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Title:
ANTIFRICTION BEARING, IN PARTICULAR DOUBLE-ROW ROLLER BEARING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/000183
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a double-row roller bearing (1) consisting substantially of an outer bearing ring (2) and an inner bearing ring (3) and of a number of rollers (6) arranged adjacently to one another in two rows (4, 5) between the bearing rings (2, 3), said rollers being retained at an even distance from one another in the circumferential direction by a bearing cage (7). The inside of the outer bearing ring (2) thereby forms an outer raceway (8) for the rollers (6), whilst the outside of the inner bearing ring (3) has two inner raceways (9, 10) between which a movable guide ring (11) is arranged on whose outer cylindrical surface (12) the bearing cage (7) rests and against the lateral surfaces (13, 14) of which one of the end faces (15, 16) of each of the rollers (6) rolls. According to the invention, the guide ring (11) arranged between the inner raceways (9, 10) of the inner bearing ring (3) is divided axially and consists of two part rings (17, 18) that are interconnected by a plurality of intermediate elements made of a shape-memory alloy in such a way that an approximately even axial prestressing can be generated on the rollers (6) of the roller bearing (1) with the guide ring (11) at any operating temperature by automatic alterations in length of the intermediate elements.

Inventors:
Spielfeld, Jörg (Matthias-Grünewald-Ring 24, Schweinfurt, 97422, DE)
Glück, Stefan (Kautzenstrasse 50, Niederwerrn, 97464, DE)
Application Number:
PCT/DE2005/001084
Publication Date:
January 05, 2006
Filing Date:
June 17, 2005
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER KG (Industriestrasse 1-3, Herzogenaurach, 91074, DE)
Spielfeld, Jörg (Matthias-Grünewald-Ring 24, Schweinfurt, 97422, DE)
Glück, Stefan (Kautzenstrasse 50, Niederwerrn, 97464, DE)
International Classes:
F16C19/38; F16C23/08; F16C33/60; (IPC1-7): F16C19/38; F16C23/08; F16C33/60
Foreign References:
CH162803A1933-07-15
FR2368639A11978-05-19
EP0303169A21989-02-15
DE19747570A11998-05-07
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Claims:
Patentansprüche
1. Wälzlager, insbesondere zweireihiges Rollenlager (1), welches im Wesentli¬ chen aus einem äußeren Lagerring (2) und einem inneren Lagerring (3) so¬ wie aus einer Anzahl zwischen den Lagerringen (2, 3) in zwei Reihen (4, 5) nebeneinander angeordneter Rollen (6) besteht, die durch einen Lagerkäfig (7) in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltenen werden, wobei die Innenseite des äußeren Lagerrings (2) als Außenlauf bahn(en) (8) und die Außenseite des inneren Lagerrings (3) mit zwei Innen¬ laufbahnen (9, 10) für die Rollen (6) ausgebildet sind und zwischen den In¬ nenlaufbahnen (9, 10) des inneren Lagerringes (3) ein loser Führungsring (11) angeordnet ist, auf dessen Außenmantelfläche (12) der Lagerkäfig (7) aufliegt und an dessen Seitenflächen (13, 14) die Rollen (6) mit jeweils einer ihrer Stirnflächen (15, 16) abrollen, dadurch gekennzeichnet, dass der zwi¬ schen den Innenlaufbahnen (9, 10) des inneren Lagerrings (3) angeordnete Führungsring (11) axial geteilt ausgebildet ist und aus zwei Teilringen (17, 18) besteht, die durch mehrere aus einer Formgedächtnislegierung beste hende Zwischenstücke derart miteinander verbunden sind, dass mit dem Führungsring (11) bei jeder Betriebstemperatur durch selbsttätige Längen¬ veränderungen der Zwischenstücke eine annähernd konstante axiale Vor¬ spannung auf die Rollen (6) des Rollenlagers (1 ) erzeugbar ist.
2. Wälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Führungs¬ ring (11 ) bevorzugt einen rechteckigen Profilquerschnitt aufweist und in sei¬ ner Profilbreite axial derart geteilt ausgebildet ist, dass die beiden Teilringe π (17, 18) einen jeweils gleich großen, ebenfalls rechteckigen Profilquerschnitt aufweisen.
3. Wälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischen stücke zu Verbindung der Teilringe (17, 18) des Führungsringes (11 ) mitein¬ ander bevorzugt als zylindrische Bolzen (19) ausgebildet sind, die in gleich¬ mäßig zueinander beabstandeten Durchgangsbohrungen (20) in den Seiten¬ flächen (13, 14) der Teilringe (17, 18) befestigt sind.
4. Wälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die miteinan¬ der verbundenen Teilringe (17, 18) des Führungsringes (11 ) einen Aus¬ gleichsspalt (21 ) zueinander aufweisen und Formgedächtnislegierung der Zwischenstücke bevorzugt als BetaNickelTitanLegierung mit Pseudoelasti zität als Formgedächtniseigenschaft ausgebildet ist.
Description:
Bezeichnung der Erfindung

Wälzlager, insbesondere zweireihiges Rollenlager

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 , und sie ist insbesondere vorteilhaft an zweireihigen Rollenlagern, wie Zylinder-, Tonnen-, Kegel- und Pendelrollenlagern realisierbar.

Hintergrund der Erfindung

Dem Fachmann ist es allgemein bekannt, das Wälzlager, die zur Übertragung radialer und/oder axialer Lasten an rotierenden Teilen dienen, nach der Form ihrer Wälzkörper einerseits in Kugellager und andererseits in Rollenlager unter- teilt werden. Bei den Rollenlagern unterscheidet man dabei zwischen Zylinder¬ rollenlagern, Kegelrollenlagern, Pendelrollenlagern sowie Tonnenrollenlagern mit asymmetrischen oder symmetrischen Rollen, die wiederum je nach Anfor¬ derung als ein- oder zweireihige Rollenlager ausgeführt sein können. Zweireihi¬ ge Rollenlager weisen dabei die Gemeinsamkeit auf, dass sie im wesentlichen aus einem äußeren Lagerring und einem inneren Lagerring sowie aus einer Anzahl zwischen den Lagerringen in zwei Reihen angeordneten Rollen beste¬ hen, die durch einen Lagerkäfig in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abstän- den zueinander gehalten werden. Die Innenseite des äußeren Lagerrings bildet dabei die Außenlaufbahn(en) und die Außenseite des inneren Lagerrings ist mit zwei Innenlaufbahnen für die Rollen ausgebildet, wobei zwischen den Innen¬ laufbahnen des inneren Lagerrings ein Führungsring angeordnet ist, auf des- sen ebener Außenmantelfläche der Lagerkäfig aufliegt. Dieser Führungsring ist wahlweise fest oder lose auf dem inneren Lagerring angeordnet und weist dar¬ über hinaus zwei ebene Seitenflächen auf, an denen die Rollen mit jeweils ei¬ ner ihrer Stirnflächen im Betrieb des Lagers abrollen.

Ein als zweireihiges Pendelrollenlager ausgebildetes Wälzlager dieser Art ist beispielsweise aus der DE 197 42 570 A1 vorbekannt. Bei diesem Pendelrol¬ lenlager ist der Führungsring für die Rollen als loser Führungsring ausgebildet, der einen rechteckigen Profilquerschnitt aufweist und auf dem inneren Lager¬ ring zwischen den beiden Innenlaufbahnen der Rollen geführt wird. Dieser Füh- rungsring ist in seiner axialen Breite so dimensioniert, dass die Rollen des Pen¬ delrollenlagers axial vorgespannt sind bzw. dass durch den Führungsring auf die Rollen eine Kraft unter einem spitzen Winkel zu den Rollenachsen ausge¬ übt wird. Dadurch werden die Berührungspunkte zwischen den Rollen und der Außenlaufbahn sowie den Innenlaufbahnen derart verschoben, dass ein Schränken der Rollen verringert wird.

In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, dass es bei unterschiedlichen Be¬ triebstemperaturen eines solchen Pendelrollenlagers zu einer Abnahme oder zu einer Zunahme der axialen Vorspannung der Rollen über den Führungsring kommt, die vor allem aus den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizien¬ ten zwischen dem Führungsring, den Rollen und dem Innenring des Pendelrol¬ lenlagers resultiert. Dadurch kommt es im Betrieb des Lagers bei Abnahme der Vorspannung nach wie vor zu Schränkbewegungen der Rollen oder bei Zu¬ nahme der Vorspannung zu einer hohen Flächenpressung zwischen den Rollen und den ebenen Seitenflächen des Führungsrings, durch die der Führungsring übermäßig stark verschlissen wird. Außerdem hat es sich gezeigt, dass es un¬ ter bestimmten Lastbedingungen zu einem Auswandern der Berührungspunkte zwischen den Rollen und dem Führungsring kommen kann, bei dem die Stirn- flächen der Rollen an den geraden Seitenflächen des Führungsbordes aufglei¬ ten. Dadurch rollen die Rollen zeitweise nur noch auf den Kanten der Seitenflä¬ chen des Führungsringes ab und es kommt zu sogenannten Kantenläufern, durch die der Führungsring ebenfalls stark verschlissen wird und die nicht sel- ten die Ursache für einen Ausfall des Lagers darstellen.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Tech- nik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Wälzlager, insbe¬ sondere ein zweireihiges Rollenlager, zu konzipieren, dessen Rollen unabhän¬ gig von der Betriebstemperatur des Lagers jederzeit eine solche axiale Vor¬ spannung aufweisen, dass sowohl Schränkbewegungen der Rollen als auch eine hohe Flächenpressung zwischen den Rollen und den Seitenflächen des Führungsrings weitestgehend vermieden werden.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Wälzlager nach dem Oberbeg- riff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass der zwischen den Innenlaufbahnen des inneren Lagerrings angeordnete Führungsring axial geteilt ausgebildet ist und aus zwei Teilringen besteht, die durch mehrere aus einer Formgedächtnislegie¬ rung bestehende Zwischenstücke derart miteinander verbunden sind, dass mit dem Führungsring bei jeder Betriebstemperatur durch selbsttätige Längenver- änderungen der Zwischenstücke eine annähernd konstante axiale Vorspan¬ nung auf die Rollen des Rollenlagers erzeugbar ist.

Sogenannte Formgedächtnislegierungen oder auch Memory-Legierungen sind seit mehr als 30 Jahren Gegenstand der anwendungsorientierten Mate half or- schung und zeichnen sich dadurch aus, dass sie nach geeigneter Behandlung auf Grund einer Umwandlung vom Austenit zum Martensit ihre Gestalt in Ab¬ hängigkeit von der Temperatur oder auch von Druck verändern. In ihrer Tief¬ temperaturform können Werkstücke aus solchen Legierungen bleibend, das heißt scheinbar plastisch, verformt werden, während sie bei Erwärmung über die Umwandlungstemperatur ihre ursprüngliche Form wieder annehmen. Wer¬ den diese Werkstücke erneut abgekühlt, können sie erneut plastisch verformt werden, nehmen aber, sofern sie entsprechend erwärmt werden, unter Rück- kehr ihrer Mikrostruktur zum Austenit wieder ihre makroskopische, ursprüngli¬ che Hochtemperaturform an. Beim Formgedächtnisverhalten kann man grund¬ sätzlich zwischen dem Einwegeffekt, dem Zweiwegeeffekt und der Pseudoelas- tizität unterscheiden. Beim Einwegeffekt nimmt ein Material, das bei einer tiefen Temperatur verformt wurde, seine ursprüngliche Form wieder an, wenn es auf eine höhere Temperatur erhitzt wurde. Als Zweiwegeeffekt bezeichnet man dagegen die Erscheinung, bei der sich das Material sowohl bei Temperaturer¬ höhung als auch bei Abkühlung an seine eintrainierte Form erinnert. Von Pseu- doelastizität spricht man schließlich, wenn die Umwandlung vom Austenit zum Martensit nicht durch Abkühlen, sondern in bestimmten Temperaturbereichen durch eine Schubspannung mechanisch erreicht wird. Ein pseudoelastischer Werkstoff verformt sich während der Belastung zunächst rein elastisch und erst ab einer kritischen Spannung setzt eine spannungsindizierte Umwandlung von Austenit zu Martensit ein, durch die hohe elastische Dehnungsbeträge bei kon¬ stanter Spannung erzielt werden. Bei Entlastung wandelt sich der Werkstoff wieder in seine Ausgangsstruktur von Martensit zu Austenit um und die Verfor¬ mung geht quasi-elastisch zurück.

Als zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzla¬ gers wird es daher zunächst vorgeschlagen, dass der Führungsring bevorzugt einen rechteckigen Profilquerschnitt aufweist und in seiner Profilbreite axial derart geteilt ausgebildet ist, dass die beiden Teilringe einen jeweils gleich gro¬ ßen, ebenfalls rechteckigen Profilquerschnitt aufweisen. Derartige Führungsrin¬ ge mit einem rechteckigen Profilquerschnitt haben sich in ihrer Herstellung als besonders einfach und kostengünstig erwiesen und weisen gegenüber Füh- rungsringen mit trapezförmigen Profilquerschnitt zudem den Vorteil auf, dass sie in allen Arten zweireihiger Rollenlager einsetzbar sind. Zumindest für zwei¬ reihige Schrägrollenlager ist es jedoch auch möglich, den Führungsring mit einem trapezförmigen Profilquerschnitt auszubilden und in seiner Profilbreite axial derart zu teilen, dass die entstehenden Teilringe jeweils einen gleich gro¬ ßen, keilförmigen Profilquerschnitt aufweisen.

Hinsichtlich der die Teilringe des Führungsringes miteinander verbindenden und aus einer Formgedächtnislegierung bestehenden Zwischenstücke wird es als weiteres Merkmal des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers vorge¬ schlagen, diese bevorzugt als zylindrische Bolzen auszubilden, die in gleich¬ mäßig zueinander beabstandeten Durchgangsbohrungen in den Seitenflächen der Teilringe befestigt sind. Als ausreichend haben sich dabei acht, jeweils im Winkel von 45° zueinander beabstandete Durchgangsbohrungen in den Teilrin¬ gen erwiesen, in denen entsprechend acht die Teilringe miteinander verbinden¬ de zylindrische Bolzen aus einer Formgedächtnislegierung mit annähernd glei¬ chem Durchmesser wie die Durchgangsbohrungen bevorzugt durch Verkleben befestigt sind. Denkbar wäre es jedoch auch, die Teilringe des Führungsrings durch einen komplett aus einer Formgedächtnislegierung bestehenden und mit den Innenseiten der Teilringe verklebten Zwischenring mit gleichem Innen- und Außendurchmesser wie die Teilringe miteinander zu verbinden oder die Zwi¬ schenstücke aus einer Formgedächtnislegierung in anderer geeigneter Weise auszubilden, beispielsweise als zwischen den Teilringen angeordnete Metall- plättchen, und/oder die Zwischenstücke in anderer geeigneter Weise an den Teilringen zu befestigen.

Ein letztes Merkmal des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers ist es schließlich noch, dass die miteinander verbundenen Teilringe des Führungsrin- ges einen Ausgleichsspalt zueinander aufweisen und dass die Formgedächt¬ nislegierung der Zwischenstücke bevorzugt als Beta-Nickel-Titan-Legierung mit Pseudoelastizität als Formgedächtniseigenschaft ausgebildet ist. Eine solche Legierung mit Pseudoelastizität als Formgedächtniseigenschaft hat sich für den vorgesehenen Verwendungszweck als am geeignetsten erwiesen, da das gummiartige Verhalten einer solchen Legierung es mit entsprechender Einstel¬ lung ermöglicht, temperaturbedingte Schwankungen der axialen Vorspannung der Rollen des Lagers so auszugleichen, dass diese bei jeder Betriebstempera¬ tur konstant ist. Möglich ist jedoch auch die Verwendung anderer bekannter Formgedächtnislegierungen mit derartigem Formgedächtnisverhalten, wie bei¬ spielsweise Beta-Legierungen aus Kupfer-Nickel-Titan, Kupfer-Zink-Alu¬ minium, Kupfer-Aluminium-Nickel oder Eisen-Nickel-Chrom.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Wälzlager weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Wälzlagern den Vorteil auf, dass durch die Teilung des Führungsrings in zwei Teilringe und deren Verbindung über geson¬ derte Zwischenstücke aus einer Formgedächtnislegierung mit Pseudoelastizität der Führungsring selbsttätig durch Längenveränderungen der Zwischenstücke unabhängig von der Betriebstemperatur des Lagers jederzeit eine konstante Vorspannung auf die Rollen des Lagers ausübt. Dadurch werden sowohl Schränkbewegungen der Rollen als auch eine hohe Flächenpressung zwischen den Rollen und den Seitenflächen des Führungsrings vermieden und die dar¬ aus resultierenden Folgeschäden sind ausgeschlossen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälz¬ lagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebilde¬ ten zweireihigen Pendelrollenlagers mit einem Teilschnitt;

Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des Teilschnittes am erfindungs¬ gemäß ausgebildeten Pendelrollenlager gemäß Figur 1 ;

Figur 3 eine vergrößerte Darstellung eines Querschnitts durch das er¬ findungsgemäß ausgebildete Pendelrollenlager gemäß Figur 1 ;

Figur 4 eine schematische Darstellung des Kontaktes zwischen den Rollen und dem Führungsring des erfindungsgemäß ausgebil¬ deten Pendelrollenlagers gemäß Figur 1 in Draufsicht. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus Figur 1 geht deutlich ein als Pendelrollenlager ausgebildetes zweireihiges Rollenlager 1 hervor, welches im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring 2 und einem inneren Lagerring 3 sowie aus einer Anzahl zwischen den Lagerrin¬ gen 2, 3 in zwei Reihen 4, 5 nebeneinander angeordneter Rollen 6 besteht. Diese, als symmetrische Tonnenrollen ausgebildete Rollen 6 werden deutlich sichtbar durch einen Lagerkäfig 7 in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Ab¬ ständen zueinander gehalten und rollen mit ihren Umfangsflächen auf einer an der Innenseite des äußeren Lagerrings 2 gebildeten gekrümmten Außenlauf¬ bahn 8 und auf zwei auf der Außenseite des inneren Lagerrings 3 eingeformten gekrümmten Innenlaufbahnen 9, 10 ab. Zwischen den Innenlaufbahnen 9, 10 des inneren Lagerringes 3 ist darüber hinaus ein loser Führungsring 11 ange¬ ordnet, auf dessen in Figur 2 sichtbarer Außenmantelfläche 12 der Lagerkäfig 7 aufliegt und an dessen Seitenflächen 13, 14 die Rollen 6 mit jeweils einer ihrer Stirnflächen 15, 16 abrollen.

Darüber hinaus ist in den Figuren 2 und 3 zu sehen, dass der zwischen den Innenlaufbahnen 9, 10 des inneren Lagerrings 3 angeordnete Führungsring 11 erfindungsgemäß axial geteilt ausgebildet ist und aus zwei Teilringen 17, 18 besteht, die durch mehrere aus einer Formgedächtnislegierung bestehende Zwischenstücke miteinander verbunden sind. Die Formgedächtnislegierung der Zwischenstücke ist dabei als Beta-Nickel-Titan-Legierung mit Pseudoelastizität als Formgedächtniseigenschaft ausgebildet, so dass es im Betrieb des Rollen- lagers 1 durch selbsttätige Längenveränderungen der Zwischenstücke möglich ist, mit dem Führungsring 11 bei jeder Betriebstemperatur eine annähernd kon¬ stante axiale Vorspannung auf die Rollen 6 des Rollenlagers 1 zu erzeugen.

In vorteilhafter Weise weist der Führungsring 11 dabei klar ersichtlich einen rechteckigen Profilquerschnitt auf und ist in seiner Profilbreite axial derart geteilt ausgebildet, dass die beiden Teilringe 17, 18 ebenfalls einen jeweils gleich großen, rechteckigen Profilquerschnitt aufweisen und in Verbindung miteinan¬ der einen Ausgleichsspalt 21 zueinander aufweisen. Die Zwischenstücke zu Verbindung der Teilringe 17, 18 des Führungsringes 11 miteinander sind, wie die Figuren 3 und 4 desweiteren zeigen, als zylindrische Bolzen 19 ausgebildet, die in gleichmäßig zueinander beabstandeten Durch¬ gangsbohrungen 20 in den Seitenflächen 13, 14 der Teilringe 17, 18 durch Verkleben befestigt sind.

In seiner Funktion weist das derart ausgebildete Rollenlager 1 , bei dem der Führungsring 11 im eingebauten Zustand eine definierte Vorspannung auf die Rollen 6 ausübt, dann die Eigenschaft auf, dass mit zunehmender Erwärmung des Rollenlagers 1 im Betrieb und der damit verbundenen Ausdehnung der Rollen 6 sich die Flächenpressung zwischen dem Führungsring 11 und den Rollen 6 erhöht, durch die eine Druckspannung in den Bolzen 19 zwischen den Teilringen 17, 18 entsteht. Durch deren Ausbildung aus einer Formgedächtnis¬ legierung löst diese Druckspannung mit weiterer Erhöhung eine proportionale Verkürzung der Bolzen 19 aus, durch die der Ausgleichsspalt 21 zwischen den Teilringen 17, 18 geringfügig kleiner wird und somit die Flächenpressung zwi¬ schen dem Führungsring 11 und den Rollen 6 wieder auf das Maß der axialen Vorspannung der Rollen 6 gesenkt wird.

Bei Abkühlung des Rollenlagers 1 lässt die Druckspannung in den Bolzen 19 zwischen den Teilringen 17, 18 des Führungsringes 11 wieder nach, so dass die Bolzen 19 und der Führungsring 11 allmählich wieder ihre ursprüngliche Länge bzw. Breite einnehmen. Somit wird bei jeder Betriebstemperatur des Rollenlagers 1 eine konstante Vorspannung auf die Rollen 6 ausgeübt, durch die sowohl Schränkbewegungen der Rollen 6 als auch eine hohe Flächenpres¬ sung zwischen den Rollen 6 und dem Führungsring 11 vermieden werden. Bezugszahlenliste

1 Rollenlager 2 äußerer Lagerring 3 innerer Lagerring 4 Reihe 5 Reihe 6 Rollen 7 Lagerkäfig 8 Außenlaufbahn 9 Innenlaufbahn 10 Innenlaufbahn 11 Führungsring 12 Außenmantelfläche 13 Seitenfläche 14 Seitenfläche 15 Stirnfläche 16 Stirnfläche 17 Teilring 18 Teilring 19 Bolzen 20 Durchgangsbohrungen 21 Ausgleichsspalt