DE102020118645B4

DE102020118645B4 - Lagerring mit Dichtscheibe

Info

Publication number: DE102020118645B4
Application number: DE102020118645.2A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Kolb
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-07-15
Filing date: 2020-07-15
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2040-07-16
Also published as: DE102020118645A1; CN115812129A; WO2022012710A1; US20230366435A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lager (1), insbesondere ein Pendelrollenlager mit einer die Tragfestigkeit erhöhenden Befestigung einer Dichtscheibe. Das Lager (1) umfasst erfindungsgemäß einen Lagerring (3, 4) mit einer ringförmigen Dichtscheibe die mit einer der beiden Lagerring-Stirnflächen durch Befestigungsmittel (14), die einen Schaft und eine gegenüber dem Schaft im Durchmesser vergrößerten Kopf haben und die jeweiligen Schäfte die Bohrungen (15) durchgreifen, die in die jeweilige Stirnfläche eingebracht sind, verbunden ist. Die Ringflächen haben dabei eine zylindrische Kontur, sodass die andere Ringfläche eine Laufbahn (10) bereitstellt, wobei die Laufbahn (10) eine sphärische Kontor hat, und die Bohrzentrumsachse jeder Bohrung (15) im Lagerring (3, 4) und in der Dichtscheibe einen angestellten, auf die zylindrische Kontor der eine Ringfläche zulaufenden Verlauf hat.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lager, insbesondere ein Pendelrollenlager mit einer die Tragfestigkeit erhöhenden Befestigung einer Dichtscheibe.
Aus dem Stand der Technik sind Lagerringe mit unterschiedlichen Einstichen zur Aufnahme von Lagerdichtungen bekannt. Weiterhin sind für besondere Anforderungen Schraubbefestigungen für Dichtungen bei speziellen Lagerformen wie Pendelrollenlagern bekannt.
In der EP 2 729 712 B1 wird ein Pendelrollenlager für einen Flossenstabilisator eines Schiffes offenbart, welches eine an den Lagerring angeschraubte Dichtungsanordnung zur seitlichen Abdichtung des Wälzkörperraums darstellt. Diese ist dadurch charakterisiert, dass sie einen zweiten Dichtungsabschnitt aufweist, der an dem Dichtungsträgerabschnitt angeordnet. Es wird hier jedoch lediglich eine zur Wälzlageraußenkontur parallele Schraubenanordnung der Dichtung gezeigt.
Aus der DE 10 2007 036 891 A1 geht eine Lagerung einer Hauptwelle einer Windkraftanlage hervor, wobei die Lagerung mindestens ein Pendelrollenlager umfasst. In dem Pendelrollenlager sind unmittelbar an den Ringen Dichtmittel zum Abdichten eines die Rollen des Pendelrollenlagers beinhaltenden Raumes angeordnet. Die Dichtmittel sind in den Außenringen eingesteckt und in einem Längsschnitt entlang der Drehachse gewellt ausgeführt.
Die Manipulation entsprechen (96). betrifft ein abgedichtetes Pendelrollenlager für eine Kratzbagger Schwenkwelle. Das Pendelrollenlager weist seitlich einen Kontaktlippendichtungsträger auf, der eine Kontaktlippendichtung trägt, wobei der Kontaktlippendichtungsträger an dem Außenring des Pendelrollenlagers angeschraubt ist. Die Kontaktlippendichtung bildet gemeinsam mit einem Dichtungstragring, der benachbart zu dem Innenring angeordnet ist, einen Dichtungsbereich, der den Wälzkörperraum abdichtet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickeltes Wälzlager vorzustellen, das eine hinsichtlich Tragfähigkeit verbesserte Befestigung für geschraubte Dichtscheiben aufweist.
Bei Wälzlagern mit Lagerringen sowie Wälzkörpern mit sphärischer Kontur wie bei Pendelrollenlagern, wird der Abstand zwischen Bohrung der Dichtungsbefestigungsschraube und Laufbahn zumeist gering. Dies hat zur Folge, dass die Tragfähigkeit in diesen Bereichen stark eigeschränkt wird. Weiterhin kann diese asymmetrische, d.h. nicht parallel zur Wälzkörperachse ausgeführte, Ausbildung der Befestigungsbohrung bei der Wärmebehandlung, bspw. bei der Induktionshärtung, zu Spannungsrissen während des Abkühlvorgangs führen. Dem kann bisher lediglich material- und einbauraumintensiv durch besonders starke Lagerringe oder eine geringere Einhärtetiefe entgegengewirkt werden.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch einen Lagerring nach Anspruch 1. Der Lagerring umfasst eine äußere und eine innere Ringfläche und zwei Stirnflächen mit einer ringförmigen Dichtscheibe die mit einer der beiden Stirnflächen verbunden ist, wobei Befestigungsmittel, die einen Schaft und eine gegenüber dem Schaft im Durchmesser vergrößerten Kopf haben und die jeweiligen Schäfte die Bohrungen durchgreifen, die in die jeweilige Stirnfläche und die mit ihr verbunden Dichtscheibe eingebracht sind, wobei eine der Ringflächen eine zylindrische Kontur hat, sodass die andere Ringfläche eine Laufbahn bereitstellt, wobei die Laufbahn eine sphärische Kontor hat, und die Bohrzentrumsachse jeder Bohrung im Lagerring und in der Dichtscheibe einen angestellten, auf die zylindrische Kontor der eine Ringfläche zulaufenden Verlauf hat.
In einer bevorzugten Ausführung ist der radiale Abstand A zwischen der Bohrungszentrumsachse und der sphärischen Kontur im Wesentlichen gleich groß ist. Dies hat den Vorteil, dass der Abstand von Bohrungskern und Wälzkörperlaufbahn im Wesentlichen gleich ist und somit die Spannungsverteilung besonders gleichmäßig ist. Auch ist dies ein Vorteil hinsichtlich auftretender Eigenspannungen im Bauteil, sowohl vor einem optionalen Härtungsprozess, als auch im Einsatz. Bevorzugterweise handelt es sich bei dem Lagerring entweder um einen Außenring oder Innenring eines Wälzlagers.
In einer vorteilhaften Ausführung kommen als Befestigungsmittel Schrauben zum Einsatz, wobei es sich bei den Bohrungen in den Seitenflächen des jeweiligen Lagerrings um Gewindebohrungen handelt. Auch ist es denkbar, dass als Befestigungsmittel Bolzen oder Nieten vorgesehen werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, die Bohrungen in der Dichtscheibe mit einem sich radial zur Bohrungszentrumsachse ausdehnenden und mit der Bohrungszentrumsache einen Winkel von 90° einschließenden Kragen zu versehen, der jede Bohrung in einen ersten Abschnitt mit einem großen Bohrungsdurchmesser und einen zweiten Abschnitt mit einem kleineren Bohrungsdurchmesser unterteilt.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabenstellung ist besonders bevorzugt zum Einsatz bei Pendelrollenlagern vorzusehen, da diese nach aktuellen Stand der Technik auf Grund Ihres Aufbaus durch eingebrachte Bohrungen parallel zur Außenring-Mantelfläche sowohl bei Härtungsprozessen, als auch im Einsatz durch Tragfähigkeitsverlust der Laufbahn, geschwächt werden.
Nachfolgend wird die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Pendelrollenlager als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 einen schematischen Längsschnitt durch ein Pendelrollenlager als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 einen Schnitt durch den Bohrungsbereich zur Verdeutlichung der Erfindung;
4 einen Schnitt durch den Bohrungsbereich zur Verdeutlichung eines weiteren Ausführungsbeispiels

In 1 ist ein Pendelrollenlager 1 in einer schematischen Längsschnittdarstellung entlang einer Drehachse 2 des Pendelrollenlagers 1 dargestellt. Das Pendelrollenlager weist einen Innenring 3 und einen Außenring 4 auf, welche zusammen einen Wälzkörperraum 5 bilden, in dem zwei Reihen mit Wälzkörpern 6 in einem Käfig 7 angeordnet sind. Die Rollen 6 sind als Tonnenrollen ausgebildet. Der Innenring 3 ist als ein massiver, einteiliger Ring ausgebildet und weist einen integrierten und/oder angeformten Mittelbord 8 sowie zwei integrierte und/oder angeformte Seitenborde 9 auf. Zwischen Mittelbord 8 und den Seitenborden 9 verlaufen Laufbahnen für die Wälzkörper 6. Der Außenring 4 ist ebenfalls einstückig ausgebildet und weist eine hohlkugelförmige, gemeinsame Laufbahn 10 für die Rollen 6 auf. Das Pendelrollenlager 1 ist aufgrund der Rollengeometrie und der Laufbahngeometrie in der Lage, durch ein Verkippen von Innenring 3 und Außenring 4 Fluchtungsfehler auszugleichen. Mittig ist in dem Außenring 4 eine Schmierbohrung 13 eingebracht, welche ein Einpressen von Schmierfett in den Wälzkörperraum 5 ermöglicht. Stirnseitig ist jeweils eine Dichtungsanordnung 11 aufgesetzt, welche den Wälzkörperraum 5 gegenüber der Umgebung abdichtet. Die Dichtungsanordnung 11 umfasst einen Dichtungsträgerabschnitt 12, welcher als eine Ringscheibe ausgebildet ist oder einen entsprechenden Abschnitt aufweist und sich von der radialen Außenseite des Außenrings 4 bis in den Wälzkörperraum 5 erstreckt. Bis auf die Dichtungsaufnahme ist der Dichtungsträgerabschnitt plan oder eben ausgebildet. An dem radialen Innenrand des Dichtungsträgerabschnitts 12 kann ein Elastomer befindlich sein, welches den Lagerinnenraum abdichtet. Es ist auch denkbar unterschiedliche Dichtungsmaterialien vorzusehen. Beispielsweise kann die Dichtung ganz oder teilweise aus Elastomer aufgebaut sein, mit Metall armiert sein oder ganz aus einem metallischen Werkstoff sein. Dies würde sich an Ausführungsformen von Schleuderscheiben anlehnen. Der Dichtungsträgerabschnitt 12 ist so orientiert, dass er ein Eindringen von Verschmutzungen von außen verhindert, dagegen ein Austreten von Schmierfett - zum Beispiel beim Einpressen von frischem Schmierfett in die Schmierbohrung 13 - ermöglicht.
Der Dichtungsträgerabschnitt 12 kann mit seinem freien Ende radial innenseitig auf den Seitenborden 9 aufliegen oder einen geringen Abstand zum Austritt von Schmierstoff bei der Nachschmierung aufweisen. Auch ist es denkbar, im Bereich der Relativbewegung eine labyrinthartige Ausbildung des Dichtungsträgerabschnitts vorzusehen. Der Dichtungsträgerabschnitt 12 kann starr, insbesondere aus Metall, z.B. aus Stahl, als Elastomer-Metall-Verbund oder als Polymer gefertigt sein, und eine Materialdicke von mindestens 0,5 mm vorzugsweise mindestens 2 mm aufweisen, so dass sich durch die Materialauswahl, Materialdicke und die konstruktive Verteilung eine sehr steife Konstruktion ergibt. In der axialen Erstreckung entlang der Drehachse 2 ist der Außenring 4 schmaler ausgebildet als der Innenring 3 oder hat eine entsprechende Aussparung. Der ausgesparte axiale Bereich wird durch die Dichtungsanordnung 11 ausgefüllt, so dass das Pendelrollenlager 1 in axialer Richtung bündig mit dem Innenring 3 abschließt. Durch die Verkleinerung der axialen Erstreckung des Außenrings 4 wird erreicht, dass das Pendelrollenlager 1 gegen ein anderes Lager ausgetauscht werden kann, welches die gleiche axiale Abmessung wie der Innenring 3 aufweist, da das Pendelrollenlager 1 bauraumneutral ausgeführt ist. Für eine sichere Befestigung der Dichtungsanordnung 11, insbesondere des Dichtungsträgerabschnitts 12 an dem Außenring 4 weist das Pendelrollenlager 1 eine umlaufende Reihe von zylindrischen Befestigungsmitteln 14 auf, welche durch Öffnungen in den Dichtungsträgerabschnitt 12 in Bohrungen 15 in den Außenring 4 eingebracht sind. Um die Demontage beispielsweise bei Revision ideal zu gestalten, sind als Befestigungsmittel Schrauben geeignet, die in entsprechende Gewindebohrungen des Lagerrings eingreifen. Andere Ausführungen wie Bolzen sind jedoch auch denkbar.
In dem axial äußeren Bereich liegt der Dichtungsträgerabschnitt 12 teilweise, in einem dafür vorgesehenen Bereich, oder vollflächig auf dem Außenring 4 stirnseitig auf. Dabei hat die Bohrzentrumsachse jeder Bohrung im Lagerring und in der Dichtscheibe einen angestellten, auf die zylindrische Kontor der eine Ringfläche zulaufenden Verlauf. Dies ermöglich eine erhöhte Tragfähigkeit der Laufbahn im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen. Der radiale Abstand A zwischen der Bohrungszentrumsachse und der sphärischen Kontur ist dabei im Wesentlichen gleich groß, was nach Erkenntnis der Erfindung den Vorteil hat, dass bedingt durch die gleiche Wandstärke im Bereich der Laufbahn eine besonders gleichmäßige Abkühlung bei einem Härtungsprozess vorliegt und somit die Rißneigung besonders gering ist.
Die Darstellung zeigt weiterhin, dass die Bohrungen in der Dichtscheibe mit einem sich radial zur Bohrungszentrumsachse ausdehnenden und mit der Bohrungszentrumsache einen Winkel von 90° einschließenden Kragen 16 versehen ist, der jede Bohrung in einen ersten Abschnitt mit einem großen Bohrungsdurchmesser und einen zweiten Abschnitt mit einem kleineren Bohrungsdurchmesser unterteilt.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei die Befestigung des Dichtungsträgerabschnitts 12 am Innenring eines Wälzlagers befindlich ist. Dies ist besonders für Anwendungen geeignet, bei denen sich Spritz- oder Kondenswasser im Innenraum des Lagers bilden kann oder der Eintritt von Medien der Umgebung unvermeidlich ist. Durch die dargestellte Ausführung sammelt sich dieses Medium nicht im unteren Bereich des Lagers zwischen Innenring und Dichtung, sondern kann auf der unteren Seite folgend der Gravitationskraft wieder austreten.
3 zeigt als Detailausschnitt eine Ausgestaltung der Dichtscheibenbefestigung. Dabei ist der sich radial zur Bohrungszentrumsachse ausdehnenden und mit der Bohrungszentrumsache einen Winkel von 90° ausbildende Kragen gezeigt, der jede Bohrung in einen ersten Abschnitt mit einem großen Bohrungsdurchmesser und einen zweiten Abschnitt mit einem kleineren Bohrungsdurchmesser unterteilt.
4 zeigt als Detailausschnitt eine weitere Ausgestaltung der Dichtscheibenbefestigung, wobei die Dichtungsanordnung 11 am Dichtscheibenträgerabschnitt 12 in einer Aussparung am Außenring 4 anliegt.
Bezugszeichenliste

01: Lager
02: Drehachse
03: Innenring
04: Aussenring
05: Wälzkörperraum
06: Wälzkörper
07: Käfig
08: Mittelbord
09: Seitenbord
10: Laufbahn
11: Dichtungsanordnung
12: Dichtungsträgerabschnitt
13: Schmierbohrung
14: zylindrischen Befestigungsmittel
15: Bohrung
16: Kragen

Claims

Lagerring (3, 4) eines Wälzlagers (1) mit einer äußeren und einer inneren Ringfläche und zwei Stirnflächen und mit einer ringförmigen Dichtscheibe, die mit einer der beiden Stirnflächen verbunden ist, wobei Befestigungsmittel (14), die einen Schaft und eine gegenüber dem Schaft im Durchmesser vergrößerten Kopf haben, mit die jeweiligen Schäfte Bohrungen (15) durchgreifen, die in die jeweilige Stirnfläche und die mit ihr verbunden Dichtscheibe eingebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Ringflächen eine zylindrische Kontur hat, dass die andere Ringfläche eine Laufbahn (10) bereitstellt, wobei die Laufbahn (10) eine sphärische Kontur hat, und dass die Bohrzentrumsachse jeder Bohrung (15) im Lagerring (3, 4) und in der Dichtscheibe einen angestellten, auf die zylindrische Kontor der eine Ringfläche zulaufenden Verlauf hat.
Lagerring (3, 4) nach Anspruch 1 dadurch kennzeichnet, dass der radiale Abstand A zwischen der Bohrungszentrumsachse und der sphärischen Kontur im Wesentlichen gleich groß ist.
Lagerring (3, 4) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass Lagerring (3, 4) entweder ein Außenring (4) oder Innenring (3,) eines Wälzlagers (1) ist.
Lagerring (3, 4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass Befestigungsmittel (14) Schrauben sind und dass die Bohrungen (15) in den Seitenflächen des jeweiligen Lagerrings (3, 4) Gewindebohrungen sind.
Lagerring (3, 4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (15) in der Dichtscheibe mit einem sich radial zur Bohrungszentrumsachse ausdehnenden und mit der Bohrungszentrumsache einen Winkel von 90° einschließenden Kragen (16) versehen ist, der jede Bohrung (15) in einen ersten Abschnitt mit einem großen Bohrungsdurchmesser und einen zweiten Abschnitt mit einem kleineren Bohrungsdurchmesser unterteilt
Pendelrollenlager (1) umfassend einen Lagerring (3, 4) entsprechend einen der Ansprüche 1 bis 5.