DE19916580A1 - Lagerelement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lagerelement (10) mit einem äußeren Ringlagerelement (11) mit dem Lagergehäuse (14) als Stützfläche und einem inneren Ringlagerelement (12) mit der Welle/Achse (13) als Stützfläche, wobei diese beiden Ringlagerelemente relativ zueinander rotieren. Weiter umfaßt das Lagerelement (10) in zwei Reihen zwischen den Ringlagerelementen (11, 12) angeordnete tonnenförmige Wälzkörper (15), die den gleichen Rotationsmittelpunkt haben, und deren gekrümmte Wälzflächen (16, 16') an den besagten Ringlagerelementen (11, 12) ausgebildet sind. Gemäß der Erfindung sind die an dem einen der Ringlagerelemente (11, 12) ausgebildeten Wälzflächen (16) der Wälzkörper an zwei getrennten Ringen (18, 18', 18'') angeordnet. Außerdem umfaßt das Lagerelement (10) Vorbelastungsmittel, die dazu dienen, jeden der beiden getrennten Ringe (18, 18', 18'') zwecks Beseitigens des Lagerspiels axial in Spannrichtung zu drücken.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Lagerelement mit einem äußeren Ringlagerelement mit dem Lagergehäuse als Stützfläche und einem inneren Ringlagerelement mit der Welle/Achse als Stützfläche, wobei diese beiden Ringlagerelemente gegeneinander rotieren, und mit in zwei Reihen zwischen den Ringlagerelementen angeordneten tonnenförmigen Wälzkörpern, die den gleichen Rotationsmittelpunkt haben, und deren gekrümmten Wälzflächen an den besagten Ringlagerelementen ausgebildet sind.

In Anwendungen, bei denen auf die Lagerung der Welle große radiale Kräfte wirken und zwischen Lager und Welle eine Winkelabweichung besteht, benutzt man im allgemeinen ein Pendelrollenlager. Solche Anwendungen sind zum Beispiel die Lagerungen von Papiermaschinenwalzen. Neben den vorgenannten Eigenschaften nimmt das Lager beachtliche Axiallasten in beiden Richtungen auf. Das Pendelrollenlager hat zwei Reihen tonnenförmiger Rollen, deren gekrümmten Wälzflächen sich am Lagerinnen- und Baußenring befinden.

Das Pendelrollenlager verlangt, um zu funktionieren, eine ausreichende Radialbelastung. Hat das Lager Spiel, tendieren die Rollen im unbelasteten Teil des Lagers zu einer Verlangsamung. Gelangen die Rollen dann wieder in den belasteten Teil, so besteht zwischen den Rollen und ihren Wälzflächen eine Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz. Dabei beschleunigen die Rollen scherkraftbedingt sehr schnell auf Lagerring-Um­ fangsgeschwindigkeit. Dies wiederum kann bei mangelhafter Schmierung des Lagers zur Beschädigung der Wälzflächen führen. Im schlimmsten Fall, bei sehr geringer Radiallast, kann auch die Rotationsgeschwindigkeit des Käfigs zu gering sein. Auch bei großer Axiallast kann sich an der einen Rollenreihe eine zu geringe Radiallast ausbilden. Dabei ergibt sich dann für das Lager die vorgenannte ungünstige Belastungssituation, besonders wenn die Rollenreihen getrennte Käfige haben. Die besagte Situation ist besonders häufig bei großen Lagern mit schweren Rollen und Käfigen. Zur Umgehung dieses Problems mußten bei Papiermaschinen bei den Walzen gewisse Liniendruckbereiche vermieden werden.

Bei einigen Lagertypen hat man axiale Spannelemente verwendet, mit denen man das Spiel zwischen Wälzkörpern und Wälzflächen zu beseitigen versucht. Bei zweireihigen Lagern wird zwar durch axiales Verlagern des Außenringes die eine Wälzkörperreihe gespannt, die andere aber gleichzeitig gelockert. Das oben genannte Problem wird dadurch noch verschlimmert.

Mit der Erfindung soll ein Belastung und Wellenfehler verkraftendes Lagerelement geschaffen werden, dessen Wälzkörper trotz Belastung des Lagerelements rotieren. Die kennzeichnenden Merkmale dieser Erfindung gehen aus den beigefügten Patentansprüchen hervor. Bei dem erfindungsgemäßen Lagerelement läßt sich das Lagerspiel kontinuierlich auf den gewünschten Wert einstellen, so daß die Wälzkörper unter allen Belastungssituationen rotieren. Das Spiel wird bevorzugt an beiden Rollenreihen gleichzeitig eingestellt. Das Lagerelement funktioniert dann ohne künstliche Belastung der Welle in der vorgesehenen Weise. Außerdem paßt sich das Lagerelement trotz großer Reibungskräfte der axialen Bewegung der Welle an.

Die Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnungen, in denen einige Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind, im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt eines erfindungsgemäßen axial freien Lagers, dessen Innenring rotiert, und das entlastet ins Lagergehäuse eingebaut ist;

Fig. 2 den Längsschnitt einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lagers, wobei der Außenring drehbar und die Entlastung auf der Welle ist;

Fig. 3 in axonometrischer Darstellung das Lagergehäuse von vorn betrachtet und die daran montierten erfindungsgemäßen aus Dichtungen gebildeten Taschen.

Fig. 4 ein in den in die Tasche mündenden Kanal eingebautes Ventil im Längsschnitt.

Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Lagerelement 10, angeordnet an der Welle 13, die rotiert. In der nachfolgenden Beschreibung wird das Lagerelement 10 einfach als Lager bezeichnet. Die außerdem noch mit der Lagerschale 19 verbundenen Komponenten sind in den Figuren schematisch ohne Befestigungselemente und Dichtungen dargestellt. Die Wälzflächen 16 und 16' der tonnenförmigen Wälzkörper 15 des Pendelrollenlagers dieser Ausführungsform sind in der herkömmlichen Weise gekrümmt. Gemäß der Erfindung sind die an dem einen der beiden Lagerringelemente 11 oder 12 ausgebildeten Wälzflächen 16 der Wälzkörper 15 an zwei getrennten Ringen 18, 18', 18'' angeordnet. In der Praxis sind diese getrennten Ringe 18, 18', 18'' bevorzugt aus einem einheitlichen Ring durch vertikale Teilung hergestellt, wobei dann die Wälzflächen 16, 16' so genau wie möglich den Wälzkörpern 15 entsprechen. In Fig. 1 bilden die Ringe 18 den Außenring des Lagers 10, der ins Lagergehäuse 14 eingepaßt ist. Außerdem sind die getrennten Ringe 18 im Lagergehäuse 14 axial gegeneinander beweglich konzipiert. Dabei wird durch Verlagern der Ringe 18 mittels der zum Lager 10 gehörenden Vorbelastungsmittel das Lagerspiel beseitigt oder zumindest verringert. Im Hinblick auf die Beseitigung des o.g. Problems ist besonders das Eliminieren des radialen Lagerspiels von Bedeutung. Bei Verringerung des radialen Spiels stehen die Wälzkörper ständig in Berührung mit ihren Wälzflächen 16, 16' und rotieren auch dann normal, wenn die Welle 13 völlig ohne Last ist.

Die Vorbelastungsmittel sind dazu eingerichtet, kontinuierlich mit entgegengesetzten Kräften die getrennten Ringe 18, 18', 18'' axial in Spannrichtung zu drücken, wodurch das Lagerspiel an beiden Lagerreihen gleichzeitig beseitigt wird. Bei der Ausführungsform in Fig. 1 umfassen die Vorbelastungsmittel zwei symmetrisch zum Lager 10 angeordnete Belastungselemente 17. Das Belastungselement 17 wird von einer an der Stirnfläche angeordneten Ringnut 20 und einem gegen diese mit den Dichtungen 21 abgedichteten Ringkolben 22 gebildet. Das Belastungselement 17 ist bevorzugt ein hydraulisches Belastungselement, und als Druckmedium dient Öl, weil mit einer solchen Hydraulikanlage eine ausreichende axiale Kraft erzielt wird. Für die Ölzufuhr erstreckt sich in die von der Ringnut 20 und dem Ringkolben 22 begrenzte Kammer 23 ein Kanal 24. In die Kammern 23 wird mit passenden (nicht dargestellten) Einrichtungen Öl geleitet, das unter kontinuierlichem, bevorzugt regulierbarem Druck steht. Durch Zusammenschalten der Ölkanäle 24 der Belastungselemente 17 wird bewirkt, daß in beiden Kammern 23 der gleiche Druck wirkt, wobei dann beide Rollenreihen gleichmäßig belastet werden. Bei Bedarf können in den Kammern 23 auch verschiedene Drücke herrschen, wodurch Einfluß auf die Position des Lagers 10 im Lagergehäuse 14 genommen werden kann. Zwischen den Ringen können auch (in der Figur nicht dargestellte) Federelemente angeordnet werden, die die Ringe 18 bei Nachlassen des Belastungsdruckes voneinander weg drücken.

Das Lager in Fig. 1 läßt sich auch leicht dahingehend modifizieren, daß die axiale Bewegung zwischen Welle und Innenring blockiert ist. Eine Möglichkeit wäre, die Welle mit Gewinde zu versehen, und mit einer aufgeschraubten Mutter den Innenring gegen einen Wellenabsatz zu drücken.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist zwischen den getrennten Ringen 18 und dem Lagergehäuse 14 zusätzlich eine Entlastung vorhanden. Allgemein befindet sich zwischen beiden oder zumindest dem einen axial beweglichen Ring und seiner Stützfläche eine aus dem Dichtungskreis 32 gebildete Tasche 26. In diese in Fig. 3 im einzelnen dargestellten Taschen 26 wird über den Kanal 27 Schmiermittel zugeführt. Mit dem Schmiermittel werden die Gegenflächen der belasteten Seite der getrennten Ringe getrennt voneinander gehalten, wodurch sich die Reibung verringert und die Bewegung der Ringe erleichtert wird. An dem an die Tasche 26 grenzenden Ende des Kanals 27 befindet sich außerdem ein Ventil 28 (Fig. 4), das dazu dient, die Zufuhr des unter Hochdruck stehenden Schmierfetts, das als Schmiermittel dient, zu unterbrechen, sobald die Schmierfettschicht die gewünschte Dicke erreicht hat. Die Entlastung besteht also in einem statischen Fettpolster zwischen den axial beweglichen Gegenflächen. Die Fettzufuhr erfolgt bevorzugt kontinuierlich, jedoch hat der Kanal 27 zusätzlich ein Rückschlagventil 29, das verhindert, daß Fett aus der Tasche 26 über den Kanal 27 abwandert. Der Druck in der Tasche 26 bleibt also auch dann erhalten, wenn die Fettzufuhr unterbrochen wird. Statt Fett kann als Schmiermittel auch Lager-Schmieröl verwendet werden.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lagerelements dargestellt, bei der die Achse 13 stationär ist, während der am Mantel 30 befestigte Außenring 31 rotiert. Für funktionell gleiche Teile wurden die gleichen Bezugszahlen wie oben verwendet. Auch bei dieser Ausführungsform kann die axiale Bewegung der Achse auf die oben beschriebene Weise verhindert werden. Das Lager 10 entspricht demjenigen der oben beschriebenen Ausführungsform, jedoch sind nun getrennte Ringe 18' und 18'' an der Achse 13 angeordnet. Die Vorbelastung und Entlastung werden allgemein an dem nicht rotierenden Ringlagerelement verwirklicht. Bei dieser Ausführungsform ist das Belastungselement 17 zwischen den Ringen 18' und 18'' angeordnet, wobei dann nur eine Ringnut-Kolben-Kombination mit einem Kanal 24 für die Druckmediumzufuhr benötigt wird. Wie bei der ersteren Ausführungsform befindet sich in der Ringnut 20 ein mit Dichtungen 21 versehener Ringkolben 22, der hier gegen die Ringnut des Gegenringes drückt. Alternativ können zwischen den Ringen 18' und 18'' Federelemente als Vorbelastungsmittel angeordnet sein (nicht dargestellt). Diese Konstruktion ist einfach, jedoch ist die Vorbelastung hier nicht regulierbar. Andrerseits wird mit solchen Federelementen eine kontinuierliche Belastung erzielt.

Auch bei dieser Ausführungsform ist zwischen den getrennten Ringen 18' und 18'' und ihren Stützflächen eine Entlastung vorhanden. Zur Einleitung von Fett in die Taschen 26 sind hier die Kanäle 27 einschließlich ihrer Ventile 28 und 29 in der hier nicht rotierenden Achse 13 angeordnet.

In den Beispielen ist das gegen die getrennten Ringe wirkende Ringlagerelement als einheitliches Element ausgeführt. Statt eines Pendelrollenlagers können alternativ zwei getrennte, aber funktionell gekoppelte kugelige Druckrollenlager verwendet werden. Dabei ergibt sich allerdings eine Lageranpassung von beträchtlicher Baubreite, da beide Rollenreihen den gleichen Rotationsmittelpunkt haben müssen.

Die erfindungsgemäße Vorbelastung und Entlastung eignen sich für Lager fast jeder Größe. Der größte Nutzen wird damit jedoch bei großen und stark belasteten Lagern erzielt. Die Entlastung erleichtert die Vorbelastung trotz großer Reibungskräfte, und durch das Vorspannen wird die Defektwahrscheinlichkeit bei großen und damit teueren Lagern verringert. Zum Beispiel in Papiermaschinen können solche Lager einen Durchmesser von bis zu 600 mm haben. Außerdem kann bei der erfindungsgemäßen Lagerausführung die Axialbewegung entweder frei oder blockiert sein. Statt hydraulischer Vorbelastung kann auch Federbelastung gewählt werden.

Claims (11)

1. Lagerelement (10) mit einem äußeren Ringlagerelement (11) mit dem Lagergehäuse (14) als Stützfläche und einem inneren Ringlagerelement (12) mit der Welle/Achse (13) als Stützfläche, welche Ringelemente relativ zueinander rotieren, und mit in zwei Reihen zwischen den Ringlagerelementen (11, 12) angeordneten tonnenförmigen Wälzkörpern (15), die den gleichen Rotationsmittelpunkt haben, und deren gekrümmten Wälzflächen (16, 16') an den besagten Ringlagerelementen (11, 12) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem einen der Ringlagerelemente (11, 12) ausgebildeten Wälzflächen (16) der Wälzkörper (15) an zwei getrennten, axial zueinander beweglichen Ringen (18, 18', 18'') angeordnet sind, und daß das Lagerelement (10) Vorbelastungsmittel aufweist, mit denen zwecks Beseitigens des Lagerspiels jeder der beiden getrennten Ringe (18, 18', 18'') axial in Spannrichtung gedrückt wird.

2. Lagerelement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zu den Vorbelastungsmitteln zählendes Belastungselemente (17) aus einer an der Stirnfläche ausgebildeten Ringnut (20) und einem gegen diese mit Dichtungen (21) abgedichteten Ringkolben (22) besteht, der durch ein Druckmedium betätigt wird.

3. Lagerelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungselemente (17) symmetrisch zu den getrennten Ringen (18) angeordnet sind und ihre Druckmediumzuführungen (24) untereinander verbunden sind.

4. Lagerelement (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Ringe (18) ins Lagergehäuse (14) eingepaßt sind.

5. Lagerelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Ringe (18', 18'') an die Achse (13) angepaßt sind.

6. Lagerelement (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Belastungselement (17) aus einer an einem der getrennten Ringe (18', 18'') ausgebildeten Ringnut (20) und einem gegen diese abgedichteten Ringkolben (22), der gegen den anderen getrennten Ring (18', 18'') lehnt, besteht.

7. Lagerelement (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbelastungsmittel zwischen den getrennten Ringen (18, 18', 18'') angeordnete Federelemente umfassen, die die getrennten Ringe (18, 18', 18'') voneinander weg drücken.

8. Lagerelement (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen beiden oder nur dem einen der axial beweglichen getrennten Ringe (18, 18', 18'') und seiner Stützfläche eine aus einem Dichtungskreis (32) gebildete Tasche (26) vorhanden ist, in die ein zum Zuführen von Schmiermittel in die besagte Tasche (26) dienender Kanal (27) mündet.

9. Lagerelement (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß am an die Tasche (26) grenzenden Ende des Kanals (26) ein Ventil (28) angeordnet ist, das mit Erreichen der gewünschten Schmiermittelschichtdicke die Schmiermittelzufuhr unterbricht.

10. Lagerelement (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das den getrennten Ringen (18, 18', 18'') entgegengesetzte Ringlagerelement einheitlich, d. h. ungeteilt ist.

11. Lagerelement (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das den getrennten Ringen (18, 18', 18'') entgegengesetzte Ringlagerelement aus zwei getrennten und funktionell verbundenen Ringen besteht.