• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
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  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft eine Lagerung zur Aufnahme axialer Belastungen, bestehend aus mehreren hintereinander angeordneten Axialwälzlagern mit jeweils einer Gehäusescheibe (1.1, 1.2, 1.3), einer Wellenscheibe (2.1, 2.2) und zwischen diesen Laufscheiben angeordneten Wälzkörpersätzen (3.1, 3.2, 3.3, 3.4), wobei die Wellenscheiben (2.1, 2.2) und die Gehäusescheiben (1.1, 1.2, 1.3) über jeweils zwischen ihnen angeordnete Abstandsringe (5.1, 4.1, 4.2) axia abgestützt sind. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Gehäusescheiben (1.1, 1.2, 1.3) und die Wellenscheiben (2.1, 2.2) im Bereich der Wälzkörpersätze (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) über ihre gesamte radiale Ausdehnung eine gleiche axiale Stärke aufweisen und wenigstens eine der Wellenscheiben (2.1, 2.2) an ihrem Innenumfang mit einer kreisringförmigen, in radialer Richtung nach außen offenen Freistellung (6) versehen ist.
    公开号:DE102004011308A1
    申请号:DE200410011308
    申请日:2004-03-09
    公开日:2005-03-31
    发明作者:Gabriel Dambaugh；Jim Sugarland Ingerslew
    申请人:Schaeffler Technologies AG and Co KG；
    IPC主号:F16C19-30
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Lagerung zur Aufnahme axialer Belastungen,bestehend aus mehreren hintereinander angeordneten Wälzlagernmit jeweils einer Gehäusescheibe,einer Wellenscheibe und zwischen diesen Laufscheiben angeordneten Wälzkörpersätzen, wobeidie Wellenscheiben und die Gehäusescheiben über jeweilszwischen ihnen angeordnete Abstandsringe axial abgestützt sind.
    [0002] ZurErhöhungder Tragfähigkeitvon Axiallagerungen werden mehrere Axiallager räumlich hintereinander eingebaut.Dabei sind Maßnahmenerforderlich, durch die die Gesamtbelastung der Lagerung möglichstgleichmäßig aufdie einzelnen Axiallager verteilt wird.
    [0003] Einebekannte Bauart füreine Lagerung zur Aufnahme axialer Belastungen wird als „Tandemlager" bezeichnet. Mehrere,zumeist zwei bis vier Axiallager sind zu einer Einheit verbunden,bei der die auf der Welle sitzenden Scheiben (Wellenscheiben) unddie im Gehäusesitzenden Scheiben (Gehäusescheiben)durch jeweils zwischen ihnen angeordnete Abstandsringe abgestützt sind.Eine gleichmäßige BelastungsämtlicherWälzkörpersätze wirddadurch erreicht, daß dieLaufscheiben und die Käfigesämtlichvoneinander verschiedenausgeführtwerden im Sinne einer gleichmäßigen Durchfederung.
    [0004] Esist auch bekannt, die Laufscheiben und Käfige gleich auszubilden unddie Laufscheiben über unterschiedlichausgebildete federnde Element axial abzustützen.
    [0005] Soist es üblich,innerhalb einer Lagerung zur Aufnahme axialer Belastungen die Wellenlaufscheibenund die Gehäuselaufscheibenmit aufeinander abgestimmten Federkonstanten zu versehen. Dies wirddadurch erreicht, indem die Laufscheiben einen nicht rechteckförmigen Querschnittaufweisen, so daß siesich bei Axialbelastung durchbiegen können. Eine derartige Lageranordnunggeht aus der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung DE 71 40 687 hervor. Eine solche Lageranordnungist jedoch aufgrund der nicht rechteckförmigen Gestaltung der Laufscheibenin ihrer Herstellung sehr aufwendig.
    [0006] Eineandere Möglichkeit,bei mehreren axial hintereinander angeordneten Axialwälzlagerneine Überlastungder Wälzkörper durchderen einseitige Belastung zu verhindern, liegt gemäß der DE 21 14 698 darin, daß die Gehäusescheibenan ihrer zylindrischen Umfangsflächeund die Wellenscheibe in ihrer Bohrung derart freigestellt sind,daß ander Welle bzw. am Gehäusejeweils nur ringförmigeSitzflächen unmittelbaranliegen, deren axiale Höhewesentlich kleiner ist als die Höheder Laufscheiben in diesem Bereich. Bei dieser Lageranordnung istvon Nachteil, daß dieLaufscheiben einerseits eine nicht rechteckigen Querschnitt aufweisenund andererseits die vorstehend beschriebenen Freistellungen erforderlich sind,die beide zu einer Verteuerung der Lageranordnung beitragen.
    [0007] Dasin der Wälzlagertechnikaltbekannte Probleme des Kantentragens, bei dem die Wälzkörper nurnoch übereinen Teilbereich ihrer LängeBelastungen übertragen,spielt demnach auch beim mehreren hintereinander angeordneten Wälzlagern einebedeutsame Rolle. Würdedieses nämlichnicht gelöst,führt dieszu einer Überbelastungsowohl an den Wälzkörpern alsauch an den zu gehörigenStellen der Laufbahnen, was zum vorzeitigen Ausfall der Gesamtwälzlageranordnungführenkann. Die vorstehend beschriebenen Versuche zur Lösung dieses Problemesbei mehreren in axialer Richtung hintereinander angeordneten Wälzlagernsind jedoch zu aufwendig.
    [0008] DerErfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einerseits Konstruktionund Fertigung einer Lagerung zur Aufnahme axialer Belastungen wesentlichzu vereinfachen und andererseits durch eine gleichmäßige Verteilungder Belastung auf die einzelnen Axialwälzlager die Lebensdauer unddie Funktionssicherheit der Lagerung zu erhöhen.
    [0009] Erfindungsgemäß wird dieseAufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindungmit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, daß die Gehäusescheiben und die Wellenscheibenim Bereich der Wälzkörpersätze über ihregesamte radiale Ausdehnung eine gleiche axiale Stärke aufweisen undwenigstens eine der Wellenscheiben an ihrem Innenumfang mit einerkreisringförmigen,in radialer Richtung nach innen offenen Freistellung versehen ist.
    [0010] DerVorteil dieser Freistellung liegt darin, daß die Wellenscheiben über ihrenQuerschnitt gesehen eine variable Steifigkeit aufweisen, so daß der von derBelastung herrührendeKraftlinienverlauf von einer der Laufscheiben in einen der Wälzkörpersätze aufdirektem Wege in die Wälzkörper gelenktwird. Die Wälzkörper übertragensomit Kräftenicht mehr nur übereinen Teilbereich ihrer axialen Länge, sondern nahezu über ihregesamte axiale Länge.Auf diese Weise sind Überlastungsspitzenan Wälzkörpern undLaufbahnen vermieden, was sich wiederum positiv auf Funktion undLebensdauer der Lageranordnung auswirkt.
    [0011] Einweiterer Vorteil der nach innen offenen Freistellung liegt darin,daß durchHerabsetzen der Steifigkeit der Wellenscheiben eine Federwirkungerreicht wird, die einen erhöhtenWiderstand gegen Versagen unter stoßartigen Belas tungen der Lageranordnungbewirkt. Bei auftretenden großenStoßbelastungenwird also die Wellenscheibe in axialer Richtung verformt und wirktsomit ausgleichend auf die gesamte Lageranordnung.
    [0012] DieFertigung des Lagers wird insbesondere durch die rechteckförmige Ausgestaltungder Laufscheiben vereinfacht und somit kostengünstiger. Aufwendige spanabhebendeBearbeitungsverfahren zur Herstellung von konisch verlaufenden Laufscheiben sindsomit entbehrlich. Im Vergleich zu diesen nach den bisherigen Standder Technik erforderlichen spanabhebenden Bearbeitungsverfahrenspielt das Einbringen der nach innen offenen Freistellung in die Wellenscheibenur eine kostenmäßig untergeordnete Rolle.
    [0013] DieForm und die räumlicheAusdehnung der in der Wellenscheibe angeordneten Freistellung ist vonuntergeordneter Bedeutung. Diese Freistellung ist für jedenLagerungsfall einzeln in Abhängigkeit vonden herrschenden Größen-Belastungsverhältnissenneu auszulegen.
    [0014] VorteilhafteWeiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
    [0015] Danachsoll gemäß Anspruch2 die untere Wellenscheibe mit einer kreisringförmigen Freistellung versehensein, währendgemäß Anspruch3 die obere Wellenscheibe diese Freistellung aufweisen soll.
    [0016] DieAnordnung der Freistellung in der unteren Wellenscheibe ist derNormalfall, wenn man die auf die Lageranordnung einwirkende Kraftvon oben nach unten, d.h., in Richtung Schwerkraft verlaufen läßt. Diesist beispielsweise bei Tiefbohrgeräten der Fall, wenn die Kraftin Richtung Erdmittelpunkt von einem Motor ausgeht, der einen Bohrerin Richtung Erdmittelpunkt zu bewegen hat. Werden hingegen derartigeTandemlager in Getrieben fürSchneckenextruder in der Gummi- oder Kunststoffindustrie eingesetzt,so wirkt die auf das Lager aufgebrachte Kraft in horizontaler Richtung.Als untere Wellenscheibe ist in diesem Fall jene Wellenscheibe zubetrachten, die am weitesten vom Angriffs punkt der Kraft entfernt liegt.
    [0017] DieAusstattung der oberen Wellenscheibe mit der kreisringförmigen Freistellungwird in vorteilhafter Weise immer dann vorgenommen werden, wenn,um beim Beispiel des Tiefbohrgeräteszu bleiben, zur von oben nach unten wirkenden Kraft des Motors einevon unten nach oben wirkende Gegenkraft ausgelöst wird. Dies ist beispielsweisedann der Fall, wenn der vom Motor angetriebene Bohrer sehr harteGesteinsschichten durchdringen muß.
    [0018] Einweiteres wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Lagerung ist in Anspruch4 beschrieben. Danach ist vorgesehen, daß wenigstens in einer der Freistellungenein Sicherheitsring angeordnet ist. Dieser Sicherheitsring verhindertein zu starkes Deformieren bzw. sogar ein Brechen der Wellenscheibe, dasansonsten durch eine übermäßige Krafteinwirkungauf diese verursacht würde.Das System wird also wesentlich steifer, da der Sicherheitsringdurch seine Verformung einen zusätzlichenTeil der wirkenden Kraft aufnehmen kann, ohne daß die Wellenscheibe Schadennimmt. Ebenso wie bei der kreisringförmigen Ausnehmung ist beimSicherheitsring zu beachten, daß dieserfür jedenAnwendungsfall einzeln auszulegen ist. Dies betrifft beispielsweise dasverwendete Material, das gemäß Anspruch5 elastisch sein soll. Aber auch die Größe und die Querschnittsformdes Sicherheitsringes haben Einfluß auf die Steifheit der Wellenscheibe.
    [0019] Schließlich istnach einem letzten Merkmal gemäß Anspruch6 vorgesehen, daß derSicherheitsring einen Schlitz aufweisen soll. Dieser ist in erster Liniezur Montageerleichterung erforderlich.
    [0020] DieErfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
    [0021] Eszeigen:
    [0022] 1 einen Längsschnittdurch eine Axiallageranordnung nach den bisherigen Stand der Technik,
    [0023] 2 einen Längsschnittdurch eine Axiallageranordnung mit erfindungsgemäßer Freistellung,
    [0024] 3 den Verlauf der Kraftliniendurch eine erfindungsgemäß mit einerFreistellung versehene Wellenscheibe,
    [0025] 4 die Lastverteilung über einenWälzkörper, dessenWellenscheibe mit bzw. ohne erfindungsgemäßer Freistellung versehen ist,
    [0026] 5 einen Längsschnittdurch eine erfindungsgemäße Lageranordnungmit Freistellung und Sicherheitsring,
    [0027] 6 eine vergrößerte Darstellungdes in 5 gekennzeichnetenAusschnittes und
    [0028] 7 eine Draufsicht auf einengeschlitzten Sicherheitsring.
    [0029] Diein 1 dargestellte Lagerungzur Aufnahme axialer Belastungen besteht aus vier hintereinanderangeordneten Axialwälzlagern.Diese bestehen jeweils aus einer Gehäusescheibe 1.1, 1.2, 1.3,einer Wellenscheibe 2.1, 2.2 und zwischen diesenLaufscheiben anordneten Wälzkörpersätzen 3.1, 3.2, 3.3, 3.4.Diese setzen sich aus in Käfigen 3.1.1, 3.2.1, 3.3.1, 3.4.1 geführten zylindrischenWälzkörpern 3.1.2, 3.2.2, 3.3.2, 3.4.2 zusammen.Die Gehäusescheiben 1.1, 1.2, 1.3 sindjeweils durch Abstandsringe 4.1, 4.2 und die Wellenscheiben 2.1, 2.2 durch denAbstandsring 5.1 axial abgestützt.
    [0030] Wirdnun, wie aus 1 weiterersichtlich, auf die obere Wellenscheibe 2.2 eine mit Fbezeichnete Kraft eingeleitet, so stellt sich der Kraftfluß wie folgtdar: Die Kraft F wird in zwei Teilkräfte F1, F2 zerlegt, wobei einKraftfluß F1 über dieobere Wellenscheibe 2.2, den Wälzkörpersatz 3.3, dieGehäusescheibe 1.2,den Abstandsring 4.1 bis hin zur Gehäusescheibe 1.1 erfolgt.Der zweite zugehörigeKraftfluß F2 gehtebenfalls von der oberen Wellenscheibe 2.2 aus, setzt sich über denAbstandsring 5.1 fort, erreicht die untere Wellenscheibe 2.1,bevor überden Wälzkörpersatz 3.1 wiederumdie Gehäusescheibe 1.1 erreichtist.
    [0031] Wie 1 auch erkennen läßt, kannes durch fertigungsbedingte Ungenauigkeiten dazu kommen, daß beim Kraftfluß gemäß der TeilkraftF2 im Übergangzwischen der Wellenscheibe 2.1 und dem Wälzkörpersatz 3.1 Problemeauftreten. D.h., die von der Wellenscheibe 2.1 ausgehendeaxiale Last F2 wird von den Wälzkörpern 3.1.2 desWälzkörpersatzes 3.1 nurnoch übereinen Teilbereich ihrer axialen Länge aufgenommen. Mit anderenWorten, es kommt im innenliegenden Bereich der Wälzkörper 3.1.2 zu Überlastungen,die sich negativ auf die gesamte Lageranordnung auswirken. Ein solchungünstigerVerlauf der Flächenpressung über dieaxiale Längeder Wälzkörper 3.1.2 istin 4 dargestellt. Esist erkennbar, daß gemäß der Kurvea im innenliegenden Bereich der Wälzkörper 3.1.2 Lastspitzen vonbis zu über6.000 N/mm2 auftreten können, während das radial außen liegendeEnde der Wälzkörper 3.1.2 praktischlastfrei ist. An diesem, in der Wälzlagertechnik auch als Kantentragenbezeichneten Problem setzt nun die Erfindung an.
    [0032] Nachdem Ausführungsbeispielgemäß 2 ist die untere Wellenscheibe 2.1 miteiner kreisringförmigen,in radialer Richtung nach innen offenen Freistellung 6 versehen.Wie aus 3 erkennbar,wird die Teilkraft F2, die vom Abstandsring 5.1 auf dieuntere Wellenscheibe 2.1 übertragen wird, durch die Freistellung 6 soumgelenkt, daß dieWälzkörper 3.1.2 desWälzkörpersatzes 3.1 über ihregesamte Längenausdehnunggleichmäßig mitder Kraft F2 beaufschlagt werden. Auf diese Weise ergibt sich derin 4 gemäß Kurveb gezeigte Kraftverlauf überdie axiale Ausdehnung der Wälzkörper 3.1.2. Kurveb in 4 läßt erkennen,daß einenahezu gleiche Flächenpressungvon etwa 3.000 N pro mm2 über diegesamte axiale Ausdehnung des oder der zylindrischen Wälzkörper 3.1.2 gegebenist. Die Hauptspannungen im Bereich der nach innen offenen Freistellungensind Druckspannungen. Dies bietet ein erhöhtes Maß an Sicherheit gegen Ermüdung im Vergleichzu Zugbeanspruchungen.
    [0033] Schließlich istin den 5, 6 und 7 eine erfindungsgemäße Lageranordnung zur Aufnahmeaxialer Belastungen gezeigt, bei der in der Freistellung 6 einmit einem Schlitz 7.1 versehener Sicherheitsring 7 eingesetztist. Es ist zu erkennen, daß durch diesenSicherheitsring 7 die Steifigkeit der Wellenscheibe 2.1 erhöht ist,da ein Zusammenfedern der Wellenscheibe 2.1 in axialerRichtung erschwert ist. Dieses Federn der Wellenscheibe 2.1 istnur möglich, wennerstens die Steifigkeit der Wellenscheibe 2.1 überwundenund zweitens zusätzlichder Sicherungsring 7 in axialer Richtung verformt, d.h.,in seiner Form verändertwird.
    1.1 Gehäusescheibe 1.2 Gehäusescheibe 1.3 Gehäusescheibe 2.1 Wellenscheibe 2.2 Wellenscheibe 3.1 Wälzkörpersatz 3.2 Wälzkörpersatz 3.3 Wälzkörpersatz 3.4 Wälzkörpersatz 3.1.1 Käfig 3.2.1 Käfig 3.3.1 Käfig 3.4.1 Käfig 3.1.2 Wälzkörper 3.2.2 Wälzkörper 3.3.2 Wälzkörper 3.4.2 Wälzkörper 4.1 Abstandsring 4.2. Abstandsring 5.1 Abstandsring 6 Freistellung 7 Sicherungsring 7.1 Schlitz
    权利要求:
    Claims (6)
    [1] Lagerung zur Aufnahme axialer Belastungen, bestehendaus mehreren hinereinander angeordneten Axialwälzlagern mit jeweils einerGehäusescheibe(1.1, 1.2, 1.3), einer Wellenscheibe(2.1, 2.2) und zwischen diesen Laufscheiben angeordnetenWälzkörpersätzen (3.1, 3.2, 3.3, 3.4),wobei die Wellenscheiben (2.1, 2.2) und die Gehäusescheiben(1.1, 1.2, 1.3) über jeweils zwischen ihnenangeordnete Abstandsringe (5.1, 4.1, 4.2)axial abgestütztsind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusescheiben (1.1, 1.2, 1.3)und die Wellenscheiben (2.1, 2.2) im Bereich derWälzkörpersätze (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) über ihregesamte radiale Ausdehnung eine gleiche axiale Stärke aufweisenund wenigstens eine der Wellenscheiben (2.1, 2.2)an ihrem Innenumfang mit einer kreisringförmigen, in radialer Richtungnach innen offenen Freistellung (6) versehen ist.
    [2] Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß dieuntere Wellenscheibe (2.1) mit der kreisringförmigen Freistellung(6) versehen ist.
    [3] Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß dieobere Wellenscheibe (2.2) mit der kreisringförmigen Freistellung(6) versehen ist.
    [4] Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß wenigstensin einer der Freistellungen (6) ein Sicherheitsring (7)angeordnet ist.
    [5] Lagerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,daß derSicherheitsring (7) aus einem elastischen Material besteht.
    [6] Lagerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,daß derSicherheitsring (7) einen Schlitz (7.1) aufweist.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-03-31| OM8| Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law|
    2006-05-18| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: SCHAEFFLER KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE |
    2010-07-01| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 91074 H, DE |
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    2013-09-26| R003| Refusal decision now final|Effective date: 20130412 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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