Lageranordnung

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, umfassend zwei nebeneinander angeordnete Wälzlager, wobei jedes Wälzlager einen Innenring und einen Außenring aufweist, wobei zwischen den Lagerringen ein Ringraum gebildet wird und wobei in dem Ringraum Wälzkörper angeordnet sind.

Derartige Lageranordnungen, die als (mindestens) zweireihige Lager bezeichnet werden, sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Dabei ist zwecks Aufrechterhaltung optimaler Betriebsbedingungen und einer hohen Gebrauchsdauer eine ausreichende Schmierung notwendig.

Dies gilt insbesondere dann, wenn die Drehachse der Lageranordnung im Betrieb nicht horizontal angeordnet ist, sondern beispielsweise vertikal. Um dem stetigen Kostendruck zu genügen, ist eine Fettschmierung einer Ölschmierung vorzuziehen. Allerdings ergibt sich bei einer Lagerung, bei der die zu lagernde Welle nicht horizontal ausgerichtet ist, infolge der Schwerkraft das Problem, dass das zur Schmierung notwendige Fett bzw. das darin befindliche Öl über die Zeit dazu neigt, aus dem Bereich der Wälzlagerlaufbahnen zu entweichen. Dies bedingt zumeist in einem solchen Falle eine komplette Abdichtung der eingesetzten Lager.

Kommt es zu einem Schmier Stoffverlust der oberen Wälzkörperreihe, führt dies zu Mangelschmierung und in der Folge zu metallischem Kontakt, der nicht nur einen höheren Abrieb, sondern auch eine höhere Reibung in nachteilhafter Weise nach sich zieht. Infolge dessen ergibt sich eine höhere Betriebstemperatur, was zu einer reduzierten Schmierstoffgebrauchsdauer (insbesondere Fettgebrauchsdauer) führt. Dies wiederum hat in nachteiliger Weise eine geringere Gebrauchsdauer des Lagers zur Folge, wenn die jetzt öfter nötige Wartung nicht sorgfältig ausgeführt wird.

Für eine optimale Lagerung ist es darüber hinaus gelegentlich nötig, in der mindestens zweireihigen Lagerung eine gewisse axiale Vorspannung aufrechtzuerhalten. Vorgespannte Lager sind zwar als solche hinlänglich bekannt, allerdings ist die Montage der Vorspannelemente mitunter sehr aufwändig; die Vorspannelemente lassen in ihrer Wirkung zudem über die Zeit mitunter nachteilig nach.

Es existieren Lageranwendungen, die bewusst eine Schräglage der Lagerungen zulassen oder fordern, im Extremfall sogar eine senkrechte Rotationsachse vorschreiben.

Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, eine zwei- oder mehrreihige Lageranordnung vorzuschlagen, die es erlaubt, auch Positionen der Drehachse zuzulassen, die nicht der horizontalen Lage entsprechen, wobei speziell an eine vertikale Anordnung der Drehachse der Lageranordnung gedacht ist. Dabei soll stets sichergestellt werden, dass eine hinreichende Versorgung der Lagerung mit Schmiermittel gewährleistet ist. Darüber hinaus soll sichergestellt werden, dass eine Lagervorspannung in einfacher Weise hergestellt und im Betrieb aufrechterhalten werden kann. Dabei soll eine kostengünstige Konzeption möglich sein.

Die L ö s u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Innenringe oder die beiden Außenringe der beiden Wälzlager einstückig ausgebildet sind, wobei in dem Ringraum mindestens ein Volumenelement angeordnet ist, das den Ringraum in einem axialen Bereich zumindest teilweise ausfüllt, wobei Mittel vorhanden sind, mit denen zwischen den beiden nicht einstückig ausgebildeten Lagerringen eine in axiale Richtung wirkende Vorspannkraft erzeugbar ist. Die Mittel zur Erzeugung der axial wirkenden Vorspannkraft sind dabei bevorzugt durch das Volumenelement selber verwirklicht.

In diesem Falle kann vorgesehen werden, dass die Mittel zur Erzeugung der axial wirkenden Vorspannkraft durch zwei sich in radiale Richtung erstreckende ringförmige und am Volumenelement angeformte Vorsprünge gebildet werden, die in ringnutförmige Vertiefungen eingreifen, die in den benachbarten Seitenbereichen der beiden nicht einstückig ausgebildeten Lagerringe eingearbeitet sind. Bei einer Ausführungsform ist in diesem Falle vorgesehen, dass sich die ringförmigen Vorsprünge radial nach außen erstrecken und in ringnutförmige Vertiefungen eingreifen, die in zwei separate Außenringe eingearbeitet sind. Alternativ ist es möglich, dass sich die ringförmigen Vorsprünge radial nach innen erstrecken und in ringnutförmige Vertiefungen eingreifen, die in zwei separate Innenringe eingearbeitet sind.

Das Volumenelement kann als einteiliges Bauteil aus elastischem Material, insbesondere aus Kunststoffmaterial, ausgebildet sein.

Es ist aber auch möglich, dass das Volumenelement aus zwei Seitenteilen gebildet wird, zwischen denen ein Mittenteil angeordnet ist. Die Seitenteile können dabei aus Blech bestehen, insbesondere aus dünnem Blech mit konstanter Wandstärke. Das Mittenteil kann aus Kunststoff- oder Gummimaterial bestehen, das zwischen den Seitenteilen angeordnet, insbesondere eingepresst, ist.

Eine Lösung sieht dabei vor, dass das Mittenteil ein O-Ring ist.

Eine Alternative stellt darauf ab, dass das Mittenteil ein zwischen die Seitenteile in situ spritzgegossenes Formteil ist.

Vorgesehen kann speziell bei dieser Ausgestaltung auch sein, dass die beiden Seitenteile - insbesondere als jeweils ringförmige Strukturen ausgebildet - im radial innenliegenden Endbereich so ausgebildet sind, dass sie hakenförmig ineinander greifen, wodurch eine Dichtfunktion im radial innenliegenden Endbereich hergestellt wird, was für das Spritzgießen in situ vorteilhaft ist.

Das Mittenteil kann auch als mehrteiliger Formkörper ausgebildet sein, wobei jedes Teil des mehrteiligen Formkörpers die Form eines Kreisringsektors aufweist. Insbesondere kann vorgesehen werden, dass das Mittenteil als zweiteiliger Formkörper ausgebildet ist, wobei sich jedes Teil des Formkörpers über einen Umfangswinkel von 180° erstreckt; der Formkörper ist demgemäß halbkreisringförmig.

Eine Alternative hierzu sieht vor, dass das Mittenteil als einteiliger Formkörper ausgebildet ist. Dieser ringförmige Körper hat an einer Umfangsstelle eine Ausnehmung, so dass er radial zwischen die Seitenteile eingeschoben werden kann.

Die Teile des Mittenteils können dabei mit Rastmitteln versehen sein, mit denen sie in radiale Richtung relativ zu den Seitenteilen festgelegt werden können.

Weiterhin können Verbindungsmittel vorhanden sein, mit denen die Seitenteile und das Mittenteil miteinander verbunden sind. Die Verbindungsmittel können dabei beispielsweise als radial außenliegend angeordneter Schweißpunkt ausgebildet sein.

Die Wälzlager können bevorzugt als Kugellager, insbesondere als Rillenkugellager oder Schrägkugellager, ausgebildet sein.

Das Volumenelement ist im axialen Bereich zwischen den Wälzkörpern der beiden Wälzlager angeordnet, wobei sie den sich zwischen den Wälzkörpern befindlichen Ringraum zwischen den Lagerringen weitgehend ausfüllen. Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass sich das Volumenelement über den Großteil der radialen Erstreckung des Ringraums, insbesondere über mindestens 50 % der radialen Erstreckung des Ringraums, erstreckt. Um eine möglichst kostengünstige, aber auch über die gesamte Lebensdauer funktionsfähige Lösung zur Verfügung zu stellen, sieht die Erfindung also vor, dass eine zumindest zweireihige Wälzlagerung eingesetzt wird, die zwischen den Wälzkörperreihen zumindest ein angeordnetes Zwischenelement (Volumenelement) aufweist. Dieses Zwischenelement füllt zumindest einen Teil des vorhandenen Zwischenraumes zwischen den Lagerringen aus mit dem Ziel, das sich im Bereich der Wälzkörperreihen befindliche Schmiermittel in den Laufbahnbereichen zu halten.

Demgemäß erlaubt der erfindungsgemäße Vorschlag eine Reduzierung des freien Raums (Ringraums) zwischen den Wälzkörperreihen, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn es sich um den Raum unterhalb der oberen Wälzkörperreihe bei vertikaler Anordnung der Drehachse der Lageranordnung handelt. Das Schmierfett wird durch das Volumenelement in vorteilhafter Weise zurückgehalten. Die integrierte Vorspannmittel (Mittel zur Erzeugung einer axialen Vorspannkraft) erlauben dauerhaft die Aufrechterhaltung einer gewissen Lagervorspannung und somit eine optimale Betriebsweise. Hiermit ist es möglich, die mindestens zwei Wälzlager in definierter Weise anzustellen.

Der erfindungsgemäße Vorschlag erlaubt also eine schräge Einbaulage der Lageranordnung (im gesamten Bereich zwischen der horizontalen Anordnung einer Welle bis zu deren vertikaler Anordnung), wobei ein fettgeschmiertes Systems vorgesehen ist.

Die vorgeschlagene Lageranordnung kommt besonders bei den genannten Kugellagern zum Einsatz, wobei diese - wie gesagt - bevorzugt als Rillenkugellager oder Schrägkugellager ausgeführt sind. Möglich ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Vorschlags allerdings auch bei anderen Lagertypen, beispielsweise bei Kegelrollenlagern oder auch bei Axialpendelrollenlagern.

Die Richtung der axialen Vorspannung durch die hierfür vorgeschlagenen Mittel kann in beide Achsrichtungen erfolgen, d. h. die Vorspannmittel können die beiden separat ausgebildeten Lagerringe voneinander weg drücken oder aufeinander zu ziehen. Demgemäß ist es möglich, insbesondere bei der Verwendung von Kugellagern eine X- oder eine O-Anordnung der beiden Wälzlager herzustellen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 den Radialschnitt durch eine Lageranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 den Radialschnitt durch eine Lageranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 den Radialschnitt durch eine Lageranordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 den Radialschnitt durch eine Lageranordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 den Radialschnitt durch eine Lageranordnung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 den Radialschnitt durch eine Lageranordnung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 den Radialschnitt durch eine Lageranordnung gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 den Radialschnitt durch eine Lageranordnung gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 9 den Radialschnitt durch eine Lageranordnung, wobei der einteilige Außenring einstückig mit einem Funktionselement ausgebildet ist, und

Fig. 10 den Radialschnitt durch eine Lageranordnung, wobei der einteilige In- nenringring einstückig mit einem Funktionselement ausgebildet ist.

In Fig. 1 ist eine Lageranordnung 1 dargestellt, die zwei Wälzlager 2 und 3 aufweist, nämlich ein erstes Wälzlager 2 und ein zweites Wälzlager 3. Beide Wälzlager sind als Rillenkugellager ausgebildet und weisen jeweils eine Reihe Wälzkörper (Kugeln) 9 bzw. 10 auf. Beide Wälzlager 2, 3 haben hier einen gemeinsamen Außenring 6, 7, der einstückig ausgebildet ist; indes weist jedes Lager 2, 3 einen Innenring 4 bzw. 5 auf.

Zwischen den Innenringen 4, 5 und dem einstückigen Außenring 6, 7 der beiden Lager 2 , 3 wird ein Ringraum 8 definiert, in dem bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Lageranordnung 1 Schmierfett eingebracht ist.

Um das Schmierfett möglichst im Bereich der Laufbahnen der beiden Lager 2, 3 zu halten, und zwar auch dann, wenn die Drehachse der Lageranordnung 1 nicht horizontal, sondern abweichend von der Horizontalen gelagert wird, ist ein Volumenelement 1 1 im Ringraum 8 zwischen Außen- und Innenringen angeordnet.

Es handelt sich vorliegend um einen aus Kunststoffmaterial bestehenden einstückigen Ring, der für den Schmierstoff undurchdringlich ist. Dieser verdrängt das Schmierfett aus dem Ringraum 8 in dem axialen Bereich, über den sich das Volumenelement 1 1 erstreckt, so dass das Fett im Bereich der Laufbahnen gehalten wird.

In das Volumenelement 1 1 inkorporiert sind Mittel 12 zur Erzeugung einer axialen Vorspannkraft, d. h. einer Vorspannkraft, die in axiale Richtung a wirkt. Ausgeführt sind diese Mittel 12 hier durch zwei ringförmige Vorsprünge 12' und 12", die sich radial nach innen erstrecken und die in ringnutförmige Vertiefungen 13 bzw. 14 eingreifen, die in den Seitenbereichen 15 bzw. 16 der beiden Wälzlager 2, 3 angeordnet sind. Um diesbezüglich kostengünstig zu arbeiten, werden hier Standardwälzlager eingesetzt, die die besagten Ringnuten 13, 14 in den Lagerringen standardgemäß besitzen, um in ihnen Dichtscheiben zu befestigen.

Wie in Fig. 2 gesehen werden kann, kann die Funktionalität des Verdrängens von Schmiermittel durch das Volumenelement 1 1 und die Herstellung einer axialen Vorspannung durch die Mittel 12 auch separat realisiert werden. Hierzu sind bei der Lösung gemäß dieser Figur Federmittel 12 - hier ausgebildet als gewelltes Federblech - zwischen den beiden Innenringen 4, 5 angeordnet.

Das Konzept gemäß der Figuren 1 und 2 ist bei den Lösungen gemäß der Figuren 3 und 4 dahingehend übertragen, dass hier der Innenring 4, 5 einteilig ausgebildet ist und separate Außenringe 6, 7 eingesetzt werden. Dabei ist bei der Lösung gemäß Fig. 3 wieder vorgesehen, dass die Mittel 12 zur Erzeugung der Lagervorspannung in das Volumenelement 1 1 integriert sind, während gemäß Fig. 4 ein separates Federelement (gewelltes Federblech) zwischen den Außenringen 6, 7 eingesetzt ist.

Um die axiale Vorspannkraft hinreichend groß zu gestalten, kann vorgesehen sein, dass in das aus Kunststoffmaterial bestehende Volumenelement 1 1 ein separates federelastisches Element eingebracht ist, was z. B. durch Umspritzen eines aus Stahl bestehenden Federelements durch das Kunststoffmaterial des Volumenelements 1 1 erfolgen kann.

Während in den Ausführungsbeispielen gemäß der Figuren 1 bis 4 das Volumenelement 1 1 jeweils als einstückiges Kunststoffteil ausgeführt ist, zeigen die Lösungen gemäß den Figuren 5 bis 8 diesbezüglich andere Lösungen.

In Fig. 5 ist zu sehen, dass das Volumenelement 1 1 aus zwei Seitenteilen 1 1 ' und 1 1 " besteht (vorzugsweise gefertigt aus Blech), die jeweils an der Stirnseite der beiden Außenringe 6, 7 anliegen. Zwischen die beiden Seitenteile 1 1 ' und 1 1 " wird ein Mittenteil 1 1 "' eingepresst, wodurch die axiale Vorspannkraft erzeugt wird (was hier zu einer O-Anordnung der beiden Lager 2, 3 führt). Das Mittenteil 1 1 "' ist in diesem Ausführungsbeispiel ein O-Ring aus Elastomermaterial.

Bei der Lösung gemäß Fig. 6 ist alternativ vorgesehen, dass in den Raum, den die beiden Seitenteile 1 1 ' und 1 1 " zwischen sich lassen, in situ Kunststoffschmelze eingespritzt wird. Aufgrund des Spritzgießdrucks des klassischen Spritzgießprozesses werden die beiden Seitenteile 1 1 ' und 1 1 " axial auseinandergedrückt; nach der Aushärtung der Kunststoffschmelze, die dann das Mittenteil 1 1 " ' bildet, liegt dann aufgrund der elastischen Eigenschaft des Kunststoffmaterials die gewünschte Vorspannung dauerhaft vor.

In Fig. 7 ist eine weitere Alternative gezeigt. Wie in Fig. 5 wird auch hier das Volumenelement 1 1 durch zwei Seitenteile 1 1 ' und 1 1 " gebildet. Das Mittenteil 1 1 " ' ist hier allerdings ein vorgefertigter Formkörper, der die Gestalt eines halbkreisförmigen Kreisringsektors hat. Demgemäß wird nach der Vormontage der Lageranordnung und der Seitenteile 1 1 ' und 1 1 " je ein Mittenteil 1 1 " ' von oben und von unten radial zwischen die Seitenteile 1 1 ', 1 1 " eingeschoben. Dies erfolgt so unter Auslegung der Maße und Toleranzen, dass sich nach dem Einschieben der beiden Mittenteile 1 1 " ' die gewünschte axiale Vorspannung in der Lageranordnung ergibt.

Damit die kreisringsektorförmigen Mittenteile 1 1 " ' nach dem radialen Einschieben in Position bleiben, sind Rastmittel 17 an ihnen angeordnet. Hierbei handelt es sich um in axiale Richtung a vorspringende ringförmige Anformungen am Mittenteil 1 ", die nach dem Einschieben formschlüssig hinter einen Absatz am Seitenteil 1 1 ', 1 1 " (wie dargestellt) oder in eine entsprechende Ausnehmung im Seitenteil 1 1 ', 1 1 " eingreifen (nicht dargestellt).

Gemäß Fig. 8 ist eine Lösung dargestellt, bei der die Seitenteile 1 1 ' und 1 1 " wiederum durch das kreisringsektorförmige Mittenteil 1 1 "' axial auseinandergespreizt werden. Befindet sich das Mittenteil 1 1 " ' in der Endposition, erfolgt eine Fixieren der Teile 1 1 ', 1 1 " und 1 1 "' durch ein Verbindungsmittel 18, das gemäß Fig. 8 als Schweißpunkt ausgeführt ist.

Vorteilhaft kann direkt am einstückig ausgebildeten Außen- oder Innenring unmit- telbar ein Funktionsteil ausgebildet sein. In Fig. 9 ist dies für den Außenring 6, 7 skizziert, der direkt als Zahnrad mit einer Verzahnung 19 ausgeführt ist.

Analog ist der Innenring 4, 5 gemäß Fig. 10 in Form einer Welle 20 verwirklicht.

Bezugszeichenliste

1 Lageranordnung

2 Wälzlager

3 Wälzlager

4 Innenring

5 Innenring

6 Außenring

7 Außenring

8 Ringraum

9 Wälzkörper

10 Wälzkörper

1 1 Volumenelement

1 1 ' Seitenteil

1 1 " Seitenteil

1 1 "' Mittenteil

12 Mittel zur Erzeugung einer axialen Vorspannkraft

12' ringförmiger Vorsprung

12" ringförmiger Vorsprung

13 ringnutförmige Vertiefung

14 ringnutförmige Vertiefung

15 Seitenbereich

16 Seitenbereich

17 Rastmittel

18 Verbindungsmittel (Schweißpunkt)

19 Verzahnung

20 Welle a axiale Richtung