DE19543114A1

DE19543114A1 - Lagergehäuse zur Aufnahme von Wälzlagern

Info

Publication number: DE19543114A1
Application number: DE1995143114
Authority: DE
Inventors: Christian Schiel
Original assignee: Voith Sulzer Papiermaschinen GmbH
Current assignee: Voith Sulzer Papiermaschinen GmbH
Priority date: 1995-11-18
Filing date: 1995-11-18
Publication date: 1997-05-22

Description

Die Erfindung betrifft ein Lagergehäuse zur Aufnahme von Wälzlagern, wobei das Lagergehäuse mindestens eine Bohrung zur Aufnahme der Lager und mindestens einen Schlitz umfaßt.

Die Lebensdauer eines Wälzlagers ist abhängig davon, zu welchem Zeitpunkt erste Ermüdungserscheinungen des Werkstoffes von Außen- und Innenringes des Wälzlagers auftreten. Die Ermüdungserscheinungen sind darauf zurückzuführen, daß beim Laufen der Wälzkörper zwischen dem Innen- und Außenring des Lagers neben der Hertzschen Pressung immer eine Schubspannung auftritt. Diese wird dadurch verursacht, daß der Wälzkörper versucht in die Rollbahn einzudringen und den Werkstoff wegzuschieben. Die Schubspannungen haben dann nach längerer Laufzeit die oben genannten Ermüdungserscheinungen im Werkstoff, zur Folge. Diese machen sich in der Regel als Risse bemerkbar beziehungsweise führen bei weiterer Beanspruchung zur Abblätterung oder Schälung der Rollbahn beziehungsweise der Wälzkörper, wodurch eine Zerstörung des Lagers auftritt.

Bekanntermaßen ist eine exakte Berechnung der Lebensdauer eines Wälzlagers nicht möglich; vielmehr kann lediglich die Wahrscheinlichkeit der Lebensdauer vorhergesagt werden, die ein Lagertyp unter definierten Betriebsbedienungen erreicht. Es ergibt sich für die Lebensdauer von Wälzlagern folgende empirische Gleichung (Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 18. Auflage, Berlin 1995, Seite G79)

L_c = (C_R/P_R)^P für Radiallager

und

L_c = (C_a/P_a)^P für Axiallager

wobei
L_c: Ermüdungslebensdauer in 10⁶ Umdrehungen, die von 90 Prozent einer größeren Anzahl gleicher Lager erreicht oder überschritten wird.

C_R, C_A: Dynamische Tragzahl (äußere Belastung, die das Lager theoretisch für eine nominelle Lebensdauer von 10⁶ Umdrehungen aufnehmen kann).

P_R,P_A: Lagerkraft (dynamische äquivalente Belastung, deren Größe und Richtung unveränderlich ist, und unter deren Einwirkung ein Wälzlager die gleiche nominelle Lebensdauer erreichen würde, wie unter den tatsächlich vorliegenden Bedingungen).

Exponent P hat für Kugellager den Wert 3, und für Rollen- und Nadellager den Wert 10/3.

Betriebsbedingte Änderungen der Lagerlebensdauer wurden bislang durch die Einführung von Lebensdauerbeiwerten berücksichtigt. Es ergab sich dann die modifizierte Lebensdauergleichung (Dubbel, aaO):
L_NA=a₁a₂a₃L₁₀
a₁: Lebensdauerbeiwert für die Ausfallwahrscheinlichkeit,
a₂: Lebensdauerbeiwert für den Werkstoff,
a₃: Lebensdauerbeiwert für die Betriebsbedingungen, wobei mit a₃ nur die Angemessenheit der Schmierung bezüglich Viskosität, Menge, Verunreinigungen erfaßt wird (Dubbel, aaO).

Bei der Dimensionierung von in Lagergehäusen eingebauten Wälzlagern ist man somit lange immer davon ausgegangen, daß die Lebensdauer unabhängig von dem das Wälzlager umgebende Lagergehäuse ist.

Überraschenderweise weicht nun in einer Vielzahl der Fälle die tatsächliche Lebensdauer eines in ein Lagergehäuse eingebauten Wälzlagers stark von der zuvor nach den obigen Gleichungen berechneten ab. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die vom Hersteller angegebenen Tragzahlen eine ideale Lastverteilung auf alle lasttragenden Rollen voraussetzt, was aufgrund der Lagerumgebung in einem Lagergehäuse nicht immer gegeben ist. Ist beispielsweise ein Lagergehäuse sehr massiv ausgebildet, so weichen die tatsächlich auftretenden Lebensdauern von den theoretisch berechneten sehr stark ab. Dies selbst dann, wenn das Lagerspiel je nach Ausfall des Herstelldurchmessers von Lagerring und Welle und der Durchmesser der Gehäusebohrung innerhalb der zulässigen Toleranzen schwankt. Ist das Lagergehäuse weniger massiv ausgebildet, so kommen die tatsächlichen Lebensdauern den theoretisch vorhergesagten näher.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, Lagergehäuse zur Verfügung zu stellen, in denen die Lager ihre theoretisch vorhergesagte Lebensdauer gemäß den obigen Gleichungen erreichen. Insbesondere soll die in massiven Lagern auftretende unerwartete, durch die Lagerumgebung verursachte frühzeitige Ermüdung von Wälzlagern vermieden werden.

Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß ein gattungsgemäßes Lagergehäuse mit einem Schlitz dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schlitz als Trennfuge ausgebildet ist und die Trennfuge einen belastenden Gehäuseteil, der mindestens eine Bohrung zur Aufnahme der Lager umfaßt von dem übrigen Gehäuse derart trennt, daß sich im Wälzlager unabhängig vom Lagergehäuse eine annähernd ideale Lastverteilung auf die Wälzkörper ergibt.

Durch die Trennung des belasteten Gehäuseteil vom massiven Lagergehäuse mit Hilfe des als Trennfuge ausgebildeten Schlitzes ist es möglich, daß sich das Lagergehäuse im Bereich der Lagerbohrung an das Wälzlager anschmiegen kann, wodurch die Lastverteilung auf die Rollen verbessert wird, günstigstenfalls sogar eine Lastverteilung erreicht wird, die der der Berechnung zugrunde gelegten Idealen entspricht.

Aus der CH-683449A5 ist ein Lagergehäuse bekannt, bei dem mehrere im Lagergehäuse eingelassene Lagerbohrungen durch im wesentlichen vertikal und horizontal verlaufende Schlitze voneinander getrennt sind. Diese Schlitze dienen aber nicht dazu, die Lastverteilung in belasteten Lagern zu verbessern, sondern ausschließlich der thermischen Entkopplung.

Die erfindungsgemäß in das Lagergehäuse eingelassenen Schlitze sind vorzugsweise abschnittsweise kreisbogenförmig um die Lagerbohrung ausgeführt. Hierdurch wird erreicht, daß sich das Lagergehäuse in der belasteten Hälfte wie ein biegsames Band zusammen mit dem Innenring des Lagers an die Rollen anschmiegen kann.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der kreisbogenförmige Abschnitt des Schlitzes sich über mindestens 150 Grad erstreckt.

Idealerweise erstreckt sich der Schlitz über ungefähr 180 Grad.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wird vorgeschlagen, daß sich an das jeweilige Ende des kreisbogenförmigen Abschnittes des Schlitzes je ein tangentialer Abschnitt anschließt.

Vorteilhafterweise kann die Trennfuge an den beiden Enden Bohrungen aufweisen.

Die Einarbeitung der Trennfugen in den massiven Lagerblock beziehungsweise das massive Lagergehäuse wird wesentlich erleichtert, wenn dieses aus einem trennschweißbaren Material besteht, so daß die Trennfuge auf einfache Art und Weise bei der Herstellung des massiven Lagerblockes an der gewünschten Stelle durch Trennschweißen ausgeschnitten werden kann.

Die Erfindung ,soll im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Lagergehäuse in axialer Ansicht als Querträger,

Fig. 2 ein Lagergehäuse in axialer Ansicht mit Verankerung auf einer Grundplatte,

Fig. 3 ein Lagergehäuse in axialer Ansicht mit Verankerung in einer Wand,

Fig. 4 ein Lagergehäuse in axialer Ansicht mit polygonförmiger Trennfuge,

Fig. 5 Schnitt durch eine Lagergehäusehälfte gemäß Fig. 3 in der Schnittebene V-V.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Lagergehäuse 1 mit einer Bohrung 2 zur Aufnahme eines Wälzlagers 3, durch welches eine Welle 4 hindurchtritt. Das Lagergehäuse 1 gemäß Fig. 1 ist als Querträger ausgebildet, der sich auf zwei Ständern 5 abstützt. An den Stützen 5 ist der Querträger mittels Verbindungsschrauben 6 befestigt. In dem Lagergehäuse 1 ist oberhalb der Bohrung 2 ein kreisbogenförmiger Schlitz 7 als Trennfuge eingearbeitet. Die kreisbogenförmige Trennfuge erstreckt sich halbkreisförmig über einen Winkel von etwas mehr als 150 Grad. Der Kreisbogenabschnitt wird an den jeweiligen Enden durch Bohrungen 8, 9 abgeschlossen. Die Einarbeitung der Trennfuge in das Lagergehäuse hat zur Folge, daß eine vom übrigen Teil des Lagergehäuses separierte Brücke 10 zwischen der Bohrung und der Trennfuge gebildet wird. Ist die Lagerkraft F wie in Fig. 1 gerichtet, so ist der obere Teil des Lagergehäuses belastet. Durch die Trennung des sich unmittelbar an die Bohrung anschließenden belastete Gehäuseteils 10 vom übrigen Lagerblock wird erreicht, daß sich die Brücke 10 frei von Unstetigkeiten und Zusatzbelastungen bandähnlich an Außenring des Lagers 2 und mit diesem an die Wälzkörper anschmiegen kann. Auf diese Art und Weise wird sichergestellt, daß im Wälzlager selbst eine nahezu ideale Lastverteilung auf alle lasttragenden Wälzkörper erreicht wird. Diese ideale Lastverteilung liegt aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion auch dann vor, wenn Biegemomente auf das Lagergehäuse einwirken, die ohne Trennfuge zum Beispiel zu örtlichen Zwängungen zwischen Laufring und Wälzkörpern führen können. Dies würde dann eine Verminderung der theoretisch vorhergesagten Lebensdauer zur Folge haben.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Lagergehäuse 1, handelt es sich um ein beispielsweise mittels Schrauben mit dem Untergrund 10 fest verbundenen Lagerblock. Die Lagerkraft F hat die umgekehrte Richtung wie in Fig. 1 und wirkt von unten nach oben ein. Demgemäß befindet sich der belastende Bereich im unteren Gehäuseabschnitt. Um wie in Fig. 1 zu erreichen, daß sich im Wälzlager eine annähernd ideale Lastverteilung auf die Wälzkörper ergibt, ist nun die Trennfuge im unteren Lagergehäusebereich angeordnet. Wie in Fig. 1 erstreckt sie sich kreisbogenförmig über einen Winkel von 180 Grad um die Bohrung 2. Zwischen der Trennfuge und der Bohrung wird wie in Fig. 1 wiederum eine Brücke 10 ausgebildet. Durch die Entkopplung des belasteten Lagerbereiches vom übrigen Lagergehäuse ist es möglich, am Lagergehäuse 1 zusätzliche Elemente beziehungsweise Aggregate 12 anzubringen, ohne daß die dort angreifende Zusatzkraft Z, die auch auf das Lagergehäuse 1 wirkt, auf die annähernd ideale Lastverteilung im Wälzlager 3 irgendeinen Einfluß hat. Desweiteren spielen für die Lastverteilung im Lager bei der Konstruktion gemäß Fig. 2 auch eventuelle Unebenheiten der Oberfläche 11 des Bodens 10 keine Rolle.

Fig. 3 zeigt das erfindungsgemäße Lagergehäuse 1 in einer weiteren Ausführungsform, bei der das Lagergehäuse 1 horizontal beispielsweise an einer Wand 13 mit Verbindungsschrauben 6 befestigt ist. Wie in Fig. 3 wirkt die resultierende Lagerkraft F senkrecht nach unten. Demzufolge ist der als Trennfuge ausgebildete Schlitz 7 in der unteren, belasteten Hälfte des Lagergehäuses 1 ausgebildet. Die an den Verbindungsstellen 6 mit der Wand 13 angreifenden Zusatzkräfte H₁, H₂ haben aufgrund der Trennung des belasteten Gehäuseteils vom übrige Lagerblock über die Brücke 10 keinerlei negative Auswirkungen auf die Lastverteilung im Lager 3.

Fig. 4 stellt einen Schnitt durch die in Fig. 3 dargestellte Lagergehäusehälfte entlang der Schnittebene V-V dar. Deutlich ist die unterhalb der Welle angeordnete Trennfuge 7 zu sehen. Gegen Verschmutzungen ist das Lager mit Hilfe eines Lagerdeckels 14 gesichert, der an dem Lagergehäuse 1 mit Hilfe von Schrauben 15 befestigt ist.

Fig. 5 zeigt einen weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lagergehäuses. Der als Trennfuge ausgebildete Schlitz 7 ist größer ausgeschnitten als in Fig. 3. Die Brücke 10 ist in der rechten Hälfte kreisringförmig ausgebildet und in der linken Hälfte polygonförmig. Der polygonförmige Verlauf der Trennfuge zum belasteten Lagerabschnitt hin ist zwar bezüglich seiner Eigenschaften betreffend die Lastverteilung im Lager weniger günstig als ein kreisbogenförmiger Verlauf, aber immer noch ausreichend dafür, eine erhöhte Lagerlebensdauer zu erreichen. Die polygonförmige Ausführung der Brücke stellt gegenüber der kreisringförmigen eine zweckmäßige Variante dar. Um die Zugänglichkeit von hinter dem Lagergehäuse angeordneten Bauteilen beziehungsweise Aggregaten zu erleichtern umfaßt die Trennfuge in der Ausführungsform gemäß Fig. 4 fensterartige Erweiterungen beziehungsweise Öffnungen 16.

Die vorliegende Erfindung stellt somit ein verbessertes Lagergehäuse zur Verfügung, bei dem aufgrund der Trennung von belastetem Lagergehäuseteil und dem übrigen Lagergehäuse im Wälzlager eine ideale Lastverteilung herrscht, so daß die Lebensdauer des in den Lagerblock eingebauten Lagers in etwa die vorhergesagte Ideale ist.

Claims

1. Lagergehäuse (1) zur Aufnahme von Wälzlagern (3) mit folgenden Merkmalen:

1.1 Das Lagergehäuse (1) weist mindestens eine Bohrung (2) zur Aufnahme eines Wälzlagers (3) und
1.2 mindestens einen Schlitz (7) auf; gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
1.3 der Schlitz (7) ist als Trennfuge ausgebildet;
1.4 die Trennfuge trennt mindestens einen belasteten Gehäuseteil, der mindestens eine Bohrung (2) mit einem Wälzlager (3) umfaßt von dem übrigen Gehäuse derart, daß sich im Wälzlager (3) unabhängig vom Lagergehäuse eine annähernd ideale Lastverteilung auf die Wälzkörper ergibt.

2. Lagergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Trennfuge ausgebildete Schlitz (7) abschnittsweise kreisbogenförmig um die Lagerbohrung (2) in dem belasteten Lagerabschnitt verläuft.

3. Lagergehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisbogenförmige Abschnitt einen Kreisbogenwinkel von mindestens 150 Grad aufweist.

4. Lagergehäuse nach einem der Ansprüche 2-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfuge an den Enden des kreisbogenförmigen Abschnittes je einen tangentialen Abschnitt aufweist.

5. Lagergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der als Trennfuge ausgebildete Schlitz (7) abschnittsweise polygonförmig um die Lagerbohrung (2) in dem belasteten Lagerabschnitt verläuft.

6. Lagergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der als Trennfuge ausgebildete Schlitz (7) an den beiden Enden Bohrungen (8, 9) aufweist.

7. Lagergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der als Trennfuge ausgebildete Schlitz Erweiterungen (16) umfaßt.

8. Lagergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagergehäuse (1) aus trennschweißbarem Material besteht.

9. Verfahren zur Herstellung eines Lagergehäuses gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der als Trennfuge ausgebildete Schlitz (7) in das Lagergehäuse (1) durch Trennschweißen eingebracht wird.