DE102011006747A1

DE102011006747A1 - Kegelrollenlager

Info

Publication number: DE102011006747A1
Application number: DE102011006747A
Authority: DE
Inventors: Dr. Michos Gordana; Andreas Klauda; Armin Necker
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-04-05
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2012-10-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager (1), mit einem Lagerinnenring (2) und einem Lageraußenring (4) sowie dazwischen auf kegeligen Laufbahnen (3, 5) abrollenden Kegelrollen (6), und mit einem auf eine Stirnfläche (8) des Lagerinnenrings (2) oder des Lageraußenrings (4) wirkenden ringförmigen thermischen Ausgleichselement (9, 11). Zur Vereinfachung der Herstellung und zum thermischen Ausgleich von Längenänderungen ist der Lagerinnenring (2) und/oder der Lageraußenring (4) bordlos ausgeführt. Außerdem überragt das thermische Ausgleichselement (9) die Stirnfläche (8) des Lagerinnenrings (2) nach radial außen oder die Stirnfläche des Lageraußenrings (4) nach radial innen, wobei es in diesem radial überragenden Bereich einen Anlaufbord für die Kegelrollen (6) bildet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager, mit einem Lagerinnenring und einem Lageraußenring sowie dazwischen auf kegeligen Laufbahnen abrollenden Kegelrollen, und mit einem auf eine Stirnfläche des Lagerinnenrings oder des Lageraußenrings wirkenden ringförmigen thermischen Ausgleichselement.
Hintergrund der Erfindung
Ein Kegelrollenlager mit einem thermischen Ausgleichselement ist beispielsweise aus der DE 197 34 998 B4 bekannt. Dieses Kegelrollenlager weist eine Einrichtung zum Nachstellen des axialen Spiels auf, bei der zwischen einem axial verschiebbaren Lagerring und einem als Widerlager wirkenden Halteelement ein Anstellelement angeordnet ist. Dieses Anstellelement besteht aus einem Werkstoff, der über eine Gefügeumwandlung in Folge der Betriebstemperatur des Kegelrollenlagers ein Längenwachstum erfährt und so ein Nachstellen des axialen Spiels bewirkt. Dieses Anstellelement kann auf den Lageraußenring oder den Lagerinnenring wirken und bei paarweise angeordneten Kegelrollenlagern zwischen den Lageraußenringen oder den Lagerinnenringen angeordnet sein.
Bei einem weiteren bekannten Kegelrollenlager mit einem ringförmigen thermischen Ausgleichselement, das in der DE 691 31 756 T2 beschrieben ist, ist das thermische Ausgleichselement in einer Ausnehmung des Lageraußenrings oder des Lagerinnenrings angeordnet und erfordert somit eine entsprechende Gestaltung in Verbindung mit einer zusätzlichen mechanischen Bearbeitung des Lageraußenrings oder des Lagerinnenrings.
Die Kegelrollenlager gemäß diesem Stand der Technik weisen am Innenring wenigstens einen damit materialeinheitlich gefertigten Anlaufbord für die Kegelrollen auf der die Kegelrollen auf ihrer Seite mit dem großen Durchmesser axial führt.
Aufgabe der Erfindung
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kegelrollenlager der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, dass auf Anlaufborde am Lagerinnenring und am Lageraußenring verzichtet wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Kegelrollenlager, mit einem Lagerinnenring und einem Lageraußenring sowie dazwischen auf kegeligen Laufbahnen abrollenden Kegelrollen, und mit einem auf eine Stirnfläche des Lagerinnenrings oder des Lageraußenrings wirkenden ringförmigen thermischen Ausgleichselement. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei diesem Kegelrollenlager vorgesehen, dass das Ausgleichselement die Stirnfläche des Lagerinnenrings radial nach außen oder die Stirnfläche des Lageraußenrings radial nach innen überragt und in dem überragenden Bereich einen Anlaufbord für die Kegelrollen bildet.
Durch diese Konstruktion wird erreicht, dass sich sowohl der Lagerinnenring als auch der Lageraußenring bordlos fertigen lassen, was zu einer erheblichen Herabsetzung des Fertigungsaufwandes und damit der Fertigungskosten führt. Außerdem wird erreicht, dass ein bestimmtes Spiel oder eine bestimmte Vorspannung des Kegelrollenlagers, die bei der Montage eingestellt werden, bestehen bleiben, auch wenn sich die Bestandteile des Kegelrollenlagers oder die es umgebenden oder dadurch gelagerten Maschinenteile im Betrieb unterschiedlich erwärmen und deshalb unterschiedlich ausdehnen. Wird nämlich kein thermisches Ausgleichselement vorgesehen, so kann es sein, dass insbesondere der Lagerinnenring des Kegelrolle lagern eine höhere Temperatur aufweist als der Lageraußenring, da die Wärmeabfuhr durch das Gehäuse, in dem der Lageraußenring angeordnet ist, schneller erfolgt als für den Lagerinnenring. Diese Temperaturunterschiede führen dazu, dass sich die eingestellte Vorspannung oder das eingestellte Lagerspiel im Betrieb verändern. Die maximale Gebrauchsdauer eines solchen Wälzlagers ist jedoch nur mit einer bestimmten Vorspannung oder einem vorbestimmten Lagerspiel zu erreichen, so dass Änderungen der eingestellten Vorspannung oder des Lagerspiels durch die Betriebsbedingungen zu einer Verminderung der Gebrauchsdauer führen. Diese Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kegelrollenlagers vermieden, die außerdem eine Reduzierung der Herstellungskosten des Kegelrollenlagers bewirkt
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers ist das ringförmige Ausgleichselement auf der Stirnseite mit dem großen Durchmesser eines wenigstens auf dieser Seite bordlosen Lagerinnenrings angeordnet
In der Regel weisen Kegelrollenlager im eingebauten Zustand und im Betrieb unterschiedliche Temperaturen an dem Lagerinnenring und dem Lageraußenring auf. Der Lageraußenring führt in der Regel über das Gehäuse eine höhere Wärmemenge an die Umgebung ab, wodurch eine Temperaturdifferenz zwischen den Lagerringen entsteht. Der Lagerinnenring und der Lageraußenring dehnen sich somit unterschiedlich aus, was sich auf die Innengeometrie des Kegelrollenlagers auswirkt. Durch die Anordnung des ringförmigen Ausgleichselements auf der Stirnseite mit dem großen Durchmesser eines wenigstens auf dieser Seite bordlosen Lagerinnenrings lässt sich erreichen, dass die Vorspannungsänderung während des Betriebes des Kegelrollenlagers durch Verwendung eines passiven Systems in Form des ringförmigen Ausgleichselements gering bleibt Je nach dem, ob das ringförmige Ausgleichselement auf einen Lagerring wirke, dessen Temperatur höher oder niedriger als die des anderen Lagerrings ist, kann das ringförmige Ausgleichselement aus einem Material mit größerem oder kleinerem thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das der Lagerringe bestehen, so dass eine große Freiheit bei der Auswahl des geeigneten Materials für das thermische Ausgleichselement gegeben ist Wenn das Material des thermischen Ausgleichselements eine geringere Festigkeit und/oder Oberflächenhärte als das Material der Lagerringe aufweist, die üblicherweise aus Wälzlagerstahl bestehen, ist es vorteilhaft, wenn wenigstens der Bereich des Anlaufbordes mit einer Anlaufflächenverstärkung aus Wälzlagerstahl versehen ist.
Eine solche Anlaufflächenverstärkung lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass das Ausgleichselement als Scheibe aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung ausgebildet ist, während die Anlaufflächenverstärkung aus einem ringförmigen Wälzlagerstahleinsatz besteht. Diese Anlaufflächenverstärkung kann mit dem scheibenförmigen Ausgleichselement formschlüssig, reibschlüssig oder kraftschlüssig verbunden sein.
Gemäß einer anderen, auf einfache Weise spanlos zu fertigende Ausführungsform kann das Ausgleichselement aus zwei mit ihren Schenkeln axial ineinander geschobenen U-förmigen Ringen und einer Füllung aus synthetischen Material bestehen, wobei wenigstens der an der Stirnseite des Lagerinnenrings anliegende U-förmige Ring aus Wälzlagerstahl besteht.
Bei dieser Ausführungsform bewirkt die Füllung aus synthetischem Material bei einer Temperaturerhöhung eine axiale Vergrößerung des Ausgleichselements und damit einen Ausgleich der Lagervorspannung und/oder des Lagerspiels.
Mit der vorliegender Erfindung lässt sich eine kostengünstige Herstellung eines bordlosen Kegelrollenlagers in Verbindung mit einem thermischen Ausgleichselement, das die Funktion eines Anlaufbordes übernimmt, erreichen. Außerdem ermöglicht die Erfindung eine kostengünstige Verlängerung der Gebrauchsdauer von Kegelrollenlagern aufgrund einer im Wesentlichen konstanten Vorspannung oder eines konstant eingestellten Lagerspiels während des Betriebs bei unterschiedlichen Temperaturen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 einen Radialschnitt durch ein Kegelrollenlager gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und
2 einen radialen Teilschnitt durch ein Kegelrollenlager gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Ein in 1 dargestelltes Kegelrollenlager 1 besteht aus einen Lagerinnenring 2 mit einer kegeligen Laufbahn 3, einem Lageraußenring 4 mit einer kegeligen Laufbahn 5 und dazwischen auf diesen kegeligen Laufbahnen 3, 5 abrollenden Kegelrollen 6, die in einem Käfig 7 geführt sind. Der Lagerinnenring 2 und der Lageraußenring 4 sind ohne Anlaufborde ausgeführt, woraus eine vereinfachte und kostengünstige Herstellung resultiert, da sich die Laufbahnen 3, 5 absatzlos mittels einer Schleifscheibe hochgenau arbeiten lassen.
An einer axialen Stirnfläche 8 am großen Durchmesser des Lagerinnenrings 2 liegt ein ringförmiges thermisches Ausgleichselement 9 an, das beispielsweise aus Leichtmetall bzw. einer Leichtmetalllegierung bestehen kann und dementsprechend einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der etwa doppelt so groß ist wie der thermische Ausdehnungskoeffizient des Lagerinnenrings 2, der üblicherweise aus einem Wälzlagerstahl besteht.
Da die von der Stirnfläche 8 des Lagerinnenrings 2 abgewandte Stirnfläche 15 des thermischen Ausgleichselements 9 an einen nicht dargestellten Wellenabsatz anliegt, bewirkt eine Temperaturerhöhung der nicht dargestellten Welle und/oder des Lagerinnenrings 2 eine Temperaturerhöhung des thermischen Ausgleichselements 9 und damit eine Volumenvergrößerung des thermischen Ausgleichselements 9, die sich auch in axialer Richtung zum Lagerinnenring 2 hin erstreckt und diesen verschiebt. Auf diese Weise wird eine Verringerung einer vorgegebenen Lagervorspannung oder eine Vergrößerung eines vorgegebenen Lagerspiels ausgeglichen, so dass eine vorgegebene Lagervorspannung bzw. ein vorgegebenes Lagerspiel unabhängig von Temperaturdifferenzen zwischen dem Lagerinnenring 2 und dem Lageraußenring 4 aufrechterhalten bleiben.
Da Leichtmetalle bzw. Leichtmetalllegierungen eine geringere Festigkeit und Härte und damit eine geringere Verschleißfestigkeit als ein Wälzlagerstahl aufweisen, ist das thermische Ausgleichselement 9 mit einer Anlaufflächenverstärkung 10 aus Wälzlagerstahl versehen. Diese Anlaufflächenverstärkung 10 ist in einer Ausnehmung des thermischen Ausgleichselements 9 im Bereich einer großen Stirnfläche der Kegelrollen 6 angeordnet und mit dem thermischen Ausgleichselement 9 formschlüssig, reibschlüssig oder kraftschlüssig verbunden. Auch das thermische Ausgleichselement 9 kann mit dem Lagerinnenring 2 formschlüssig, reibschlüssig oder kraftschlüssig verbunden sein. Die Anlaufflächenverstärkung 10 ist an ihrer zu den Kegelrollen 6 weisenden Seite geometrisch so ausgebildet, dass ein kleiner Teil der großen Stirnseite einer jeden Kegelrolle 6 plan an der Anlaufflächenverstärkung 10 anliegt.
Die Ausführungsform gemäß 2 weist ein thermisches Ausgleichselement 11 auf das aus zwei mit ihren Schenkeln axial ineinander geschobenen U-förmigen Ringen 12, 13 und einer dazwischen angeordneten Füllung aus synthetischem Material 14 besteht. Auch dieses thermische Ausgleichselement 11 überragt den großen Durchmesser des Lagerinnenrings 2 radial so weit, dass ein Anlaufbord für die Kegelrollen 6 gebildet ist. Wenigstens der an der Stirnseite 8 des Lagerinnenrings 2 anliegende U-förmige Ring 13 besteht aus den gleichen Gründen wie bei der Ausführungsform gemäß 1 aus einem Wälzlagerstahl, um den Beanspruchungen durch das gleitende Abrollen der Kegelrollen 6 am Anlaufbord ohne wesentlichen Verschleiß zu widerstehen. Die Füllung aus synthetischem Material 14 weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der größer ist als die übrigen Materialien des Wälzlagers, so dass auch bei der Ausführungsform gemäß 2 die gleiche Wirkung eintritt wie bei der Ausführungsform gemäß 1.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen gemäß den 1 und 2 beschränkt. So ist es auch möglich, Materialien für die thermischen Ausgleichselemente 9, 11 einzusetzen, die einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen als der zugeordnete Lagerring, wie beispielsweise keramisches Material, wenn die Einbau- und Temperaturverhältnisse dies erfordern. Des Weiteren können die thermischen Ausgleichselements 9, 11 auch am Lageraußenring 4 angeordnet sein und diesen entsprechend den thermischen Verhältnissen axial verschieben, wobei entsprechende Anlaufborde die Stirnfläche des Lageraußenrings 4 radial nach innen überragen und die Kegelrollen 6 dort axial führen.
Bezugszeichenliste

1: Kegelrollenlager
2: Lagerinnenring
3: Kegelige Laufbahn
4: Lageraußenring
5: Kegelige Laufbahn
6: Kegelrolle
7: Käfig
8: Stirnfläche des Lagerinnenrings
9: Thermisches Ausgleichselement
10: Anlaufflächenverstärkung
11: Thermisches Ausgleichselement
12: U-förmiger Ring
13: U-förmiger Ring
14: Füllung aus synthetischem Material
15: Stirnfläche des Ausgleichselements

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19734998 B4 [0002]
DE 69131756 T2 [0003]

Claims

Kegelrollenlager (1), mit einem Lagerinnenring (2) und einem Lageraußenring (4) sowie dazwischen auf kegeligen Laufbahnen (3, 5) abrollenden Kegelrollen (6), und mit einem auf eine Stirnfläche (8) des Lagerinnenrings (2) oder des Lageraußenrings (4) wirkenden ringförmigen thermischen Ausgleichselement (9, 11), dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (9, 11) die Stirnfläche (8) des Lagerinnenrings (2) radial nach außen oder die Stirnfläche des Lageraußenrings (4) radial nach innen überragt und in dem überragenden Bereich einen Anlaufbord für die Kegelrollen (6) bildet.
Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Ausgleichselement (9, 11) auf der Stirnseite (8) mit dem großen Durchmesser eines wenigstens auf dieser Seite bordlosen Lagerinnenrings (2) angeordnet ist.
Kegelrollenlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Ausgleichselement (9, 11) aus einem Material mit größerem oder kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Material des Lagerinnenrings (2) oder des Lageraußenrings (4) und/oder einer Welle, auf der der Lagerinnenring (2) angeordnet ist, besteht.
Kegelrollenlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Ausgleichselement (9, 11) aus einem Material mit größerem oder kleinerem thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Material des Lagerinnenrings (2) oder des Lageraußenrings (4) und/oder eines Gehäuses, in dem der Lageraußenring (4) angeordnet ist, besteht.
Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Anlaufbordes eine Anlaufflächenverstärkung (10, 13) aus Wälzlagerstahl aufweist.
Kegelrollenlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (9) als Scheibe aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung ausgebildet ist, und dass die Anlaufflächenverstärkung (10) aus einem ringförmigen Wälzlagerstahleinsatz besteht.
Kegelrollenlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufflächenverstärkung (10) mit dem Ausgleichselement (9) formschlüssig, reibschlüssig oder kraftschlüssig verbunden ist
Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (11) aus zwei mit ihren Schenkeln axial ineinander geschobenen U-förmigen Ringen (12, 13) und einer Füllung aus synthetischem Material (14) besteht, und dass wenigstens der an der Stirnseite (8) des Lagerinnenrings (2) anliegende U-förmige Ring (13) aus Wälzlagerstahl besteht.