WÄLZLAGER MIT LATERALER BEFÜLLÖFFNUNG Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem einteiligen äußeren Lagerring und einem einteiligen inneren Lagerring sowie mit zwischen den Lagerringen in mindestens einer Reihe angeordneten Wälzkörpern.

Hintergrund der Erfindung Gattungsgemäße Wälzlager werden als Axial-Radiallager bzw. Kippmomentlager in Werkzeugmaschinen, wie etwa in Rundtischen genutzt. Sie kommen aber auch dort zum Einsatz, wo geringere Anforderungen an die Wälzlager gestellt werden, beispielsweise in Drehachsen von Handhabungsautomaten oder von Solar-Panels. Bekannte Wälzlagertypen für derartige Einsatzzwecke sind Axial-Radial-Zylinderrollenlager, Kreuzrollenlager oder Schrägrollenlager, die jedoch teilweise nachteilige Eigenschaften haben. So besitzen solche Zylinderrollenlager in der Regel eine geringe Eignung für hohe Drehzahlen und weisen wegen ihrer üblich mehrteiligen Bauweise strukturelle Nachteile in ihrer Steifigkeit auf. Die genannten Kreuzrollenlagertypen haben nur eine eingeschränkte Tragfähigkeit, Steifigkeit und Eignung für hohe Drehzahlen. Bekannte gattungsgemäße Schrägrollenlager weisen ebenso wie Kreuzrollenlager nachteilig Füllstopfen zum Verschließen von Einfüllöffnungen in den Lagerringen auf, sind oft nicht anschraubbar, bilden keine bauliche Einheit und sind somit in der bekannten Form nur bedingt für Werkzeugmaschinen geeignet.

So sind aus der DE 10 2007 013 944 AI zweireihige Schrägrollenlager mit einem einteiligen äußeren Lagerring und einem einteiligen inneren Lagerring bekannt, zwischen denen in zwei Reihen zylindrische Wälzkörper in O-Anordnung angeordnet sind. Die Befüllung dieser Schrägrollenlager mit den Wälzkörpern erfolgt über eine schräg nach radial außen in den äußeren Lagering und eine schräg nach radial innen in den inneren Lagemng eingebrachte Einfüllöffnung. Nach dem Einfüllen der Wälzkörper in den Zwischenraum zwischen den Lagerringen werden die Einfüllöffnungen mit Füllstopfen verschlossen. Die Füllstopfen sind als Kunststoffkugel oder als spanlos gefertigtes Zentrierlager gefertigt. Nachteilig bei diesen Schrägrollenlagern ist, dass die Wälzkörper beim Passieren der Einfüllöffnungen ihre Laufbahnen in ihrer Hauptkraftrichtung kurzzeitig verlassen und mit dem jeweiligen Füllkörper in Kontakt geraten, um dann anschließend wieder auf die Wälzkörperlaufbahn aufzusetzen. Diese kurze Unterbrechung im gleichmäßigen Ablauf der Wälzkörper, und der Umstand, dass durch die zylinderförmige Füllstopfenöffnung beim Füllen der Laufbahnen keine bzw. nur sehr kleine Distanzstücke zwischen den Wälzkörpern eingebracht werden können, verhindert hohe Drehzahlen, reduziert die maximale Tragfähigkeit des Lagers und fördert dessen Verschleiß. In der DE 11 2004 000 625 T5 sind ebenfalls verzahnte Kreuz-Wälzkörperlagerungen offenbart, bei denen ein innerer Lagerring und ein äußerer Lagering jeweils mit einer Einfüllöffnung zum Aufnehmen der Wälzkörper versehen sind, welche nach dem Einfüllen der Wälzkörper jeweils mit einem Füllstopfen verschlossen werden. Auch diese Lager weist die bereits genannten Nachteile auf.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein über zumindest eine Öffnung mit Wälzkörpern befüllbares Wälzlager der eingangs beschriebenen Art vorzustellen, bei dem die Verwendung eines Füllstopfens zum Verschließen der Öffnung nicht notwendig ist, und bei dem eine nur einseitig abstimmbare Auslegung, also entweder drehzahl- oder steifigkeitsoptimiert, vermieden wird.

Zusammenfassung der Erfindung Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Ausbildung einer gut zugänglichen und gut einsehbaren stirnseitigen Aussparung in einem Lagerring die Wälzkörper einfacher und sicherer als bisher in das Wälzlager einfüllbar sind, und dass durch ein reversi- bles Abdecken der Einfüllöffnung mit einem Verschlussstück auf die Verwendung von Füllstopfen verzichtet werden kann. Die stirnseitigen Aussparungen und deren Verschlussstücke liegen außerhalb der Hauptlastrichtung, werden von den Wälzkörpern nicht überrollt, schwächen dadurch nicht die Tragfähigkeit des Lagers und erlauben die Einbringung größerer Käfiglösungen als durch die bekannten Füllstopfenbohrungen.

Die Erfindung geht demnach aus von einem Wälzlager mit einem einteiligen äußeren Lagerring und einem einteiligen inneren Lagerring sowie mit zwischen den Lagerringen in mindestens einer Reihe angeordneten Wälzkörpern. Zur Lösung der Aufgabe ist bei diesem Wäl- zlager vorgesehen, dass der äußere Lagerring und/oder der innere Lagerring axial stirnseitig mindestens eine Aussparung aufweist, durch die die Wälzkörper in den Raum zwischen den Lagerringen einfüllbar sind, dass die Aussparung mit einem reversibel befestigbaren Verschlussstück abdeckbar ist, und dass das Verschlussstück einen Bord zum Führen der Wälzkörper bildet.

Das Wälzlager kann als einreihiges oder mehrreihiges Schrägrollenlager, Zylinderrollenlager oder kombiniertes Axial-Radiallager ausgebildet sein.

Im Gegensatz zu bekannten gattungsgemäßen Wälzlagern mit einem Füllstopfen befindet sich das Verschlussstück bei dem Wälzlager gemäß der Erfindung nicht innerhalb eines Einfüllkanals für die Wälzkörper in der Hauptlastrichtung des Lagers, sondern am axialen und radialen Ende der zugeordneten Wälzkörperlaufbahnen. Dadurch können ein Lagerkäfig oder die Wälzkörper direkt, nahezu lastfrei und reibungsarm an einem solchen Verschlussstück axial anlaufen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Wälzlagers ist es, dass der innere und der äußere Lagerring einteilig ausgebildet sind. Die kompakten Abmessungen vor allem in der axialen Länge des Wälzlagers ermöglichen zudem erstmals eine Rundachsenlagereinheit mit verbesserten Gebrauchseigenschaften, wie beispielsweise ohne störende Füllstopfen in der Wälzkörperlaufbahn bzw. Hauptlastrichtung. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wälzkörper auf Laufbahnen abwälzen, welche unter einem Winkel geneigt zur Lagerlängsachse ausgerichtet sind, dass die Wälzkörper in zwei Reihen angeordnet sind, die in O-Anordnung gegeneinander angestellt sind, und dass der äußere Lagerring zwei Aussparungen aufweist, die mit jeweils einem Verschlussstück reversibel abdeckbar bzw. verschließbar sind, wobei die Verschlussstücke Borde bilden, welche die Wälzkörper axial führen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann alternativ dazu vorgesehen sein, dass die Wälzkörper auf Laufbahnen abwälzen, welche unter einem Winkel geneigt zur Lagerläng- sachse ausgerichtet sind, dass die Wälzkörper in zwei Reihen angeordnet sind, die in X- Anordnung gegeneinander angestellt sind, und dass der innere Lagerring zwei Aussparungen aufweist, die mit jeweils einem Verschlussstück reversibel abdeckbar sind, wobei die Verschlussstücke Borde bilden. Die genannten Anlaufflächen dieser Borde für die Wälzkörper sind bevorzugt senkrecht zur Wälzkörperdrehachse ausgebildet. Denkbar ist ebenso, dass die genannten Anlaufflächen dieser Borde unter einem Winkel etwas größer als 90° zur Wälzkörperdrehachse ausgebildet sind, d.h. als Schrägborde ausgeführt sind. Ein solches erfindungsgemäßes Wälzlager, beispielsweise ein zweireihiges Schrägrollenlager, zeichnet sich durch einteilige und damit eigensteife Lagerringe aus, deren Laufbahnen in Belastungsrichtung nicht durch einen Füllstopfen unterbrochen sind. Die Laufbahnen sind durch die seitlichen Verschlussstücke gut zugänglich und ermöglichen dadurch ein einfacheres Befüllen des Wälzlagers mit den Wälzkörpern als bisher durch enge Füllkanäle mit schlechter Sicht und Einflussmöglichkeit auf die lagerichtige Position der Wälzkörper im radialen Laufbahnspalt zwischen den Lagerringen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die genannten Aussparungen umfangsbezogen gegenseitig versetzt angeordnet mit jeweils einem Verschlussstück reversi- bei abdeckbar bzw. verschließbar sind. Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass das wenigstens eine Verschlussstück und die zugeordnete Aussparung so groß sind, dass durch die wenigstens eine Aussparung Wälzkörper beabstandende Distanzstücke, Käfigsegmente oder Käfigbänder zwischen die Lagerringe einführbar sind. Die relativ breite seitliche Öffnung des Lagers ermöglicht demnach das Ein- bringen von ganzen Käfigsegmenten oder eines Käfigbandes, ohne Unterbrechung oder Schwächung der Laufbahngeometrie in der Kraftflussrichtung.

Das Verschlussstück ist vorzugsweise mit einem Fixierelement an dem Lagerring reversibel fixierbar. Als Fixierelement kann eine Schraube, ein Stift oder ein anderes zum Fixieren des Verschlussstücks an dem Lagerring geeignetes Bauteil dienen. Ist das Fixierelement eine Schraube, dann weist der Lagerring in seiner zugeordneten Stirnseite eine Bohrung mit einem Gewinde zur Aufnahme der Schraube auf.

Statt der üblicherweise bei Kreuz- Schrägrollenlagern in dem Laufbahnspalt angeordneten Distanzstücken, die zusammen mit den Wälzkörpern den komplett zur Verfügung stehenden Raum im Lagersystem benötigen, sind gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Wälzkörper in Käfigsegmenten aufgenommen, die die Wälzkörper zueinander auf Abstand halten. Die Käfigsegmente nehmen vorzugsweise jeweils zwei Wälzkörper in entsprechenden Taschen auf und werden radial an dem äußeren und dem inneren Lagerring geführt. Durch Stege an den Käfigsegmenten werden die Wälzkörper sicher und reibungsarm voneinander beabstandet sowie durch diese Stege in Umfangsrichtung geführt, und lassen außerdem zwischen den Wälzkörpern viel Platz zur Aufnahme von Schmiermittel. Dies erhöht die Ge- brauchsdauer, die Funktionssicherheit und die Eignung des Wälzlagers für höhere Drehzahlen.

Die Käfigsegmente sind vorzugsweise radial gekröpft ausgebildet, um eine möglichst große Laufbahnbreite zu ermöglichen, was zudem ihre Stabilität erhöht. Vorzugsweise sind die Käfigsegmente derartig ausgebildet, dass die komplette Lauffläche des Wälzkörpers genutzt werden kann. Die Käfigsegmente bzw. das Käfigband weisen, vorzugsweise stirnseitig, eine Dicht- bzw. Anlaufleiste oder einen Dicht- bzw. Anlaufsteg auf, wodurch die Reibung der jeweiligen Käfigsegmente an dem Bord des Verschlussstücks minimiert wird. Die Dicht- bzw. Anlaufleisten der Käfigsegmente übernehmen zugleich eine Dichtfunktion gegen einen Schmiermit- telaustritt bzw. verhindern einen Schmutzeintritt zwischen dem äußerem und dem innerem Lagerring. Die Käfigsegmente bestehen vorzugsweise aus einem Kunststoff und lassen sich bei Bedarf beim Einführen in den Laufbahnspalt mit denjeweils benachbarten Käfigsegmenten verrasten. Hierzu ist vorgesehen, dass die Käfigsegmente an ihren Enden Rastmittel aufweisen, mit denen diese mit benachbarten Käfigsegmenten verbindbar sind.

Alternativ dazu können die Käfigsegmente auch in anderen Werkstoffen, abgestimmt auf den jeweiligen Lagereinsatz, ausgeführt sein, z.B. in Messing oder Aluminium für höhere Temperaturen oder erhöhte mechanische Belastungen. Die besondere abgewinkelte Taschenform der Segmente bewirkt die eigene Abstützung am Wälzkörper, so dass der Käfig weitgehend durch die Wälzkörper geführt ist, wodurch die Breite der Laufbahnen in weiten Bereichen konstruktiv einsatzbezogen frei ausgeführt sein kann. Beispielsweise kann durch ein gezieltes Freistellen der Bordseiten mehr Freiraum zur Fettspeicherung gewonnen werden, oder durch beliebige Schrägstellung oder Breitenauslegung der Laufbahnen das Lager für weitere Drehzahlsteigerungen durch Reibungsminimierung optimiert werden.

So kann vorgesehen sein, dass die Borde am Innenring, am Außenring und/oder an den Verschlussstücken derartig ausgebildet sind, dass diese die Wälzkörper nur an einem Teil ihrer axialen Stirnseite berühren, und dass entlang des verbleibenden Teils ihrer axialen Stirnseite in den Borden und/oder in den Lagerringen Taschen zur Aufnahme eines Schmiermittels ausgebildet sind.

Die seitlichen Verschlussstücke werden bevorzugt bereits in der Weichbearbeitungsphase (Drehen und Bohren) des betroffenen Lagerrings in dessen Planfläche eingebracht und verbleiben darin für die weitere Bearbeitung, wie Härten und Schleifen bzw. Endbearbeitung am Lagerring. Zusammen mit den Fixierelementen, beispielsweise Senkkopfschrauben, ist damit die wichtige reproduzierbare Positionierung der Verschlussstücke für das spätere Befüllen mit Wälzkörpern in der Montage sicher gewährleistet. Bei Demontage der Verschlussstücke für das Befüllen der Wälzlager mit Käfigsegmenten und Wälzkörpern sowie deren anschließende Befestigung am Lagerring ist dadurch auch gewährleistet, dass sich keine funktionsstörenden Übergänge an den Borden ergeben. Die Wälzkörper und Käfigsegmente gleiten daher stufenlos und stets gleichmäßig stoßfrei über eine immer wieder reproduzierbare Trennfläche im Bereich der Einfüllöffnung des jeweiligen Lagerrings.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung an zwei Ausführungsformen weiter erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine axiale Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Schrägrollenlager, Fig. 2 einen Querschnitt an der Linie A-A durch das in Fig. 1 gezeigte Schrägrollenlager, Fig. 3 eine dreidimensionale Darstellung eines Käfigsegments, und eine Draufsicht auf ein gegenüber Fig. 1 etwas abgewandeltes Schrägrollenlager.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt in einer stirnseitigen Ansicht und Fig. 2 in einem Längsschnitt gemäß der Linie A- A der Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Wälzlager 1 in der Ausführung als Schrägrollenlager mit zwei Wälzkörperreihen in O-Anordnung, mit einem einstückigen inneren Lagerring 2 und einem einstückigen äußeren Lagerring 3. Zwischen den Lagerringen 2, 3 sind in Käfigseg- menten 5 aufgenommene zylindrische Wälzkörper 4 angeordnet. Die Käfigsegmente 5 besitzen eine Dicht- bzw. Anlaufleiste 6, die dem axialen Anlaufen der Käfigsegmente 5 an einem Lagerringbord sowie an dem stirnseitigen Verschlussstück 9 dienen und die Wälzkörper damit axial führen, und die außerdem den zwischen den Lagerringen 2, 3 ausgebildeten Spalt 7 abdichten.

Der innere und der äußere Lagerring 2, 3 weisen gemäß der Stirnseitenansicht der Fig. 1 eine Vielzahl von stirnseitigen Bohrungen 8 auf, die der Aufnahme von Befestigungsmitteln wie Schrauben dienen, mit denen die Lagerringe 2, 3 beim Einbau des Wälzlagers 1, beispielsweise in eine Werkzeugmaschine, an drehenden bzw. feststehenden Bauteilen befestigt werden können. Ist das erfindungsgemäße Walzlager 1 als zweireihiges Schrägrollenlager in

O-Anordnung ausgebildet, wie in den Figuren 1, 2 und 4 dargestellt, so weist es für jede Lagerreihe jeweils mindestens ein seitliches Verschlussstück 9 auf, welches sich umfänglich um einen kleinen Bereich erstreckt, so dass eine axial dahinter ausgebildete Einfüllöffnung im äußeren Lagerring 3 für die Wälzkörper 4 abgedeckt ist. Hierdurch wird ein seitliches Be- füllen über die weniger belastete und damit weniger kritische axiale Laufbahnbreite (Bord) ermöglicht.

In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind die Verschlussstücke 9 zueinander um 90° versetzt angeordnet und mit einer Senkkopfschraube als Fixierelement 10 lösbar befestigt.

Die Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Wälzlager 1 als vorgespanntes, zweireihiges, axial kurz bauendes Schrägrollenlager in O-Anordnung mit zwei einfachen Schrägrollenlaufbahnen 18, 19 an einteiligen Innen- und Außenringen 2, 3. Die Wälzkörper 4 sind in O-Anordnung gegeneinander angestellt und vorgespannt, wodurch die beiden Laufbahnen 18, 19 im inneren Lagerring 2 und äußeren Lagerring 3 kostengünstig mit demselben Abricht- Diamantwerkzeug im Geradeinstrich gefertigt werden können. Durch das seitliche Verschlussstück (bzw. Verschlussdeckel) 9 kann das Wälzlager 1 bei dessen Montage gut zugänglich von der Seite aus mit Wälzkörper 4 befüllt werden. Die Laufbahnen 18, 19 kön- nen dadurch ohne Füllstopfen auskommen und damit unterbrechungsfrei sowie funktionssicher höhere Belastungen als mit Füllstopfen aufnehmen.

Wie Fig. 2 zeigt, ist das Verschlussstück 9 in einer Aussparung 10 des äußeren Lagerringes 3 angeordnet. Das Verschlussstück 9 bildet außerdem axial innen einen schrägen Bord 11, zu dessen wälzkörpernahen Oberfläche die jeweilige Wälzkörperdrehachse 12 senkrecht ausgerichtet ist. Dadurch zeigt die axial äußere Stirnseite der Wälzkörper 4, aufgenommen in den Käfigsegmenten 5, zu dem Bord 11 des Verschlussstücks 9. Um das Verschlussstück 9 gegen ein Herausfallen aus der Aussparung 10 des äußeren Lagerringes 3 zu sichern, weist es eine Bohrung 13 auf, durch die das Fixierelement 14 hindurchgeführt wird und in einer Bohrung 15 im äußeren Lagerring 3, beispielsweise durch ein Ge- winde, reversibel fixierbar ist.

Die Wälzkörper 4 sind, wie oben bereits erwähnt, vorzugsweise in Käfigsegmenten 5 angeordnet. Es ist aber auch möglich, Distanzstücke oder ein Käfigband als Ersatz für die Käfigsegmente 5 zu verwenden.

Die gemeinsame Anordnung von jeweils zwei Wälzkörpern 4 in einem Käfigsegment 5 und die damit entfallenden Distanzstücke in herkömmlichen Kreuz- bzw. Schrägrollenlagern ermöglichen weit größere Fetträume bei optimierten Wälzkörperanläufen. Somit ist eine höhere Betriebssicherheit bei hohen Grenzdrehzahlen möglich. Die reduzierten Kontaktflächen ver- mindern die Reibung und damit den Drehwiderstand des Wälzlagers 1. Sie sind zudem leichter zu montieren als einzelne Distanzstücke, die jeweils zwischen zwei benachbarten Wälzkörpern 4 positioniert werden müssen.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines geeigneten Käfigsegments 5 mit einer Dicht- bzw. Anlaufleiste 6 und Käfigtaschen 16 mit für den Rollenlauf optimierten Stegen 17. Die Stege 17 sind dabei unter anderem zur Verbesserung ihrer Stabilität bezüglich ihrer Einbaulage im Wälzlager 1 radial gekröpft ausgebildet.

Das erfindungsgemäße Wälzlager 1 ist geeignet als kombiniertes Axial-Radial- lager bzw. als Kippmomentlager zum Einsatz in Werkzeugmaschinen, zum Beispiel in Rundtischen, Spindellagern und Vorschub spindellagern, aber auch deren Nutzung bei Anwendungen mit geringeren Anforderungen, zum Beispiel die Lagerung von Roboterdrehachsen und von Drehachsen von Solar-Panels ist möglich. Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäß ausgebildetes Wälzlager , das weitgehend identisch ist mit dem in Fig. 1 gezeigten Wälzlager 1. Im Unterschied zu letzterem weist das Wälzlager 1 ' zwischen den Laufbahnen der beiden Wälzkörperreihen eine umlaufende Schmiermitteltasche 20 auf, durch die axial innen ausgebildete Borde 23, 24 des Innenrings 2 zugunsten eines insgesamt vergrößerten Schmiermittelspeicherraumes im Lager verkleinert sind. Erkennbar reicht die Anlagefläche dieser axial inneren Borde 23, 24 am Innenring nicht über die Wälzkörperdrehachse 12 hinaus. Vorzugsweise werden die axial inneren Borde 23 und 24 maximal bis zu etwa einem Drittel des Wälzköφerdurchmessers reichen, um die Reibung zu minimieren und den Schmiermittelspeicherraum im Lager zu maximieren. Lediglich bei Kreuzrollenlagern oder zweireihigen Schrägrollenlagern werden sich die jeweiligen Borde vorzugsweise über den gesamten Wälzköiperdurchmesser erstrecken. Außerdem weist der Außenring 3 des Wälzlagers im Bereich seines Bords 25 eine umlaufende Schmiermitteltasche 21 auf, so dass auch hier eine verkürzte, jedoch ausreichende axiale Abstützfläche für die Wälzkörper 4 vorhanden ist. Ebenso weist der Bord 11 des zumindest einen Verschlussstücks 9 eine umlaufende Schmiermitteltasche 22 auf, die ebenfalls eine vergleichsweise kurze, jedoch völlig ausreichende axiale Abstützfläche für die Wälzkör- per 4 bildet, und den insgesamt im Wälzlager vorhandenen Schmiermittelspeicherraum vergrößert.

Bezugszeichenliste

1, 1' Wälzlager

2 Innerer Lagerring

3 Äußerer Lagerring

4 Wälzkörper

5 Käfigsegment

6 Dichtleiste, Anlaufleiste

7 Spalt

8 Bohrung

9 Verschlussstück

10 Aussparung

11 Bord am Verschlussstück

12 Wälzkörperdrehachse

13 Bohrung im Verschlussstück 9

14 Fixierelement

15 Bohrung im äußeren Lagerring 3

16 Käfigtasche

17 Steg

18 Laufbahn

19 Laufbahn

20 Schmiermitteltasche im Innenring

21 Schmiermitteltasche im Außenring

22 Schmiermitteltasche im Verschlussstück 23 Bord am Innenring

24 Bord am Innenring

25 Bord am Außenring