager mit einem Außenring und mit einer Reihe von dem Außenring umfasster Rollen offenbart. Die Rotationssymmetrieachsen der Rollen sind zur Rotationsachse des Rollenlagers geneigt und der Außenring ist aus einem Blech hergestellt.
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Bei der Montage eines Kegelrollenlagers soll durch Einstellung einer spezifischen Vorspannung unter anderem eine möglichst hohe Tragfähigkeit und Positionsgenauigkeit der Lager erreicht werden. Die Montage eines Wälzlagers erfordert deshalb bekanntermaßen eine genaue Beachtung der Umgebungsbedingungen wie beispielsweise der Temperatur, der Werkstoffe des Gehäuses und der Welle und der zu erwartenden auftretenden Belastungen.
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Bei Maschinenelementen, die aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, treten bei sich ändernden Betriebstemperaturen unterschiedliche Längenänderungen und damit relative Abstandsänderungen auf. Dies macht sich insbesondere bei einem Aluminiumgehäuse im Vergleich zu einer aus Stahl gefertigten Welle bemerkbar. Hier kommt es bei Temperaturwechseleinwirkung aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Aluminium und Stahl und der daraus resultierenden insbesondere unterschiedlichen radialen Längenänderungen regelmäßig zu einer Reduzierung bis hin zum Verlust der eingestellten Vorspannung des Wälzlagers. Das kann sich nachteilig auf das Tragverhalten des Lagers auswirken. Ferner kann dies zu Geräuschbildung und einer verringerten Lebensdauer des Wälzlagers führen.
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Aufgabe der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Wälzlagers, bei dem bei sich ändernden Betriebsbedingungen die Vorspannung im Wesentlichen aufrecht erhalten bleibt.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Demnach umfasst ein Wälzlager, insbesondere ein Kegelrollenlager, in bekannter Weise einen Lagerring und eine Anzahl von Wälzkörpern. Der Lagerring ist ein Blechteil und ist erfindungsgemäß mittels eines Laufbahnabschnitts elastisch gegen die Wälzkörper vorgespannt.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass in einem montierten Wälzlager eine bei der Montage eingestellte Vorspannung während der gesamten Betriebsdauer möglichst erhalten bleiben sollte, um insbesondere ein annähernd gleichbleibendes Tragverhalten und eine lange Lebensdauer des Lagers zu gewährleisten. Weiter geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass bei der Montage des Wälzlagers die Vorspannung nur für einen bestimmten Betriebspunkt für bestimmte Umgebungsparameter ideal einstellbar ist. Bei Änderung der Umgebungsbedingungen, beispielsweise bei steigender Temperatur und dadurch hervorgerufener Wärmeausdehnung, ändert sich auch die nötige Vorspannung. Daher sieht die Erfindung vor, den Laufbahnabschnitt eines Lagerrings so zu gestalten, dass ein möglicher Verlust der Vorspannung kompensiert werden kann.
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Dazu ist der Lagerring aus einem Blech gefertigt und weist somit eine relativ geringe Wandstärke auf. Insbesondere ist der Lagerring aus einem Stahlblech gefertigt und kann einem Härtevorgang unterzogen worden sein. Der Laufbahnabschnitt des Lagerrings, d.h. der axiale Abschnitt des Lagerrings, der im montierten Zustand zumindest teilweise in direktem Kontakt mit der Oberfläche der Wälzkörper steht, weist insofern elastische Verformeigenschaften auf. Die Erfindung greift diese Erkenntnis auf, und sieht daher vor, den Lagerring mittels seines Laufbahnabschnitts gegen die Wälzkörper vorzuspannen.
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Bevorzugt ist die Dicke des Blechs abhängig vom Durchmesser der Wälzkörper. Vorteilhaft weist das Blech bei einem Durchmesser der Wälzkörper von bis zu 8,5 mm eine Mindestdicke von etwa 2 mm auf. Bei einem Durchmesser der Wälzkörper größer als 8,5 mm bis 10,5 mm weist das Blech vorteilhaft eine Mindestdicke von etwa 3 mm auf. Bei einem Durchmesser der Wälzkörper größer 10,5 mm sollte das Blech eine Mindestdicke größer als 3 mm aufweisen.
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Das Wälzlager wird dabei derart montiert, dass eine elastische Verformung des Laufbahnabschnitts und hierdurch eine Rückstellkraft auftritt. Mit anderen Worten übt der Laufbahnabschnitt des Lagerrings im montierten Wälzlager, hervorgerufen durch die elastische Verformung und dem damit verbundenen Bedürfnis, wieder in seinen Ursprungszustand zurückzukehren, eine Kraft auf die Wälzkörper aus, die der Vorspannkraft entgegen gerichtet ist. Bei sich ändernden Umgebungsbedingungen und dadurch insbesondere hervorgerufenen Geometrieänderungen kann sich der Lagerring somit, abhängig von der eingestellten elastischen Verformung, in weiten Bereichen im elastischen Laufbahnabschnitt durch eine Formänderung an die jeweilige Umgebungsbedingung anpassen. Im Kräftegleichgewicht bleibt damit die Vorspannkraft des Wälzlagers erhalten. Auch ein normalerweise mit der Laufzeit eintretender Vorspannungsabfall wird durch die elastische Vorspannung des Laufbahnabschnitts kompensiert.
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Die Erfindung bietet somit den Vorteil, eine Kompensation einer alterungsbedingten, verschleißbedingten oder temperaturbedingten Änderung der Vorspannung allein durch die Ausnutzung der elastischen Eigenschaften des Laufbahnabschnitts des Lagerrings zu kompensieren. Ein zusätzliches Bauteil muss nicht bereitgestellt werden. Darüber hinaus stellt sich ein an die Umgebungsbedingungen angepasstes Kontaktverhältnis zwischen Lagerring und Wälzkörper ein, welches auch zu einer reduzierten Reibung innerhalb des Lagers führt und eine erhöhte Geräuschbildung verhindert.
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Bei den verwendeten Richtungsangaben axial, radial usw. wird auf die Rotationsachse des Wälzlagers Bezug genommen. Bei dem Wälzlager kann es sich insbesondere um ein Kegelrollenlager handeln. Daneben kommen aber auch andere Standardbauformen, wie beispielsweise ein Schrägrollenlager oder eine Schrägkugellager, sowie Sonderbauformen in Betracht. Entsprechend können die Wälzkörper beispielsweise als Kegelrollen, Zylinderrollen oder Kugeln ausgestaltet sein.
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In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der Lagerring als solcher im Laufbahnabschnitt umlaufend entlang der axialen Richtung zu den Wälzkörpern hin gewölbt. Beim Zusammenbau des Wälzlagers ist der umlaufend gewölbte Laufbahnabschnitt durch die Wälzkörper verformt, woraus die gewünschte elastische Vorspannung resultiert. Der Laufbahnabschnitt kann als Ganzes gewölbt sein, wodurch sich insgesamt eine ballige Ausgestaltung ergibt. Bevorzugt ist der Lagerring als solcher im Laufbahnabschnitt konvex zu den Wälzkörpern hin gewölbt, weist also dort eine axiale Konturlinie mit einer durchgehenden konvexen Krümmung auf. Der Laufbahnabschnitt des Lagerrings kann aber auch mit mehreren axial verteilt angeordneten Wölbungsabschnitten versehen sein, so dass die axiale Konturlinie einen wellenförmigen Verlauf aufweist. Auch kann lediglich lokal eine umlaufende Einwölbung der Laufbahnfläche vorgesehen sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Lagerring eines Kegel- oder Zylinderrollenlagers in Schrägausbildung im Laufbahnabschnitt entlang der axialen Richtung als Konus ausgebildet. Insbesondere ist der Laufbahnbereich im Wesentlichen entsprechend dem Winkel zwischen der Rotationsachse und der dem Lagerring zugewandten Mantelflächenlinien der Wälzkörper konisch geformt.
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In zweckmäßiger Weise umfasst der Lagerring zur Montage an einem Gehäuse einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Abschnitt. Mittels des hohlzylindrischen Abschnitts kann der Lagerring insbesondere in einem kreislochförmigen Gehäusesitz radial positioniert werden. Vorzugsweise ist dabei der Außendurchmesser des hohlzylindrischen Abschnitts derart größer als der Durchmesser des kreislochförmigen Gehäusesitzes, dass der Lagerring mit seinem hohlzylindrischen Abschnitt in den Gehäusesitz eingepresst werden kann. Durch diese Presspassung ist der Lagerring in dem Gehäusesitz radial und axial fixiert. Infolge dieser Fixierung wird die weitere Montage, insbesondere eine Überkopfmontage, erleichtert. Durch einen entsprechend geformten hohlzylindrischen Abschnitt kann der Lagerring alternativ auch auf einem zylindrischen Abschnitt einer Welle positioniert bzw. fixiert werden.
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Der Lagerring umfasst weiter vorteilhafterweise einen radialen Bund zum Anschlag an einem Gehäuse. Der radiale Bund kann dabei von der Rotationsachse weg nach außen, oder aber nach innen in Richtung der Rotationsachse ausgebildet sein. Vorzugsweise dient der nach außen weisende radiale Bund dem axialen Anschlag an einem entsprechend geformten Bereich eines Gehäuses. Dadurch kann der Lagerring bei der Montage einfach und exakt axial positioniert werden.
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Der radiale Bund umfasst in einer zweckmäßigen Ausführungsform ferner Mittel zur Ausbildung einer Verdrehsicherung. Hierbei kann es sich insbesondere um einen oder mehrere axiale Vorsprünge, beispielsweise Laschen oder Zapfen, handeln, welche am radialen Bund ausgeformt sind, und die in eine oder mehrere axiale Ausnehmungen in dem Gehäuse formschlüssig eingreifen. Darüber hinaus können die Mittel zur Ausbildung einer Verdrehsicherung axiale Bohrungen in dem radialen Bund sein, welche über Schrauben oder Stifte mit entsprechenden Ausnehmungen im Gehäuse zusammenwirken. Damit kann ein Verdrehen des Lagerrings um die Rotationsache verhindert werden.
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Vorteilhafterweise ist der Lagerring ein spanlos durch Umformen geformtes Blechteil. Insbesondere kann der Lagerring einteilig mittels Kaltumformen, vorzugsweise durch Tiefziehen, hergestellt werden. Dies ermöglicht eine hohe Maßgenauigkeit bei der Herstellung. Ferner sind die Fertigungszeiten, Herstellungskosten und der Materialverbrauch gegenüber der Herstellung eines massiven Lagerrings relativ gering.
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Bei dem Lagerring handelt es sich vorzugsweise um einen Außenring. Grundsätzlich kann der Lagerring aber auch ein Innenring sein. Durch den Einsatz eines aus Blech gefertigten Lagerrings in einem Wälzlager ist der Platzbedarf für ein solches Wälzlager in einem Gehäuse entsprechend gering. Folglich muss dafür in dem Gehäuse nur wenig Material abgetragen werden. Das stellt insbesondere bei Gehäusen mit geringer Wandstärke einen erheblichen Vorteil dar. Zudem weist ein solches Wälzlager gegenüber einem Wälzlager mit massivem Außen- und Innenring ein geringeres Gewicht auf.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur in einer schematischen Schnittdarstellung ein Wälzlager im montierten Zustand.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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Die einzige Figur zeigt in einem Schnitt ein Kegelrollenlager 1 im montierten Zustand. Das Kegelrollenlager 1 ist in einem Gehäuse 2 zur drehbaren Lagerung einer Welle 3 eingesetzt. Die Welle 3 und das Kegelrollenlager 1 sind um eine gemeinsame Rotationsachse 4 angeordnet. Das Kegelrollenlager 1 hat einen massiven Innenring 5 und einen Außenring 6. Der Außenring 6 ist aus einem Blech durch einen spanlosen Herstellungsprozess, beispielsweise durch Kaltumformen hergestellt. Zwischen Innenring 5 und Außenring 6 sind Kegelrollen 7 angeordnet. Die Kegelrollen 7 werden durch einen Käfig 8 zu einem Kegelrollenkranz zusammengefasst. Dadurch werden die Kegelrollen 7 auf gleichmäßigen Abstand gehalten und an der gegenseitigen Berührung gehindert.
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Der Innenring 5 liegt an der Welle 3, der Außenring 6 am Gehäuse 2 an. Der Außendurchmesser eines hohlzylindrischen Abschnitts 9 des Außenrings 6 und der Durchmesser eines kreislochförmigen Gehäusesitzes 10 im Gehäuse 2 derart aufeinander abgestimmt, dass zwischen dem hohlzylindrischen Abschnitt 9 des Außenrings 6 und dem kreislochförmigen Gehäusesitz 10 eine Presspassung vorliegt. Diese fixiert den Außenring 6 in dem Gehäuse 2.
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Weiter weist der Außenring 6 einen radialen Bund 11 auf. Der radiale Bund 11 verläuft von der Rotationsachse 4 radial nach außen und dient dem axialen Anschlag des Außenrings 6 an dem Gehäuse 2. An dem radialen Bund 11 sind Laschen 12, 12a ausgebildet, die in Ausnehmungen 13, 13a des Gehäuses 2 eingreifen. Dadurch wird das Verdrehen des Außenrings 6 um die Rotationsachse 4 verhindert.
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Der Außenring 6 als solcher ist in seinem Laufbahnabschnitt 14 entlang der Rotationsachse 4 als Konus ausgebildet. Darüber hinaus ist der Außenring 6 als solcher in seinem Laufbahnabschnitt 14 konvex zu den Kegelrollen 7 hin gewölbt. Die konvexe Wölbung erstreckt sich im Wesentlichen entlang des gesamten Laufbahnabschnitts 14. Die axiale Konturlinie des Laufbahnabschnitts 14 zeigt insgesamt eine einheitliche Krümmung. Im Krümmungsbereich ist der Außenring abschnittsweise vom Gehäuse 2 abgehoben. Die Innenfläche des Außenrings 6 steht im Laufbahnabschnitt 14 auf diese Weise zumindest abschnittsweise in direktem Kontakt mit der Oberfläche der Kegelrollen 7. Der Laufbahnabschnitt 14 ist durch eine Vorspannung des Wälzlagers 1 gegenüber seiner entspannten Ruheposition elastisch verformt und übt eine Kraft auf die Kegelrollen 7 aus. Damit stellt sich während des Betriebs bei sich ändernden Umgebungsbedienungen eine angepasste Kontaktfläche zwischen den Kegelrollen 7 und dem Laufbahnabschnitt 14 des Außenrings 6 ein. Bei sich ändernden Umgebungsbedienungen und dadurch hervorgerufene Geometrieänderungen insbesondere von Gehäuse 2 und Welle 3, passt sich der Außenring 6 im elastischen Laufbahnabschnitt 14 bzw. die dort ausgeformte konvexe Wölbung durch eine Formänderung an die jeweilige Umgebungsbedienung an. Diese Rückstellkraft wirkt gegen die Vorspannungskraft, so dass im Kräftegleichgewicht je nach eingestellter Vorspannung innerhalb weiter Grenzen die Vorspannung erhalten bzw. konstant bleibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kegelrollenlager
- 2
- Gehäuse
- 3
- Welle
- 4
- Rotationsachse
- 5
- Innenring
- 6
- Außenring
- 7
- Kegelrolle
- 8
- Käfig
- 9
- Hohlzylindrischer Abschnitt
- 10
- Gehäusesitz
- 11
- Radialer Bund
- 12, 12a
- Lasche
- 13, 13a
- Ausnehmung
- 14
- Laufbahnabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1800673 A [0003]
- DE 102005027897 A1 [0004]
