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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lagerung eines Maschinenteils
mittels mindestens eines Lagers, wobei das Lager mindestens einen
Innenring und mindestens einen Außenring aufweist und wobei
der Innenring und der Außenring an zylindrischen Kontaktoberflächen
an dem Maschinenteil und an einem Trägerteil anliegen.
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Bei
manchen Anwendungen dieser Art tritt das Problem auf, dass sich
axiale Kräfte zwischen Lager und Maschinenteil bzw. Trägerteil
(Gehäuse) entwickeln, die sich nachteilig auf die Lagerung
auswirken.
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Eine
Anordnung der genannten Art ist beispielsweise aus der
DE 39 31 447 A1 bekannt.
Hier wird eine axiale Lagesicherung eines Wälzlagers mit gehärteten
Lagerringen auf einer weicheren Lagersitzfläche dadurch
hergestellt, dass der Lagerring mit mindestens einer umlaufenden
scharfkantigen Rille versehen ist. Weiterhin ist der Lagerring mit
Presssitz auf der Lagersitzfläche angeordnet.
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Um
bei einer gattungsgemäßen Lageranordnung ein Wandern
eines Wälzlagers in einem Presssitz zu verhindern, sieht
die
DE 195 45 337
C2 bei radial hoch belasteten Laufbahnringen eines Wälzlagers,
die mit ihrer Außenumfangsfläche in einem Gehäuse
fixiert sind bzw. mit ihrer Innenumfangsfläche ein anderes
Bauteil aufnehmen, vor, dass die Umfangsflächen eine die
Adhäsion erhöhende, scharfkantig aufgerauhte Oberfläche
mit einer Rauhtiefe von 5 bis 50 μm aufweisen. Dabei ist
die Oberfläche durch einen Strahlvorgang mit einem Korund
der Teilchengröße 50 bis 200 μm bei einer
Aufprallgeschwindigkeit von 30 bis 60 m/s aufgerauht.
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Bekannt
ist es auch, Nuten in den Bereich der Kontaktfläche einzuarbeiten,
wobei damit unterschiedliche Ziele angestrebt werden.
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Die
WO 94/24446 A1 offenbart
ein Wälzlager, in dessen Außenring eine wendelförmig
verlaufende Nut am Außenumfang eingearbeitet ist. Damit soll
ein Pumpeffekt erzeugt werden, der zur Versorgung der Lageranordnung
mit Schmieröl genutzt wird.
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Die
JP 2004 116541 zeigt
ein Nadellager, wobei auch hier der Außenumfang des Außenrings zum
Leiten von Öl mit Nuten versehen ist, die in Achsrichtung
betrachtet in Umfangsrichtung verlaufen und auch so für
ein Fördern von Schmieröl sorgen.
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Für
die Lagerung der Arbeitswalzen von Walzgerüsten eines Walzwerks
sieht die
DE 297 04 386
U1 vor, den Innenring eines mehrreihigen Kegelrollenlagers
mit einer wendelförmig verlaufenden Nut zu versehen, wobei
die Nut zum Durchführen von Öl dient. Eine solche
Lösung ist auch aus der
DE 100 33 954 A1 bekannt.
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Die
Adaption einer solchen Lösung bei einer gattungsgemäßen
Lagerung insbesondere mittels einer Wälzlagerung ist nicht
von Vorteil, da hier bei der Anordnung des Lager-Außenrings
in der Bohrung eines Gehäuseteils mittels Übergangspassung
infolge der wendelförmigen Nut im Außenring ein
unerwünschtes axiales Wandern des Lagerrings entstehen
kann.
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Bei
zu großer Presspassung zwischen Lageraußenring
und Bauteil ist auch häufig beobachtet worden, dass in
unerwünschter Weise Passungsrost entsteht bzw. eine Fressneigung
zwischen den beiden gepaarten Bauteilen vorliegt.
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Insbesondere
bei der Lagerung mittels Zylinderrollenlagern oder Pendelrollenlagern,
deren Außenring in einer Bohrung im Gehäuse eingesetzt
ist, ist häufig vorgesehen, dass der Außenring
des Lagers mit Presspassung in die Bohrung eingesetzt wird, um eine
axiale Bewegung des Lageraußenrings relativ zum Gehäuse
zu unterbinden. Allerdings kommt es dennoch häufig zu axialen
Bewegungen des Außenrings relativ zum Gehäuse.
Dabei können hohe axiale Kräfte auftreten, die
im Falle der Verwendung von Zylinderrollenlager zu einer sehr ungünstigen
Belastung der Borde und im Falle der Verwendung von Pendelrollenlager
zu einer ungleichmäßigen Lastverteilung führen.
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Ist
eine axiale Verschiebung des Lageraußenrings relativ zum
Gehäuse erfolgt, ist aufgrund der Presspassung zwischen
den beiden Bauteilen ein Zurückgelangen in die ursprüngliche
Relativposition sehr schwierig, so dass die Spannungen im Lager
erhalten bleiben.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei der eine axial spannungsfreie Lagerung
des Lagers ermöglicht wird, ohne dass es zu einem Wandern
des Lagerrings relativ zu dem zu lagernden Bauteil kommt. Damit
sollen ungünstige Bordbe lastungen, im Falle des Einsatzes
von Zylinderrollenlagern, verhindert und eine ungünstige
Lastverteilung, vor allem beim Einsatz von Pendelrollenlagern, ausgeschlossen
werden. Es soll auch insbesondere sichergestellt sein, dass es zu
keinen Problemen mit Passungsrost kommt. Ein weiterer wesentlicher
Aspekt ist, dass die Maßnahmen in ökonomischer
Weise umgesetzt werden können.
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Die
Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass im Bereich mindestens einer der Kontaktoberflächen
zwischen Lagerringen und Maschinenteil bzw. Trägerteil
(Gehäuse) an dem Lagerring und/oder an dem Maschinenteil
oder Trägerteil mindestens eine wendelförmig verlaufende
Nut angeordnet ist, wobei die Tiefe der Nut zwischen 1 μm
und 30 μm beträgt.
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Bevorzugt
beträgt die maximale Tiefe der Nut zwischen 3 μm
und 25 μm, besonders bevorzugt zwischen 4 μm und
8 μm.
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Die
Nut ist vorzugsweise durch einen Hartdrehvorgang in die Kontaktoberfläche
mindestens einer der in Verbindung stehenden Teile eingebracht.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung sieht mindestens zwei axiale Abschnitte
an der Kontaktoberfläche vor, in denen mindestens zwei
Nuten gegensinnig verlaufen. Dabei kann vorgesehen werden, dass
die beiden axialen Abschnitte gleich groß sind.
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Mindestens
eine Nut kann nach Art eines mehrgängigen Gewindes ausgebildet
sein.
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Die
mindestens eine Nut kann in die Bohrung eines Gehäuses
eingebracht sein, d. h. das Trägerteil ist in diesem Falle
als Gehäuse ausgeführt. Die mindestens eine Nut
kann alternativ oder additiv auch in den Außenumfang des
Außenrings des Lagers eingebracht sein.
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Die
Nut kann eine Steigung aufweisen, die zwischen 5% und 15% des Außendurchmessers
des Außenrings des Lagers beträgt. Die Nut ist
dabei bevorzugt im Radialschnitt gerundet ausgebildet, insbesondere
kreisabschnittsförmig.
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Weiterhin
kann zwischen dem Außenring und dem Trägerteil
eine Übergangspassung oder Presspassung vorliegen. Auch
zwischen dem Innenring und dem Maschinenteil kann eine Übergangspassung
oder Presspassung vorgesehen sein.
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Das
Lager ist bevorzugt ein Wälzlager. Dabei ist besonders
an ein Zylinderrollenlager gedacht, das zweireihig ausgebildet sein
kann. Der Lagerinnenring kann in diesem Falle Borde für
die axiale Führung der Zylinderrollen aufweisen.
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Mit
dem Erfindungsvorschlag wird erreicht, dass eine spannungsfreie
Lagerung des Maschinenteils mittels des Wälzlagers erfolgt.
Beispielsweise kann ein Planetenrad mittels eines Zylinderrollenlagers
oder eines Pendelrollenlagers ohne ungünstige Bordbelastungen
und ohne eine ungünstige Lastverteilung gelagert werden.
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Es
ist eine Passung zwischen Lager und Bauteil möglich, die
keine hohe Pressung benötigt. Damit ist auch die Bildung
von Passungsrost ausgeschlossen, ebenso eine Fressneigung zwischen
den Bauteilen.
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Falls
es zu einem axialen Wandern des Lageringes relativ zum zu lagernden
Bauteil kommt, ist ein Rückwandern in einfacher Weise sichergestellt. Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird dennoch
erreicht, dass keine Wanderneigung durch die vorgesehenen wendelförmigen
Nuten erzeugt wird.
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Es zeigen:
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1 schematisch
den Radialschnitt durch eine Lageranordnung bestehend aus einer
zu lagernden Welle und einem Zylinderrollenlager, das in einem Gehäuse
angeordnet ist, und
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2 die
Lageraufnahme-Bohrung im Gehäuse im Radialschnitt.
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In 1 ist
eine Lageranordnung im Schnitt dargestellt. Sie dient dazu, ein
Maschinenteil 1 in Form einer Welle mittels eines Wälzlagers 2 zu
lagern. Das Wälzlager 2 ist als zweireihiges Zylinderrollenlager
ausgebildet, das einen Innenring 3 und einen Außenring 4 aufweist,
zwischen denen in bekannter Weise Zylinderrollen 14 angeordnet
sind. Damit die Zylinderrollen 14 relativ zum Innenring 3 axial festgelegt
sind, weist der Innenring 3 Borde 13 auf, die
einen axialen Anschlag für die Zylinderrollen 14 bilden.
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Der
Außenring 4 des Wälzlagers 2 ist
in einer zylindrischen Bohrung 12 eines Gehäuses 7 eingesetzt,
das als Trägerteil fungiert. Dabei liegt Übergangspassung
zwischen dem Wälzlager-Außenring 4 und
dem Gehäuse 7 vor. Der Außenring 4 kann durch
einen (nicht dargestellten) Sicherungsring einseitig axial festgelegt
sein und in axial entgegengesetzter Richtung an einem (nicht dargestellten)
Axialanschlag anliegen.
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Wie
in 1 gesehen werden kann, kontaktiert der Außenring 4 mit
seiner zylindrischen Außenfläche die Bohrung 12 des
Gehäuses 7 an einer zylindrischen Kontaktoberfläche 5.
Entsprechend kontaktiert der Innenring 3 mit seiner zylindrischen
Bohrung die Welle 1 an der ebenfalls zylindrischen Kontaktoberfläche 6.
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Wie
es aus 2 hervorgeht, sind in die Bohrung 12 des
Gehäuses 7, mit dem Durchmesser D, Nuten 8 und 9 eingearbeitet.
Dabei sind zwei axiale Abschnitte 10 und 11 vorgesehen,
wobei sich jede Nut 8, 9 über einen der
beiden Abschnitte 10, 11 erstreckt. Die beiden
axialen Abschnitte 10, 11 können gleich
lang ausgebildet sein. Zwischen ihnen kann – was nicht
illustriert ist – eine abgrenzende Eindrehung angeordnet
sein, die als umlaufende Ringnut ausgebildet ist.
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Dabei
sind die wendelförmigen Verläufe der Nuten 8, 9 gegensinnig
angeordnet; wie es 2 entnommen werden kann, erstrecken
sich die beiden wendelförmigen Nuten 8, 9 von
der Mitte der Gehäusebohrung zu den axialen Enden mit unterschiedlicher
Orientierung. Durch die gegensinnige Anordnung der Nuten 8, 9 wird
keine Schraubwirkung erzeugt, wenn die Nuten von Öl durchflossen
werden (was durch einen Kapillareffekt erfolgen kann) und das Lager 2 axiale
Kräfte überträgt. Damit wird ein Wandern
des Außenrings 4 relativ zum Gehäuse 7 unterbunden.
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Im
Unterschied zu vorbekannten Lösungen sind die Nuten 8, 9 erfindungsgemäß als
Mikronuten ausgebildet. Das bedeutet konkret, dass die maximale
Tiefe t der Nuten 8, 9 maximal 30 μm
beträgt.
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Die
Herstellung bzw. Einbringung der Nuten 8, 9 in
die vorgearbeitete Oberfläche der Bohrung 12 erfolgt
durch Hartdrehen. Eine Ausführungsform sieht dabei vor,
dass die Bohrung zunächst in üblicher Weise bearbeitet
wird, einschließlich des Schleifens der Bohrung 12 des
gehärteten Sitzes des Gehäuses 7. Dann
wird das Hartdrehen zur Erzeugung der Nuten 8, 9 vorgenommen.
Die Schneidkante des Drehstahls wird dabei mit einem Vorschub entlang der
Bohrungsoberfläche geführt, die die Steigung s der
Nuten 8, 9 liefert. Die Steigung s der Wendel
der Nut 8, 9 beträgt bevorzugt zwischen
5% und 15% des Außendurchmessers D des Außenrings 4.
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Die
Nuten 8, 9 können dabei auch mehrgängig
angeordnet werden, d. h. es können mindestens zwei Nuten 8, 9 parallel
zueinander entlang der axialen Erstreckung der Bohrung verlaufen.
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Im
Radialschnitt hat die wendelförmig verlaufende Nut 8, 9 vorzugsweise
eine ausgerundete Form.
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In 1 ist
eine Lösung gezeigt, bei der der Innenring 3 und
der Außenring 4 einstückig ausgebildet
sind. Dies ist jedoch nicht zwingend. Die Ringe können
auch aus mehreren Teilringen zusammengesetzt sein.
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Wenngleich
im Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, dass die Nuten 8, 9 in
der Bohrung 12 des Gehäuses 7 verlaufen,
kann grundsätzlich genauso vorgesehen werden, dass die
Nuten in einem der beteiligten Teile an den Kontaktoberflächen 5 und/oder 6 eingearbeitet
sind.
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Die
Laufbahnen der Lagerringe 3, 4 für die Wälzkörper 14 können
gerade, ballig oder logarithmisch gekrümmt ausgebildet
sein, wobei große Balligkeits- bzw. Krümmungsradien
vorgesehen werden können. Die zum Einsatz kommenden Zylinder-
oder Pendelrollen (bevorzugt aus durchgehärtetem Wälzlagerstahl)
und Käfige (aus Stahlblech oder Kunststoff) entsprechen
den ansonsten bei derartigen Lagern üblichen Ausführungen.
Hinsichtlich des Materials ist anzumerken, dass übliche
Maßnahmen zur Veredelung zum Einsatz kommen können.
Bewährt hat sich korrosionsarmes bzw. korrosionsbeständiges
Material und eine korrosionsvermindernde bzw. korrosionsbeständige
Beschichtung einschließlich Nitrieren, Carbonitieren etc.
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Mit
dem Erfindungsvorschlag wird es möglich, einen Axialschub
in einer festen Passung abzubauen, indem mindestens eine der zusammenwirkenden
Oberflächen mit einem Drall (wendelförmige Nut)
versehen wird.
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- 1
- Maschinenteil
(Welle)
- 2
- Lager
(Wälzlager)
- 3
- Innenring
- 4
- Außenring
- 5
- Kontaktoberfläche
- 6
- Kontaktoberfläche
- 7
- Trägerteil
(Gehäuse)
- 8
- Nut
- 9
- Nut
- 10
- axialer
Abschnitt
- 11
- axialer
Abschnitt
- 12
- Bohrung
- 13
- Bord
- 14
- Wälzkörper
(Zylinderrollen)
- t
- Tiefe
- s
- Steigung
- D
- Außendurchmessers
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3931447
A1 [0003]
- - DE 19545337 C2 [0004]
- - WO 94/24446 A1 [0006]
- - JP 2004116541 [0007]
- - DE 29704386 U1 [0008]
- - DE 10033954 A1 [0008]