DE20019969U1

DE20019969U1 - Wälzlager

Info

Publication number: DE20019969U1
Application number: DE20019969U
Authority: DE
Original assignee: SKF GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 2000-11-23
Filing date: 2000-11-23
Publication date: 2001-03-08
Anticipated expiration: 2010-11-24
Also published as: US6579011B2; JP2002195267A; US20020061152A1

Description

SKF GmbH Schweinfurt, 22.11.2000

" DE 00 035 DE STP-he.se

Beschreibung

Wälzlager

Die Erfindung betriff!; ein als Loslager ausgebildetes Wälzlager und eine Wälzlageranordnung bei der dieses Wälzlager eingesetzt wird.

Um mit einem Wälzlager eine relativ hochwertige und über einen langen Zeitraum zuverlässig arbeitende Lagerung realisieren zu können, ist es in der Regel erforderlich, daß das Wälzlager mit einem definierten Spiel bzw. mit einer definierten Vorspannung eingebaut wird. Hierzu ist es bereits bekannt, ein herkömmliches Wälzlager, beispielsweise ein Zylinderrollenlager zu verwenden und zur Einstellung des Spiels bzw. der Vorspannung den Innenring auf das erforderliche Maß aufzuweiten. Diese Vorgehensweise hat sich für breite Anwendungsbereiche bewährt, hat jedoch mitunter den Nachteil, daß eine Einstellung nur in relativ engen Grenzen möglich ist und daß der Innenring durch die Einstellung mechanisch sehr stark beansprucht wird.

Weiterhin ist es bereits bekannt, die Geometrie des Wälzlagers so auszubilden, daß eine Einstellung ohne Verformung des Innenrings oder des Außenrings möglich ist. Hierzu wird in der DE-PS 496 492 vorgeschlagen, das Wälzlager so auszubilden, daß die Rollen zwischen einer zylindrischen und einer kegelförmigen Laufbahn laufen und selbst kegelförmig ausgebildet sind. Zum Ein- oder Nachstellen des

Wälzlagers werden die Rollen relativ zur kegelförmigen Laufbahn in Axialrichtung verschoben. Ein derart aufgebautes Wälzlager ermöglicht eine einfache und präzise Ein- und Nachstellung, bietet jedoch bezüglich der Laufeigenschaften einige Probleme. Dadurch, daß die kegelförmigen Wälzkörper an einer zylindrischen Laufbahn abrollen, wird eine Gleitbewegung zwischen den Wälzkörpern und der zylindrischen Laufbahn erzwungen. Diese Gleitbewegung kann die Laufeigenschaften des Wälzlagers verschlechtern und zu einem vorzeitigen Verschleiß führen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Wälzlager bereitzustellen, das eine einfache Einstellung des Spiels bzw. der Vorspannung ermöglicht und die beim o.g. Stand der Technik auftretenden Probleme weitgehend vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Wälzlager weist wenigstens einen ersten Lagerring mit einer kegelförmigen Lauffläche auf und einen Satz von Wälzkörpern, die jeweils eine kegelförmig ausgebildete Mantelfläche aufweisen. Die Wälzkörper rollen zwischen einer kegelförmigen und einer zylinderförmigen Laufbahn ab. Die kegelförmige Laufbahn wird durch die erste Lauffläche des ersten Lagerrings gebildet. Die zylinderförmige Laufbahn wird durch eine zweite Lauffläche eines zweiten Lagerrings oder durch eine Lauffläche eines Maschinenteils gebildet. Die Mantelflächen der Wälzkörper schließen mit den Mittelachsen der Wälzkörper jeweils einen Winkel von maximal 3 Grad ein und weisen jeweils eine konvexe Krümmung auf, die der Kegelform überlagert ist.

Das erfindungsgemäße Wälzlager hat den Vorteil, daß auf der einen Seite eine präzise und leicht handhabbare Einstellung des Spiels oder der Vorspannung möglich ist und das Wälzlager auf der anderen Seite sehr gute Laufeigenschaften aufweist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Krümmung der Mantelflächen der Wälzkörper jeweils einem logarithmischen Profil folgt.

Sehr gute Laufeigenschaften bei gleichzeitig sehr guter Einstellbarkeit des Spiels bzw. der Vorspannung lassen sich erreichen, wenn der Winkel, den die Mantelflächen der Wälzkörper jeweils mit den Mittelachsen einschließen zwischen 0,5 und 1,5 Grad beträgt.

Um die Schmierung des Wälzlagers im eingebauten Zustand zu erleichtern, ist es vorteilhaft, wenn der erste Lagerring, dessen Querschnitt von einem ersten axialen Endabschnitt zu einem zweiten axialen Endabschnitt zunimmt, im ersten axialen Endabschnitt wenigstens eine durchgehende Radialbohrung aufweist oder in einer am ersten axialen Endabschnitt angrenzenden Stirnfläche wenigstens eine radial durchgehende Vertiefung aufweist.

Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung weist neben dem erfindungsgemäßen Wälzlager ein Anschlagelement mit einer axialen Anschlagfläche auf, gegen die die Wälzkörper des erfindungsgemäßen Wälzlagers jeweils mit einer ihrer Stirnfläche anlaufen.

Die Anschlagfläche ist vorteilhafterweise relativ zum Wälzlager axial bewegbar. Mittels der Axialbewegung der Anschlagfläche ist ein vorgebbares Spiel oder eine vorgebbare Vorspannung des Wälzlagers einstellbar. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist die Anschlagfläche konvex gekrümmt, was unter anderem die Zufuhr von Schmier- und/oder Kühlmittel in den Kontaktbereich zwischen Anschlagfläche und Wälzkörpern erleichtert.

Das Anschlagelement besteht aus ungehärteten Material und weist somit noch eine gewisse Elastizität auf.

Um den Verschleiß des Anschlagelements möglichst gering zu halten, ist das Anschlagelement vorteilhafterweise im Bereich der Anschlagfläche gehärtet, insbesondere induktiv gehärtet.

Das Anschlagelement kann als eine Mutter mit einem Außengewinde ausgebildet sein. Diese Mutter ist vorteilhafter weise mit einer Verdrehsicherung in Form wenigstens einer Madenschraube ausgestattet, die mit wenigstens einem Bolzen zusammenwirkt. Die Anschlagfläche kann auf einem axialen Fortsatz ausgebildet sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiele erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wälzlagers in Schnittdarstellung,

Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1,

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung in Schnittdarstellung,

Figur 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur und

Figur 5 ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel der erfrndungsgemäßen Wälzlageranordnung in Schnittdarstellung.

Figur 1 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wälzlagers in Schnittdarstellung. Das Wälzlager weist einen Außenring 1, einen Innenring 2 und zwischen dem Außenring 1 und dem Innenring 2 abrollende Wälzkörper 3 auf, die

in einem Käfig 4 angeordnet sind. Die Wälzkörper 3 weisen eine kegelförmige ausgebildete Mantelfläche 5 auf und rollen an einer inneren Mantelfläche 6 des Außenrings 1 und einer äußeren Mantelfläche 7 des Innenrings 2 ab. Die innere Mantelfläche 6 des Außenrings 1 ist kegelförmig ausgebildet und die äußere Mantelfläche 7 des Innenrings 2 ist 2ylinderförmig ausgebildet. Der Außenring 1, dessen Querschnitt von einem ersten axialen Endabschnitt zu einem zweiten axialen Endabschnitt zunimmt, weist im ersten axialen Endabschnitt eine durchgehende Radialbohrung 8 auf. Statt der Radialbohrung 8 kann auch eine radial durchgehende Vertiefung vorhanden sein, die zu der Stirnfläche, die anderen ersten axialen Endabschnitt angrenzt offen ist.

Einige Details zur Geometrie des erfindungsgemäßen Lagers sind in Figur 2 dargestellt, die einen vergrößerten Ausschnitt der Figur 1 zeigt. Die Darstellung der Figur 2 ist nicht maßstabsgetreu, damit die Charakteristika des erfindungsgemäßen Wälzlagers besser erkennbar sind. Wie in Figur 2 dargestellt, ist der Kegelform der Mantelfläche 5 der Wälzkörper 3 eine konvex Krümmung überlagert. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt diese Krümmung einem logarithmischem Profil. Der aus der Kegelform ohne Krümmung resultierende Winkel zwischen der Mantelfläche 5 eines jeden Wälzkörpers 3 und der Mittelachse 9 beträgt maximal 3°. Von der Wahl des Winkels hängen die Eigenschaften des Lagers und dessen Einsatzmöglichkeiten entscheidend ab. Vorzugsweise wird ein Winkel zwischen 0,5 und 1,5° gewählt. Bei der in Figur 2 dargestellten Geometrie stehen die Wälzkörper 3 mit dem Außenring 1 und dem Innenring 2 jeweils in einem nahezu punktförmigen Kontakt, solange das Wälzlager nicht oder nur wenig belastet wird. Dadurch wird ein Abrollen der Wälzkörper 3 auf der kegelförmigen äußeren Mantelfläche 7 des Innenrings 2 ermöglicht, ohne das dabei Gleiteffekte in größerem Ausmaß auftreten. Erst wenn die Belastung zunimmt, schmiegen sich der Außenring 1 und der Innenring 2 stärker an die Wälzkörper 3 an, so daß eine Berührung über einen größeren axialen Bereich stattfindet und somit die erforderliche Tragzahl sichergestellt ist.

Figur 3 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung in Schnittdarstellung und Figur 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 3. In dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel dient das erfindungsgemäße Wälzlager der Lagerung einer Welle 10. Auf die Welle 10 ist der Innenring 2 aufgepreßt. Der Außenring 1 ist in ein Gehäuse 11 eingepreßt. Das Gehäuse 11 weist wenigstens einen radial durchgehenden Kanal 12 auf, der im Bereich der Radialbohrung 8 in einen ringförmig umlaufenden Spalt 13 mündet.

Axial benachbart zum Wälzlager ist in das Gehäuse 11 eine Mutter 14 mit einem Außengewinde eingeschraubt, die an einem axialen Fortsatz 15 eine Anschlagfläche 16 aufweist. Die Mutter 14 ist durch drei Madenschrauben 17 gegen Verdrehen gesichert, die jeweils auf einen Bolzen 18 wirken. Um mit den Madenschrauben 17 gleichzeitig das Spiel zwischen der Mutter 14 und dem Gehäuse 11 zu eliminieren und eine planparallele Ausrichtung der Mutter 14 zu ermöglichen, weisen die Madenschrauben 17 und die zugehörigen Bolzen 18 nicht genau in Radialrichtung, sondern schließen mit der Radialrichtung einen von Null verschiedenen Winkel ein. In die radial nach außen gerichteten Stirnflächen der Bolzen 18 ist das Außengewinde der Mutter 14 eingearbeitet. Die Mutter 14 ist vorzugsweise nur im Bereich der Anschlagfläche 16 gehärtet. Dies läßt sich beispielsweise durch einen Induktionshärtungsvorgang realisieren. Die Anschlagsfläche 16 der Mutter 14 läuft jeweils gegen eine der beiden Stirnflächen der Wälzkörper 3 an. Um eine einfache Einstellung des Spiels bzw. der Vorspannung des Wälzlagers zu ermöglichen wird als Anlauffläche jeweils die Stirnfläche der Wälzkörper 3 mit dem größeren Durchmesser gewählt.

Wie insbesondere aus Figur 4 hervorgeht, weist die Anschlagfläche 16 im Querschnitt eine konvexe Krümmung auf. Dadurch wird erreicht, daß je nach der Geometrie der Stirnflächen der Wälzkörper 3 ein lmienförmiger oder ein punktförmiger Kontakt zwischen der Anschlagfläche 16 und den Wälzkörpern 3 besteht. Durch diese Geometrie lassen sich die Reibung und der Verschleiß relativ gering halten und zudem wird die Zufuhr von Schmiermittel und/oder Kühlmittel zu

dem Kontaktbereich erleichtert, insbesondere in Zusammenwirkung mit der Radialbohrung 8 des Außenrings 1 sowie dem Kanal 12 und dem Ringspalt 13.

Zur Einstellung oder Veränderung des Spiels bzw. der Vorspannung des Wälzlagers werden die Madenschrauben 17 gelöst und die Anschlagfläche 16 durch Drehen der Mutter 14 axial in die gewünschte Position gebracht. Je nach Drehrichtung nähern sich die Wälzkörper 3 dabei dem Außenring 1 und dem Innenring 2 stärker an bzw. entfernen sich von diesem. Wenn die gewünschte Position erreicht ist, wird die Mutter 14 mit Hilfe der Madenschrauben 17 und der Bolzen 18 fixiert. Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung eignet sich somit für eine schnelle und präzise Einstellung des Lagerspiels bzw. der Vorspannung.

Figur 5 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in Figur 3 dargestellten dadurch, daß der Innenring 2 nicht vorhanden ist und die Wälzkörper 3 stattdessen direkt gegen die Welle 10 anlaufen.

Prinzipiell könnte auch der Außenring 1 entfallen, so daß die Wälzkörper 3 direkt gegen das Gehäuse anlaufen.

In einer Variante der Erfindung ist die innere Mantelfläche 6 des Außenrings 1 zylinderförmig ausgebildet und die äußere Mantelfläche 7 des Innenrings 2 kegelförmig.

Claims

1. Wälzlager mit

- einem ersten Lagerring (1), der eine erste Lauffläche (6) aufweist,

- einem optional vorhandenen zweiten Lagerring (2), der eine zweite Lauffläche (7) aufweist,

- Wälzkörpern (3), die jeweils eine kegelförmig ausgebildete Mantelfläche (5) aufweisen und zwischen einer kegelförmigen und einer zylinderförmigen Laufbahn abrollen,

- wobei die kegelförmige und die zylinderförmige Laufbahn jeweils durch eine der Laufflächen (6, 7) der Lagerringe (1, 2) oder durch eine Lauffläche eines mit dem Wälzlager zusammenwirkenden Maschinenelements (10, 11) gebildet werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

- der Winkel, den die Mantelflächen (5) der Wälzkörper (3) jeweils mit den Mittelachsen (9) der Wälzkörper (3) einschließen maximal 3° beträgt und

- die Mantelflächen (5) der Wälzkörper (3) jeweils eine konvexe Krümmung aufweisen, die der Kegelform überlagert ist.

2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Mantelflächen (5) jeweils einem logarithmischen Profil folgt.

3. Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel, den die Mantelflächen (5) der Wälzkörper (3) jeweils mit den Mittelachsen (9) der Wälzkörper (3) einschließen zwischen 0,5° und 1,5° beträgt.

4. Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Lagerring (1) oder der zweite Lagerring (2), wenigstens eine durchgehende Radialbohrung (8) oder in einer seiner Stirnflächen wenigstens eine radial durchgehende Vertiefung aufweist.

5. Wälzlageranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlageranordnung ein Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist und ein Anschlagelement (14) mit einer axialen Anschlagfläche (16), gegen die die Wälzkörper (3) jeweils mit einer ihrer Stirnflächen anlaufen.

6. Wälzlageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (16) relativ zum Wälzlager axial bewegbar ist.

7. Wälzlageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Axialbewegung der Anschlagfläche (16) ein vorgebbares Spiel oder eine vorgebbare Vorspannung des Wälzlagers einstellbar ist.

8. Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (16) konvex gekrümmt ist.

9. Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement (14) aus ungehärtetem Material besteht.

10. Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement (14) im Bereich der Anschlagfläche (1b) gehärtet ist.

11. Wälzlageranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement (14) im Bereich der Anschlagfläche (16) induktiv gehärtet ist.

12. Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement (14) als eine Mutter mit einem Außengewinde ausgebildet ist.

13. Wälzlageranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter mit einer Verdrehsicherung in Form wenigstens einer Madenschraube (17) ausgestattet ist, die mit wenigstens einem Bolzen (18) zusammenwirkt.

14. Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (16) auf eine axialen Fortsatz (15) der Mutter ausgebildet ist.