<Desc/Clms Page number 1>
Kugellager.
EMI1.1
reichen, als bei den jetzt vorhandenen Konstruktionen : gleichzeitig wird auch eine Verbilligung der Kugellager erzielt.
Die erfindungsgemässe Ausbildung des Kugellagers ist im Vergleich zu den bekannten Konstruktionen in der Zeichnung veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm der Abhängigkeit der Belastung von der Drehzahl in AxiaikugeHagern
EMI1.2
Abhängigkeit, indem den Kugeln eine Spiralbewegung erteilt wird. Die Fig. 16-20 zeigen im Querschnitt Kugellager gemäss der Erfindung.
EMI1.3
erklärt sich durch die Verteilung des Druckes gleichzeitig auf alle Kugeln im Axiallager und nur auf einen Teil der Kugeln im Radiallager.
Der erwähnte Unterschied des Drehzahleinflusses erklärt sich durch den Unterschied der Bedingungen, unter denen die Kugeln arbeiten. Aus den Fig. 3, 4,6, 7 ersieht man, dass in beiden Typen von Kugellagern die Kugeln mit gleich breiten (in den Abbildungen strichliert) Zonen arbeiten ; bei den Radiallagern (Fig. 3,7) liegen diese Zonen in einer Fläche, die senkrecht zu der Drehachse ist. während im andern Falle (Fig. 4,6) die Ebene parallel zu ihr ist. Auf diese Weise erhöht die Fliehkraft im ersten
EMI1.4
zwischen den Ringen festkeilt, d. h. die freie Rotation der Kugeln verhindert.
Aus den Fig., und 8 ersieht man, dass diese Keilwirkung die Reibung in dem Teil zwischen dem Ringaussenumfange und dem Durchmesser o'-o'erhöht, und somit den Kugeln die Neigung gibt, im umgekehrten Sinne des strichpunktierten Pfeiles in Fig. 8 zu rotieren, der die Richtung für eine freie Bewegung der Kugeln auf dem unteren Ring ohne Gleitung angibt. Auf diese Weise entsteht statt der Reibung der Rollbewegnng eine solche der bedeutend grösseren Gleitbewegung.
Diese verschiedenartigen Arbeitsbedingungen ergeben auch verschiedene Deformation der Kugeln.
EMI1.5
rührungsflächen F (Fig. 8) nicht symmetriseh, indem die Kugeln eine eierartige Form erhalten. Dadureh werden die Bewegungsbedingungen der Kugeln in axialen Kugellagern noch unw'rtsehaftlicher und rufen
EMI1.6
die Kugeln und die Ringe schon bei geringerer Drehzahl als bei Radiaikugellagern zerstören.
Die Zerstörung von Kugellagern ohne Belastung bei gewisser Geschwindigkeit wird durch den Einfluss der Fliehkraft erklärt, die Beanspruchungen des Kugelmaterials hervorruft, die deren Festigkeitgrenze übersteigen. In den Fig. 2 und 9 ist dieser Einfluss bei den Radialktigellaoerii erklärt.
Aus Fig. 9 ersieht man, dass die Kugeln, indem sie in der Rille des äusseren Ringes rollen, eine doppelte Bewegung machen ; eine rotierende (in umgekehrter Richtung zu dem inneren Ringe) um eine Achse o-o (Fig. 7), die durch den Mittelpunkt der Kugel geht, und eine zweite ebenfalls rotierende, jedoch um die Achse 0-0 des Kugellagers. Die Geschwindigkeiten dieser Bewegungen sind Funktionen der Drehzahl des inneren Ringes und der Durchmesser des Ringes und der Kugel. Wie man aus derselben Figur ersieht, wächst bei gleicher Winkelgeschwindigkeit des inneren Ringes und bei Verringerung des Durchmessers der Kugeln die Drehgeschwindigkeit der Kugeln um ihre eigenen Achsen bedeutend schneller als die Geschwindigkeit der Rotation hinsichtlich der Achse des Kugellagers.
Die Praxis hat gezeigt, dass trotz der parallelen Verkleinerung der Masse der Kugel um ein Vielfaches (für Kugeln von zweimal geringerem Durchmesser um das Achtfache), also der Verringerung des Hauptfaktors des Fliehkrafteinflusses, die Zerstörung der Kugeln von kleinerem Durchmesser schneller eintritt, als derer von grösserem Durchmesser. Dies erklärt sich durch den Einfluss des gyroskopischen Zustandes der Kugeln, der durch die Drehung der Kugeln um eigene konstante Achsen, die durch den Mittelpunkt der Kugpm gehen. hervorgerufen wird.
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
nur ausschliesslich von der Geschwindigkeit der Bewegung (Drehzahl) und von der Masse, d. h. von der Fliehkraft. abhängig.
Die eigene Rotation der Kugel um eine konstante Achse (gyroskopischer Zustand) kann diese Neigung entweder erhöhen oder verringern. Dies hängt ab von der Richtung der Drehung der Kugel um ihre eigene Achse und der Geschwindigkeit (Drehzahl) dieser Rotation. Wenn also in Fig. 2 die Kugel hinsichtlich des Mittelpunktes 0 sich in der Pfeilrichtung a verschiebt, dabei aber die Richtung der eigenen Drehung der Kugel laut Pfeil b vor sich geht, so wird bei der Aufhebung der Ver- bindung der Kugel mit dem Zentrum 0 die Kugel von der Tangente c abgelenkt und beschreibt Kurven d, d' von verschiedener Krümmung, je nach der Geschwindigkeit ihrer eigenen Rotation.
Bei derselben Verschiebung der Kugel mit eigener Rotation in umgekehrter Richtung wird die Kugel eine Neigung zur Ablenkung von der Tangente c'ebenfalls im umgekehrten Sinne aufweisen (Kurven e, e').
Auf diese Weise vergrössert im ersten Falle der gyroskopisehe Zustand der Kugel den Einfluss der Fliehkraft, im zweiten Falle verringert er ihn.
Bei dem besprochenen Radialkugellager erfolgt die eigene Rotation der Kugeln (Fig. 9) in der Richtung umgekehrt zu der Richtung der Kugelbewegung um das Zentrum 0. Folglich vergrössert die eigene Rotation der Kugel den Einfluss der Fliehkraft, wobei, wie die Berechnung und die Praxis zeigen, diese Vergrösserung bei weitem den Einfluss der Fliehkraft selbst übertrifft.
Die erfindungsgemässe Konstruktion der Kugellager wird vor allem gekennzeichnet durch die Aufhebung der Drehung der Kugel um ein und dieselbe konstante Achse. Statt dessen erhalten die Kugeln eine spiralförmige Rotation, d. h. eine Rotation um eine unendlich grosse Zahl dauernd wechselnder Achsen. Eine solche Bewegung wird durch Gegenüberstellung der Fig. 3,4, 5,8, 9,11 und 12 erläutert. Anstatt der konstanten Rotationsachsen o-o (Fig. 3, 4 und 5), die bei Radiallagen einen Zylinder, bei Axiallager einen Kreis und schliesslich bei aus Radial-und Axiallagern kombinierten Lagern der Fahrradtype einen Kegel beschreiben und senkrecht zu den konstanten Arbeitsflächen (Zonen) gelegen sind, kann man sich die momentanen Achsen der spiralförmigen Bewegung der Kugeln so vorstellen, wie sie in Fig. 11 angegeben sind.
Man sieht dabei, dass gleichzeitig mit dem Verschwinden einer konstanten Rotationsachse auch die konstante Arbeitszone der Kugel verschwindet, mit andern Worten, die Kugeln arbeiten mit ihrer ganzen Oberfläche. Das ersieht man aus den Fig. 8,9 und 12 ; die Linien s, die den Weg eines Punktes der Kugel darstellen und in der Ebene der Zeichnung liegen, werden durch Spirallinien sI, s2 (Fig. 12), die nicht in einer Ebene liegen, ersetzt.
Diese Bewegung der Kugeln wird durch die besondere Form der Laufring erreicht. Fig. 10 zeigt das konstruktive Prinzip, das den'Kugeln eine spiralförmige Bewegung gibt, nämlich die Unsymmetrie der Querschnittskurven in den Berührungsflächen der Ringe mit den Kugeln. Diese Unsymmetrie der Berührungsflächen ruft eine Ungleichheit der Kräfte hervor, die das Drehen der Kugeln um die Achse o'-o'
EMI2.2
der Ringe sind die gegenÜberliegenden Berührungsflächen gleich, also sind auch die drehenden Kräfte (Momente) hinsichtlich der Achse o'-o'gleich. Die Kugeln erhalten somit keine Rotation um diese Achse.
Die Ungleichheit der gegenüberliegenden Berührungsflächen (Fig. 10) ruft eine Ungleichheit der drehenden Kräfte hervor, also erhält die Kugel gleichzeitig mit der Rotation um die Achse o-o auch eine Rotation um die Achse o'-o', mit andern Worten, eine spiralförmige Bewegung. Ein grösserer oder kleinerer Ungleiehheitsgrad der Berührungsflächen ruft einen grösseren oder kleineren Grad der Spiralbewegung hervor (Fig. 12, Spiralen sI, s2).
Auf diese Weise wird die neue Form der Ringe durch die Unsymmetrie der Berührungsflächen der Kugeln und der Rillen im Gegensatz zu den bisherigen Konstruktionen gekennzeichnet, bei denen die Krümmungsradien der Rillenquerschnitte durch das Zentrum der Kugel gehen bzw. symmetrisch zu dieser gelegen sind. Die bezeichnete Unsymmetrie der R'IIen in den Ringen kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden. So z. B. sind Ringe mit einer im einzelnen'symmetrischen Form der Rillen hinsichtlich einander unsymmetrisch gelegen ; wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, sind die Zentren der Bögen hinsichtlich des Zentrums der Kugel versetzt, d. h. sie liegen nicht im Durchmesser der Kugel.
Ferner kann eine der Rillen symmetrische Form erhalten, die zweite dagegen eine unsymmetrische Form, d. h. sie kann im Querschnitt eine Spirale sein. Endlich können beide Ringrillen im Querschnitt Spiralform haben, und zw. von gleicher oder verschiedener Art der Spiralizität (Fig. 13). Dabei können auch bei einer solchen Form des Querschnittes der Ringrillen, wie in den Fig. 13 und 14 gezeigt ist, diese gegeneinander verschiedenartig gelagert sein, so dass eine noch grössere Unsymmetrie erreicht wird.
Zur Klarheit sind in den Fig. 13 und 14 die Anfänge der spiralförmigen Querschnitte der Rillen als gerade Tangenten zu den Kugeln in Punkten dargestellt, die auf einem Durchmesser liegen (Fig. 13) bzw. senkrecht zuein-
EMI2.3
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
schoben werden, aber wie ursprünglich in gegenseitig senkrechten Durchmessern verbleib ? n. Dies zeigt. in welchem grossen Umfange die Ungleichheit geändert werden kann, die den Kugeln einen grösseren oder kleineren Grad der spiralförmigen Bewegung sichert.
Die spiralförmige Bewegung der Kugeln wird auch unter Berücksichtigung der Materialabnutzung sichergestellt. Dies folgt daraus, dass die Kugeln, indem sie mit ihrer ganzen Oberfläche arbeiten, gleichmässig abgenutzt werden, d. h. sie verwandeln sich in Kugeln mit kleinerem Durchmesser. Soweit sich die Spiralität der Querschnitte der Rillen, die eine Funktion vom ursprünglichen Durchmesser der Kugeln und der Rillen ist, ändert, wird nur, wie in den Fig. 13 und 14 gezeigt ist, der Grad der Krümmung vergrössert. Auf solche Weise bleibt auch die Abhängigkeit der Unsymmetrie endgültig bestehen und es wird nur eine Regulierung durch die. 1Iontage, d, h. eine weitere Annäherung der Ringe, eiforderlich.
Aus den Fig. 12 und 9 geht hervor, dass bei spiralförmiger Bewegung der Kugel deren Mittelpunkt m
EMI3.2
dieser Bögen, anstatt des grösseren Bogens M-me bei gewöhnlicher Rotation der Kugel, zurücklegt. Auf diese Weise vermindert sich die Fortbewegungsgesehwindigkeit'der Kugel um das Zentrum 0 (Fig. 9) bedeutend und folglich verringert sich auch in demselben Masse die Einwirkung der Fliehkraft.
Wenn man hiebei in Betracht zieht, dass bei spiralförmiger Bewegung vermöge der Arbeit der
EMI3.3
sprechend geringerem Durchmesser, d. h. geringerer Masse verwendet werden können, so können die Vorteile wie folgt zusammengefasst werden : eine unregelmässige, ellipsoidale eiförmige Deformation der Kugeln wird vollständig ausgeschaltet ; die nützliche Belastung (P) des Lagers wird gleichmässig auf die ganze Oberfläche der- Kugeln verteilt und ist folglich auch eine Einheit der Oberfläche der Kugel einer geringeren Anstrengung unterworfen, als bei Kugeln, die nur mit einem ringförmigen Teil der Oberfläche arbeiten ; die schädliche Belastung der Kugeln, das Resultat der Fliehkraft und des gyroskopischen Zustandes der Kugeln, wird bedeutend verringert ;
als Folge der drei erstgenannten Vorteile wird das Bremsen und Gleiten der Kugeln, das wie bekannt der hauptsächlichste Grund für das schnelle Warmlaufen und die Zerstörung von Kugellagern ist, in bedeutendem Masse verringert.
Der letzterwähnte Vorzug ist der Anschaulichkeit halber noch in Fig. 15 erläutert, aus der hervorgeht, dass bei gewöhnlicher Rotation der Kugeln (um eine konstante Achse durch den Mittelpunkt 0 senkrecht zur Ebene der Zeichnung) die Rotationsrichtungen der Kugeln hinsichtlich ihrer Berührungs- stellen miteinander in einer Ebene gelegen und entgegengesetzt gerichtet sind (Pfeil v), also gegenseitig bremsend wirken, während bei spiralförmiger Bewegung der Kugeln, wie die Pfeile 'zeigen, die betreffenden Bewegungsrichtungen Teile von Spiralen darstellen, die in mehreren Ebenen liegen, die hierbei ständig ihre Lage ändern. Auf diese Weise ist anstatt eines bremsenden Faktors ein Faktor vorhanden, der die spiralförmige Bewegung der Kugeln sicherstellt.
Der letzte Umstand hebt die besonderen Vorzüge der"käfiglosen" Lager neuer Konstruktion (Fig. 16 und 17) hervor. In der ersten Figur ist das Lager in fertig montiertem Zustande dargestellt,
EMI3.4
Bei Anwendung eines Käfigs ist dieser kegelförmig wie in Fig.] 4 schematisch dargestellt und hinsichtlich der Achse des Lagers schräg gelegen.
Fig. 18 zeigt die Montage der Lager : zur Einstellung der Lager (Annäherung der Ringe) sind Büchsen x, y vorgesehen.
In den Fig. 19 und 20 sind kombinierte Lager für verschiedene Zwecke schematisch dargestellt :
EMI3.5
unmittelbar nebeneinander zusammengestellt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
EMI3.6
den Kugeln'Nebendrehungen erteilen, wodurch eine spiralförmige Gesamtbewegung der Kugeln bewirkt wird.