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Die vorliegende Erfindung betrifft Lager, insbesondere
Wälzlager, mit einstellbarer Vorspannung von der Art, wie
sie im Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben ist.
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Vorgespannte Wälzlager sind im Stand der Technik bekannt.
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Von diesen Wälzlagern sind einige von einer Art, bei der
mindestens einer der Lagerringe in zwei ineinandergesteckte
Teile unterteilt ist, die ineinander frei beweglich sind,
um die Vorspannung zu übertragen.
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Ein Wälzlager dieses Typs ist zum Beispiel in der FR-A-2
594 189 beschrieben. In diesem Dokument wird die
Herstellung eines vorgespannten Wälzlagers beschrieben, das
ein Gehäuse aufweist, sowie einen Innenring, einen
Außenring, Wälzelemente wie zum Beispiel Kugeln, die
zwischen dem inneren und dem äußeren Ring angeordnet sind,
mindestens ein elastisches Teil, das in dem Gehäuse
zwischen diesem und einem der Ringe zusammengedrückt ist,
um die Wälzelemente mit dem inneren und dem äußeren Ring
auf einer kreisförmigen Bahn in Kontakt zu bringen. Dieses
Wälzlager ist so ausgelegt, daß die Kugeln Kontaktbahnen
folgen, die einerseits auf dem Innenring und andererseits
auf dem Außenring angeordnet sind, und es ist so
konzipiert, daß einer der Ringe aus zwei Teilen besteht,
auf denen sich jeweils eine der Kontaktbahnen befindet, und
daß diese Teile ineinandergesteckt und ineinander frei
beweglich sind, um die Vorspannung von dem elastischen Teil
auf die Wälzelemente zu übertragen.
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Die Vorteile dieser Art von Wälzlagern sind bekannt. Sie
ermöglichen einen automatischen Ausgleich des Spiels, sie
sind selbstzentrierend und passen sich automatisch der
Vorspannung an.
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Wenn auch für zahlreiche Anwendungszwecke durchaus
zufriedenstellende Ergebnisse erreicht werden, ist der
Einsatz dieses Typs von Wälzlagern dennoch mit
Schwierigkeiten verbunden Dies ist insbesondere dann der
Fall, wenn das Einsteckteil und/oder das Aufnahmeteil,
zwischen denen es eingebaut werden soll, von einer Art ist,
die es erlaubt, daß dieses Teil selbst direkt als Ring
verwendet werden kann. In einem solchen Fall erlauben die
Qualitäten dieses Teils, nachdem es eventuell einer
geeigneten Behandlung wie einer Wärmebehandlung unterzogen
wurde, es direkt als Kontaktbahn zu verwenden, auf der die
Wälzelemente, wie zum Beispiel Kugeln, laufen.
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Diese Situation tritt insbesondere dann auf, wenn dieses
Teil eine Welle ist, die mit einer umlaufenden Nut versehen
ist, die dazu bestimmt ist, die Wälzelemente auf zunehmen.
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Bei Verwendung eines Wälzlagers der Art, wie sie in der
genannten Anmeldung beschrieben ist, kann man sich
vorstellen, daß man, wenn man ihm die Vorspannung, die
Steifigkeit und die erforderliche Axialkraft für die
Ausrückung beaufschlagt, die Welle mit ihrer Nut damit in
Eingriff bringen kann, ohne daß es notwendig wäre, hierfür
mehr oder minder komplexe zusätzliche Arbeitsschritte an
dem Wälzlager durchzuführen.
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Wenn man eine adequat gewählte Vorspannung beaufschlagt,
kann man so verfahren, daß wenn man die Welle mit dem
Wälzlager in Eingriff bringt, das vor der Nut liegende Ende
des Wälzlagers auf die Kugeln einwirkt, um sie nach außen
zu drücken, indem die beiden Teile eines der Ringe, hier
der äußere, an denen sie anliegen, durch momentane Erhöhung
der Vorspannung gespreizt werden. Wenn sich die
Wälzelemente senkrecht über der Nut befinden, greifen sie
unter der Wirkung der vorübergehend erhöhten Vorspannung in
diese ein und die beiden zeitweilig gespreizten Teile des
Ringes nehmen wieder ihre ursprüngliche relative Position
zueinander ein.
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Wenn eine solche Montage auch theoretisch möglich ist, sind
die ihr innewohnenden Eigenschaften dennoch mit einer guten
Funktion unvereinbar. Wenn man einen einfachen Einbau
erreichen will, ist es klar, daß sich die Welle spontan
unter der Wirkung einer Kraft lösen kann, die der
Montagekraft entgegenläuft, und dann ist diese Kraft im
allgemeinen zu gering, um die angestrebte Sicherheit zu
erreichen.
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Um diese Art von Schwierigkeiten, die bei Wälzlagern der
vorgenannten Art auf treten, zu überwinden, muß also so
verfahren werden, daß das Wälzlager einen ersten Zustand
erreicht, in dem man seinen Einbau durchführen kann, sowie
einen von dem ersten unterschiedlichen Zustand, in dem,
sobald das Wälzlager eingebaut ist, dieses die für eine
normale Funktion notwendigen Eigenschaften aufweist.
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Der in dem Oberbegriff von Anspruch 1 beschriebene Stand
der Technik ist aus dem Dokument CH-A-416 229 bekannt, das
eine Kupplung für einen Nebenabtrieb von Ackerschleppern
betrifft und eine Vorrichtung offenbart, die einen
Wälzlagerring aufweist, der in Umfangsrichtung in zwei
Teile geschlitzt ist, die jeweils kreisförmige Bahnen
bilden, die axial relativ zueinander beweglich sind, sowie
eine Feder, die eine axiale Kraft entwickeln kann.
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Ziel der Erfindung ist es, ein vorgespanntes Wälzlager
herzustellen, bei dem die Vorspannung zwischen einem ersten
Zustand, in dem sie eine Stärke hat, die den Einbau
ermöglicht, und einem zweiten Zustand einstellbar ist, in
dem, nach erfolgtem Aufbau, die Vorspannung die für die
einwandfreie Funktion des Wälzlagers erforderliche Stärke
hat.
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Das erfindungsgemäße vorgespannte Wälzlager ist durch die
Merkmale gekennzeichnet, die im zweiten Teil von Anspruch 1
angegeben sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den
nebengeordneten Ansprüchen. In der beigefügten Zeichnung,
die nur als Beispiel dienen soll, ist folgendes
dargestellt:
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Fig. 1 zeigt einen ersten Wälzlagertyp in den verschiedenen
Phasen A, B, C seines Einbau;
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Fig. 2 zeigt eine analoge Darstellung zu der Ansicht aus
Fig. 1 eines anderen Wälzlagertyps;
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Fig 3 zeigt eine erste Art der Herstellung eines
erfindungsgemäßen Wälzlagers, bei der das Wälzlager
eingebaut ist, aber noch nicht die maximale Vorspannung
hat;
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Fig. 4 zeigt eine anloge Ansicht zu Fig. 3 einer weiteren
Variante der erfindungsgemäßen Ausführungsart; und
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Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsvariante analog zu der
in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsart.
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Vorgespannte Wälzlager, insbesondere Kugellager, sind im
Stand der Technik bekannt. Deswegen werden in der
nachstehenden Beschreibung nur solche Bestandteile erwähnt,
die die Erfindung betreffen. Alle weiteren Details wird der
Fachmann aus den klassischen Lösungen entnehmen, die ihm
bei der Überwindung der besonderen Probleme zur Verfügung
stehen, mit denen er konfrontiert wird.
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In der nachstehenden Beschreibung werden dieselben
Bezugsnummern verwendet, um gleichartige Elemente zu
bezeichnen, und zwar unabhängig von der Art der Ausführung
der Erfindung.
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In der nachstehenden Beschreibung wird vorausgesetzt, daß
ein erfindungsgemäßes vorgespanntes Wälzlager dafür
bestimmt ist, mit einer Welle zusammenzuwirken, die mit
einer Nut versehen ist, die direkt als anderer Ring mit
einer kreisförmigen Laufbahn dient. Es versteht sich, daß
die Erfindung auch ohne weiteres so verwirklicht werden
kann, daß das erfindungsgemäße Wälzlager nicht mit einer
Welle zusammenarbeitet, die axial in seinem Inneren
angeordnet ist, sondern mit einer Gewindebohrung, die an
seinem Außenumfang angebracht ist. Es können ohne weiteres
Transpositionen vorgenommen werden, ohne dadurch die
Erfindung zu verändern.
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In den dargestellten Ausführungsarten enthält ein
vorgespanntes Wälzlager ein Gehäuse 10, Wälzelelemente 20,
wie zum Beispiel Kugeln, die eventuell und Vorzugsweise in
einem nicht dargestellten Käfig angeordnet sind, einen aus
zwei Teilen 31 und 32 bestehenden Ring 30, und ein
elastisches Vorspannelement 50, das zwei Zustände einnehmen
kann, einen ersten Zustand, in dem die Vorspannung
praktisch inaktiv ist, um den Einbau durchführen zu können,
und einen zweiten Zustand, in dem die Vorspannung aktiv
ist, so daß nach erfolgtem Einbau das erfindungsgemäße
Wälzlager normal funktionieren kann.
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In den dargestellten Ausführungsarten hat das Gehäuse 10
entweder eine dicke Wandung (Fig. 1 und 2), oder eine dünne
Wandung (Fig. 3, 4, 5). Die für die Herstellung und
Bearbeitung solcher Gehäuse eingesetzten Techniken sind
klassische Techniken.
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Wie man sehen kann, ist in allen Ausführungsarten das
Gehäuse 10 direkt mit einem der Teile 31 des Ringes 30
verbunden. Das Gehäuse 10 und das Teil 31 sind zum Beispiel
einstückig hergestellt und haben die Form einer Einfassung
13. Der andere Teil 32 des Ringes 30 hat die Form einer
Schale, die sich relativ frei in dem Gehäuse oder der
Einfassung so bewegen kann, daß sie darin axial gleitet.
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Die Wälzelelemente 20, in diesem Fall Kugeln, sind dafür
bestimmt, mindestens an einem der Teile 31 und 32 an
kreisförmigen Laufbahnen 231 und 232 anzuliegen.
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Die Wälzelemente 20, sind dafür bestimmt, auf mindestens
einer weiteren Laufbahn eines anderen Ringes zu kreisen. In
den dargestellten Ausführungsarten ist dieser andere Ring
40 eine Welle, die eine weitere Laufbahn 240 aufweist, auf
der die Wälzelemente kreisen Diese Laufbahn 240 wird zum
Beispiel durch eine Nut mit kreisbogenförmig verlaufenden
geradem Meridianquerschnitt gebildet.
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Wie bereist angegeben, ist das vorgespannte Wälzlager mit
einer elastischen Vorspannvorrichtung 50 ausgerüstet, die
zwischen zwei Zuständen regulierbar ist. Einem ersten
Zustand, in dem die Vorspannung praktisch inaktiv ist, um
den Einbau des Wälzlagers zu ermöglichen, in diesem Fall
das Einfädeln der Welle, und einem zweiten Zustand, in dem
die Vorspannung aktiv ist, um nach erfolgtem Einbau eine
normale Funktion des Wälzlagers mit der erforderlichen
Vorspannung zu ermöglichen.
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Die verstellbare elastische Vorspannvorrichtung 50 enthält
eine Auflage 51, Haltemittel 52 und eine elastische
Einrichtung 53.
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Die Auflage 51 hat die Form einer Krone 510, die den freien
Durchlauf des anderen Ringes 40, in diesem Falle der Welle,
erlaubt.
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Die Haltemittel 52 sind dafür bestimmt, die Auflage 51 an
dem Gehäuse 10 zu befestigen. fliese Haltemittel sind
zwischen einer ersten Position, in die Vorrichtung in ihren
ersten Zustand versetzt wird, und mindestens einer zweiten
Position verstellbar, um die Vorrichtung in ihren zweiten
Zustand zu bringen.
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Wie man sehen wird, sind in allen beschriebenen
Ausführungsarten die Auflage 51 und die Haltemittel aus
einem einzigen Stück hergestellt. Es versteht sich jedoch,
daß die Auflage und die Haltemittel auch aus getrennten
Teilen bestehen können.
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Die elastische Einrichtung 53 des erfindungsgemäßen
Wälzlagers ist zum Beispiel eine Schraubenfeder 530, deren
eines Ende an der Auflage 51 anliegt, während das andere
Ende, wie dargestellt, an dem Teil 32 anliegt.
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Nachstehend wird insbesondere auf die Fig. 1A, 1B und 1C
Bezug genommen, in denen eine erste Ausführungsart eines
Wälzlagers in verschiedenen Etappen seines Einbaus
dargestellt ist. In dieser Ausführungsart haben die
Haltemittel 52 die Form eines aus Schraube und Mutter
bestehenden Mechanismus 520.
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Wie man sieht, besteht die Auflage 51 aus einer Schraube
mit Gewinden 5201, die in eine Gewindebohrung 5202
eingreifen, die in das Gehäuse 10 eingebracht ist.
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Die Schraubenfeder 530 liegt an einer ebenen Fläche in Form
einer Krone 5101 der Auflage 51 und an einer Rinne 320 an,
die in den anderen Teil 32 eingebracht ist und die die Form
einer Schale hat.
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In Fig. 1A ist die Ausführungsart eines erfindungsgemäßen
Wälzlagers in der Position dargestellt, die die elastische
Vorrichtung einnimmt, wenn sie sich in ihrem ersten Zustand
befindet, in dem die Vorspannung praktisch inaktiv ist, um
den Einbau zu ermöglichen.
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Wie man sieht, sind in diesem Fall die Haltemittel
losgeschraubt und von dem Gehäuse abgetrennt. In einer
solchen Situation ist die Schraubenfeder 530, welche die
elastische Vorrichtung bildet, praktisch nicht gespannt.
Der andere Ring 40, in diesem Fall die Welle mit ihrer
anderen Laufbahn 240 in Form einer Nut, steht im Eingriff
und nimmt die dargestellte Position ein.
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In Fig. 1B ist eine Zwischenetappe dargestellt, in der sich
die elastische Vorrichtung immer noch in ihrem ersten
Zustand befindet. Man sieht, daß in Richtung des Eingriffs
der Welle 40 eine Fase 241 auf die Kugeln 20 stößt und sie
nach außen drückt. Hierbei spreizen die Kugeln aufgrund der
geringen Kraft, welche die praktisch nicht gespannte
Schraubenfeder ausübt, den einen oder den anderen Teil 31
und 32 des Ringes 30. Indem sie der Senkung der Welle
folgen, erreichen die Kugeln 20 eine Stellung senkrecht
über der Nut 240 und treten dort unter der Einwirkung der
Schraubenfeder 530 in Eingriff, und der andere Teil 32 des
Ringes 30 nimmt wieder seine ursprüngliche Stellung ein.
Diese Situation ist in der Fig. 1C teilweise gestrichelt
dargestellt.
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Es genügt dann, die Haltemittel mit einem geeigneten
Schlüssel festzuziehen, um sie in die zweite Position zu
bringen, um die elastische Vorrichtung in ihren zweiten
Zustand zu versetzen.
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Wie in der Fig. 1C mit durchlaufendem Strich dargestellt,
wird dann die Feder 530 zusammengedrückt, um die für eine
gute Funktion notwendige Vorspannung auszuüben.
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Mit einer solchen Lösung, die aus einem Mechanismus mit
Schraube und Mutter besteht, ist es möglich, mit großer
Präzision und progressiv die Vorspannung so einzustellen,
daß kleine Streuungen der Federkraft, die in der
Serienfertigung häufig auftreten, berücksichtigt werden
können.
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In den Fig. 2A, 2B und 2C ist eine Variante der in Fig. 1
gezeigten Ausführungsart dargestellt. In dieser
Ausführungsart wurde die elastische Vorrichtung 53 geteilt
und es wurde ihr eine elastische Vorrichtung 54 zugeordnet,
und zwar eine Schraubenfeder 540, die andere Eigenschaften
hat, als die Schraubenfeder 530.
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Wie man sehen kann, hat die Auflage 51 in Form einer Krone
510 eine Rippe oder einen Wulst 511, welcher die beiden
Federn trennt, und das Teil 32 ist mit einer doppelten
abgestuften Rinne 320 ausgestattet. Im übrigen ist dise
Ausführungsart analog zu der in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsart.
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Die Darstellungen der Fig. 2A, 2B, 2C entsprechen den in
den Fig. 1A, 1B und 1C dargestellten Situationen, weswegen
hier nicht weiter darauf eingegangen wird
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Der Unterschied der in den Fig. 1 und 2 dargestellten
Ausführungsarten liegt in der Unterteilung der elastischen
Vorrichtung. Die Schraubenfeder 530 übt praktisch keine
Vorspannung aus, wenn sich die Vorrichtung in ihrem in der
Fig, 2A dargestellten Zustand befindet, während die
Schraubenfeder 540 eine relativ geringfügige Vorspannung
ausübt. Wie man feststellen kann, ist vorzugsweise ein
ausreichendes Spiel vorhanden, damit die Schraubenfeder 530
niemals gleichzeitig mit dem Teil 32 und der Auflage 51 in
Berührung treten kann, wenn sich die Vorrichtung in ihrem
ersten Zustand befindet. Auf diese Weise kann die Welle
unter der von der Feder 540 ausgeübten kleinen Vorspannung
leicht eingebaut werden.
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Sobald die Welle eingebaut ist, wird der aus Schraube und
Mutter bestehende Mechanismus so festgezogen, daß die
Schraubenfeder 530 gleichzeitig an dem Teil 32 und an der
Auflage 51 anliegt. Die Steifigkeit der Feder 530 ist an
eine Funktion unter Vorspannung des erfindungsgemäßen
Wälzlagers angepaßt, aber wie man sehen kann, ist es
während der Einbauphase nicht zusammengedrückt. Das
vorhandene Spiel erlaubt also eine leichte relative
Verschiebung der beiden Teile 31 und 32 des Ringes 30 unter
dem Schub der Kugeln 20, die sich beim Einbau der Welle 40
zeitweilig zurückziehen. Es genügt dann, den aus Schraube
und Mutter bestehenden Mechanismus 520 festzuziehen, um ihn
in die in der Fig. 2C dargestellten Position zu bringen.
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Wie weiter oben angegeben, kann die Stärke der anfänglichen
Vorspannung mit großer Prazislon eingestellt werden. Die
Auflage kann so beschaffen sein, daß die Schraubenfeder 530
gerade an der Auflage anliegt oder nur wenig vorgespannt
ist.
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Nachstehend wird Bezug genommen auf die Fig. 3, 4 und 5, in
denen Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Wälzlagers
dargestellt sind. Die Darstellungen dieser Figuren
entsprechen den in den Fig. 1C und 2C dargestellten
Situationen, in denen der andere Ring eingebaut wird. Diese
verschiedenen Figuren unterscheiden sich hauptsächlich
durch die Ausführungsarten der Haltemittel 52.
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In diesen verschiedenen Ausführungsarten bestehen die
Mittel 52 aus Sperrklinkenmechanismen 521.
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Wie man sehen kann, besteht der Sperrklinkenmechanismus 521
aus einem Anschlag 5211, der dem Gehäuse 10 zugeordnet ist.
Dieser Anschlag 5211 hat die Form mindestens einer Furche
(Fig. 3, 5) oder einer Leiste (Fig. 4). Dieser Mechanismus
enthält ebenfalls eine der Auflage 51 zugeordnet Kante
5215. In den Fig. 3 und 5 hat diese Kante die Form eines
Umfangskragens und in der Fig. 4 hat sie die Form von zwei
aufeinanderfolgenden Vorsprüngen.
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Um die elastische Vorrichtung 50 aus ihrem ersten Zustand
in ihren zweiten Zustand zu versetzen, genügt es, den
Sperrklinkenmechanismus 521 aus seiner ersten (in den
Figuren 3 und 4 gezeigten Position) in seine zweite
Position zu bringen. Der Übergang des
Sperrklinkenmechanismus von seiner ersten in seine zweite
Stellung wird nach Einbau des Ringes bewirkt.
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Wie man auch hier wieder sehen kann, sind die Auflage 51
und die Haltemittel 52 aus einem Stück gebildet. Sie werden
aus aus einem geeigneten Werkstoff bestehenden dünnen
Blechen hergestellt, die zum Beispiel mittels klassischen
Prägetechniken bearbeitet werden. In der Fig. 4 haben die
Vorsprünge eine bestimmte Elastizität, damit sie jeweils
die Kante überqueren können.
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Bei Betrachtung der in der Fig. 5 dargestellten
Ausführungsart sieht man, daß der Sperrklinkenmechanismus
521 mit einer Hülse 55 verbunden ist, die mit Hilfe einer
biegsamen Verbindung 550 an der Auflage 51 befestigt ist.
Diese biegsame Verbindung 550 besteht aus von der Hülse 55
getragenen Laschen 551, die in komplementäre Ausschnitte
552 der Auflage 51 eingreifen. Wie dargestellt, sind diese
Laschen 551 umgebogen, um die Feder 530 im
zusammengedrückten Zustand zu halten.
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Sobald der andere Ring 40 eingebaut ist, genügt es, die
Laschen 551 der biegsamen Verbindung 550 zu aufzubrechen,
um die Feder 530 freizugeben, die dann aus ihrem einzig
dargestellten ersten Zustand, in dem die Vorspannung
praktisch inaktiv ist, in ihren zweiten nicht dargestellten
Zustand überzugehen, in dem die Vorspannung aktiv ist, und
eine Stärke hat, die eine normale Funktion des
erfindungsgemäßen Wälzlagers ermöglicht.
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Hieraus ergeben sich alle Vorteile des erfindungsgemäßen
Wälzlagers.
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Es ermöglicht eine wesentliche Reduzierung der Einbau- und
Fertigungskosten, da es nur einen Ring aufweist, der einen
Teil der Laufbahnen trägt, denen die Wälzelemente folgen,
während der andere Ring, der die komplementären Laufbahnen
trägt, nicht Teil der Gesamtheit des eigentlichen
Wälzlagers ist. Diese zeitweilige Ausschaltung einer der
Ringe erlaubt ebenfalls eine Reduzierung der radialen
Einbaumaße.
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Hieraus ergeben sich alle Vorteile des entsprechend der
Erfindung perfektionierten vorgespannten Wälzlagers, und
zwar sowohl im Hinblick auf seine Herstellung als auch im
Hinblick auf seinen Einbau und seine Funktion.