AT164949B - Rollenlager - Google Patents

Rollenlager

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AT164949B
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  Rollenlager 
Die Erfindung betrifft ein Rollenlager, dessen Rollen durch stimseitiges Abrollen an einem Führungsflansch des einen Lagerlaufringes geführt sind und zwischen sich   und dem Führungs-   flansch infolge des voneinander abweichenden Laufflächenprofils   Keilräume   frei lassen, durch die beim Umlauf der Rollen auf der Führungsfläche des Flansches ein Schmiermittelfilm erzeugt wird. 



   Nach der einen bekannten Konstruktion solcher Rollenlager besitzen die Rollen zu diesem Zweck an ihrer einen Stirnfläche einen Ringfortsatz von gewölbtem Profil, wogegen die für die Rollen vorgesehene Lauffläche des Führungsflansches ein konisches, d. h. kegelige Profil besitzt. Es liegt somit an der geraden Erzeugenden des Kegelprofils ein Punkt der gewölbten Erzeugenden des   Ringfortsatzprofils   der Rollen an. 



   Nach einer anderen bekannten Rollenlagerkonstruktion ist die Stirnfläche der Rollen kegelig ausgebildet, die Ringlauffläche des   Führung-   flansches dagegen gewölbt gestaltet. Auch hier liegt daher die gerade Erzeugende des Kegel- protils der Rollen punktförmig an der gewölbten
Erzeugenden der Lauffläche des Führungs- flansche-an. 



   Bei beiden bekannten Rollenlagerkonstruktionen sind also die Erzeugenden der   Rollenstirnfläche   und der Lauffläche des Führungsflansches nach voneinander völlig abweichenden Geraden und
Kurven gebildet. Die nachteilige Folge dieser
Abweichung der Erzeugenden der aneinander anliegenden Laufflächen der Rollen und des
Führungsflansches ist der Umstand, dass sich eine Mehrzahl von Berührungen zu beiden Seiten der zentralen Stirnflächen der Rollen ergibt, die den Zweck hat, die Rollen am Kippen zu hindern und sie mit ihrer Achse senkrecht auf der Lauf- ringfläche des Führungsflansches zu führen. 



   Dieser Umstand weist darauf hin, dass ein zusammenhängender   Schmiermineimm   bei den bekannten Kugellagerkonstruktionen nicht zu- stande kommen kann, v eil die Fläche, welche die   Lelastung   aufnimmt,   infolge der Konvexkrümmung   so klein ist, dass ein etwa sich bildender Schmier- mittelfilm leicht   abreisst   und zerstört wird. 



     Gemäss   der Erfindung werden diese Nachteile der bekannten Rollenlagerkonstruktionen dadurch- vermieden, dass die Rollen   stimseiti6 eine   Rotationsfläche mit- gekrümmter Erzeugenden haben, der Führungsflansch hingegen eine    Führungsfäche mit ""r'n gleicher   Richtung gekrümmten Erzeugenden besitzt und die Erzeugenden beider Berührungsflächen eine nahezu übereinstimmende Kurvenform aufweisen, so dass sie nahe aneinanderschliessen und die mathematische   Berührungsstelle   zwischen der Rollenstirnfläche und der Lauffläche des Führungflansches im unbelasteten Zustand und symmetrischer Lage der Rolle in einer Ebene liegt, welche die Achslinien der Rolle und des Lagers 
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 die Form einer sphärischen Zone hat,

   deren sphärischer Mittelpunkt 4 auf der Lagerachse 5 gelegen ist. Das Ende 7 der Rolle 6 stellt auch einen Teil einer Sphäre dar, die ihren Mittelpunkt in 8 hat. Der Sphärenhalbmesser des Rollenendes ist also kürzer als derjenige des   Führungsflansches,   obgleich der Unterschied zwischen den Halbmessern in der Figur bedeutend   übertrieben   ist, um die Art   de Berührung   deutlicher hervorzuheben. Der mathematische Be-   rührungspunkt   zwischen dem Rollenende und dem Flansch liegt auf der Verbindungslinie zwischen den beiden Krümmungszentren 4 und 8.

   Diese   Verbindungslinie   bildet gleichzeitig die Rotationsachse der Rolle 6 und schneidet das Rollenende und die Flanschfläche im   Punkt 10,   der also den mathematischen Berührungspunkt zwischen den beiden Flächen darstellt. Da die beiden Flächen sphärisch sind, wobei die eine einen   kürzeren Krümmungshalbmesser   als die andere hat, wird die Berührung, wenn von elastischen Deformationen in den Lagerteilen unter Druck abgesehen wird, ein mathematischer Punkt sein. Die in Fig.   l   gezeigte Rolle 6 hat 
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 auf der Lagerachse liegt, wodurch reines Abrollen zwischen der Rolle und der Rollbahn 11 erfolgt. 



  In diesem Falle fällt die Konusspitze mit dem Zentrum 4 für den Krümmungshalbmesser der sphärischen Führungsfläche 3 zusammen. 



   Fig. 3   und   4 zeigen entsprechende Ansichten eines Lagers, bei dem die gegeneinander liegenden Flächen immerhin sphärische Flächen sind, aber wobei die Höhe des Flansches 2 vermindert und der Berührungspunkt zwischen Rolle und Flansch gegen das Lagerzentrum zu hineingetragen ist. Das Krümmungszentrum 4 der sphärischen   Führungsfläche   3 liegt wie vorher auf der Lagerachse 5. Der mathematische Berührungspunkt 10 liegt indessen nicht mehr auf der Rollenachse   9,   sondern etwa im Schwerpunkt der Projektion der Arbeitsfläche des Rollenendes auf den   Führungsnansch. Das   Krümmungszentrum 8 des sphärischen Rollenendes 7 ist bo gelegen, dass die Verbindungslinie 13 zwischen den Punkten 4 und 8 das Rollenende und den Flansch in dem gewünschten Berührungspunkt 10 trifft.

   Die Konusspitze der Rolle liegt im Punkt   14,   wo die Rollenachse 9 und die Lagerachse 5 einander schneiden, weshalb auch in diesem Falle ein reines Abrollen bei der Bewegung der Rolle erzielt wird. Die Berührungsstelle zwischen den Flächen 3 und 7 wird wie bei der bereits beschriebenen Ausführungsform ein mathematischer Punkt. 



   Bei den oben beschriebenen Ausführung-   formen i : : vorausgesetzt   worden, dass die Fläche des Führungsflanches eine sphärische Zone bildet. Diese Fläche kann indessen beispielsweise 
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 eines Kreisbogens 15 um die Lagerachse 5 herum   erzeug ! : wird, dessen Mittelpunkt   mit dem 
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 gleich dem Abstand zwischen den Punkten 8 und 12 ist.   Tz,   diesem Falle wird also volle Berührung zwischen den beiden Flächen in einer Radialebene durch die Lagerachse erzielt.

   Die Berührungsverhältnisse in Umfangsrichtung des Lagers längs dem Flansch sind indessen mit den bereits beschriebenen Flächen übereinstimmend und die Berührung erfolgt also längs einer mathematischen Linie 16, die in einer sowohl die Lagerachse S als auch die Rollenachse 9 bei symmetrischer Lage der Rolle ent- 
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 ist in Fig. 5   verar..     liai-licht.   



     Eine alternative Ausführungsfunn wi. J   erhalten, wenn die Flanschfläche 3 die durch die Rotation einer geraden Linie 20 um die Lagerachse 5 herum erzeugte Form eines Kegels hat, wobei die Linie 20 die sphärische Fläche 7 des Rollenendes im Berührungspunkt 10 tangiert. In diesem Falle   erfolgt die mathematische Berührung   in einem an 10 der Fig. 4 gelegener. Punkt. 



   Fig. 6 zeigt eine Teilansicht des Lagers nach Fig. 1 in einer Ebene längs der Rollenachse winkelrecht zu einer Ebene, die die Lagerachse und Rollenachse enthält, und in der durch Pfeile VI-VI in Fig.   l   angegebenen Richtung gesehen. Die Figur zeigt die Rolle in symmetrischer Lage, weshalb die Lagerachse   5   und die Rollenachse 9 in der Figur zusammenfallen. Der mathematische Berührungspunkt zwischen dem Führungflansch 3 und dem Rollenende 7 liegt im Punkt   : 10   auf der Rollenachse.

   Da der Radius für die sphärische Endfläche 7 der Rolle, der gleich dem Abstand zwischen den Punkten 8 und 10 ist, kürzer als der Radius der sphärischen Fläche 3 ist, der gleich dem Abstand zwischen den Punkten 4 und 10 ist, so ist die mathematische Berührung, wie oben erwähnt, ein mathematischer Punkt, und bei symmetrischer Lage der Rolle, wie in Fig. 6 veranschaulicht, entstehen schwach keilförmige Zwischenräume zwischen dem Rollenende und dem Führungsflansch. 



   Die Dicke der keilförmigen Zwischenräume ist, um auf der Zeichnung ersichtlich zu werden, bedeutend übertrieben, woraus sich ergibt, dass der Unterschied zwischen dem Halbmesser des Rollenendes und demjenigen der Führungsfläche, d. h. der Abstand zwischen den Punkten 4 und 8, bedeutend grösser ist als in Wirklichkeit. Die   keilförmigen Zwischenräume zwischen Rollen-   ende   und Führungsflansch   ermöglichen auch die
Erzeugung eines   Schmiermittelfilmes   zwischen den zusammenwirkenden Flächen, unabhängig davon, in welchen der beiden mit Doppelpfeil 17 bezeichneten Bewegungsrichtungen die Bewegung der Rolle relativ zum Lagerring erfolgt.

   Die miteinander zusammenwirkenden Flächen werden   also immer sehr gut geschmiert, und die Möglichkeit des Entstehens einer nictaUiSchcn Berührung   

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 durch unvollständige Schmierung wird auf ein Minimum vermindert. 



   Die Rolle wird nur ausnahmsweise die in Fig. 6 gezeigte symmetrische Lage einnehmen. Im allgemeinen wird die   RoUenachse bei bewegender   Rolle etwas schräg gestellt werden, u.   zw.   in solcher Weise, dass eine stabile Gleichgewichtslage entsteht. Eine solche Lage der Rolle wird in Fig. 7 veranschaulicht, die in grösserem Massstabe als die übrigen Figuren gezeichnet ist. In dieser Figur wird vorausgesetzt, dass die Rolle sich relativ zum Flansch in der   dc"den   Pfeil 18 angegebenen Richtung bewegt.

   Da die Flächen 3 und 7 im Verhältnis zueinander so geformt und dimensioniert sind, dass immer keilförmige Zwischenräume zwischen den Flächen vorhanden sind, unabhängig davon, welche Lage die Rolle unter Beeinflussung der auf dieselbe wirkenden und im übrigen von der Bauart des Lagers bestimmten Kräfte einnimmt, so wird ein Schmier-   mittelfilm   zwischen den Flächen sich ausbilden, wobei die Druckverteilung innerhalb des Filmes bei richtiger Ausbildung desselben eine solche 
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 erweitert, während der hintere Zwischenraum sich etwas schliesst. Gleichzeitig verschiebt   s :. :' 1   der mathematische Berührungspunkt, der sich bei symmetrischer Lage der Rolle in einer Ebene befindet, die sowohl die Lagerachse als auch die Rollenachse enthält, etwas nach hinten und nimmt z. B. die mit Ziffer 110 in Fig. 7 angegebene Lage ein.

   Der Punkt 110 ist ebenfalls in den Fig. 2 und 4 angegeben. Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform verschiebt sich   die Berührung5-   linie 16 in ähnlicher Weise und nimmt z. B. die mit Ziffer 116 bezeichnete Lage ein. 



   Bei stillstehendem Lager können die Rollen eine beliebige Lage innerhalb der durch die Lagerbauart bestimmten Schrägstellungsgrenzen einnehmen. Wenn man sich denkt, dass eine Rolle beim Ingangsetzen des Lagers in einer Richtung, die eine Bewegung der Rolle 6 relativ zum Flansch 3 in der durch den Pfeil 19 in Fig. 7 bezeichneten Richtung verursacht, die in Fig. 7 gezeigte Lage einnimmt, so wird die Schrägstellung der Rolle bei richtiger Schmierung herumgeworfen, so dass die   Verhältnisse analog   mit den bereits im Zusammenhang mit den in
Fig. 7 beschriebenen werden. 



   Dass eine stabile Gleichgewichtslage dabei eintritt, ist leicht aus einem Vergleich der Rolle mit dem Block eines Blockgleitlagers zu ersehen. 



   Ein solcher Block nimmt, wie bekannt, eine stabile Gleichgewichtslage ein unter Wirkung der entgegengesetzt der Bewegungsrichtung tätigen Reibungskraft, hervorgerufen durch den winkelrecht dazu wirkenden Lagerdruck und der Reaktionskraft im Stützpunkt des Blockes, der etwas vor dem Schwerpunkt   der Arbeitsfläche   in bezug auf die Bewegungsrichtung des Blockes liegt. Entsprechende Verhältnisse treten bei einer Rolle auf, deren wirksam arbeitender Teil der Endfläche in der Bewegungsrichtung 18 der Rolle relativ zum Flansch vor   dem Punkt 27C liegt.   



  Die Resultierende der in der effektiven Arbeitsfläche wirkenden hydrodynamischen Kräfte liegt in einer Ebene, die die Berührungsstellen der Rolle mit den Lagerringen enthält, also etwas hinter dem Schwerpunkt der effektiven Arbeitfläche. Bei   Rollenführungsbiarten   wo eine mathematische   Berührung zwischen   Rollenende und Flansch bis zur Rollenkante hinaus möglich ist, wird hingegen bei einer solchen falschen Lage der Rolle die Rollenkante das Schmiermittel vom Flansch   wegkratzen, < c dass   die Schmierung unvollständig wird, wodurch metallische Berührung mit diesen Teilen    nn hiemit verbundene     Störungen   entstehen.   solche   Bauart gestattet auch nicht eine staone Gleichgewichtslage der Rolle. 



   In sämtlichen Figuren ist sowohl die Schragstellung als auch der Unterschied zwischen der
Form der Flächen bedeutend übertrieben worden. 



   In der Wirklichkeit beträgt der maximale Schrägstellungswinkel nicht mehr als einige Minuten 
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 maximalen Durchmessers der Arbeirsfläche des Rollenendes. Als Beispiel geeigneter Anordnungen der zusammenwirkenden Flächen mag erwähnt werden, dass bei vorgenommenen Prüfungen eines normal belasteten Lagers mit sphärischer Flanschfläche und sphärischem Rollenende und einem Durchmesser der Arbeitsfläche des Rollenendes von zirka 45 mm und bei einer   GröDi-   entfernung zwischen den zusammenwirkenden FlächenbeisymmetrischerLagederRoheim unbelasteten Zustande von zirka   0-02   mm gute Resultate erzielt wurden.

   Die   Arbeitsuche des   Rollenendes bei dem in Frage kommenden Lager hatte   einen Krümmungsradius, der 98#5% des-   jenigen der Flanschfläche betrug bzw. um   15".,     kleiner   was als der Krummungshalbmesser der letzteren. Man erhält beim Laufen des   Lagers   einen   Schmiermittelfilm,   der sich über den grössten Teil der Projektion von der Arbeitsfläche des Rollenendes ouf die Flanschfläche erstreckt. 



  Mit Arbeitsfläche des Rollenendes wird hiebei 
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 Fasen an den Rollenkanten sowie eventueller Aussparungen in der Mitte des Rollenendes. 



  Dadurch, dass die   Arbeitsfläche   der Rolle eine Rotationsfläche mit gekrümmter Erzeugenden darstellt, verschiebt sich der mathematische Berührungspunkt allmählich bei Änderung der Rollenschrägstellung, und die Rolle wird also deshalb immer die von der   Druckveneiu :"   im Schmiermittelfilm und von anderen auf dieselbe wirkenden Kräften bestimmte Gleichgewichtslage ohne Gefahr metallischer Berührung zwischen 
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Die obigen Ausführungsbeispiele erstrecken sich auf Rollenlager mit kegeligen Rollen und 

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 kegeligen Laufbahnen auf den Lagerringen. 



  Man kann sich natürlich eine Mehr.   anderer     Ausführungsformen   des Rollenlagers nach der Erfindung denken. Das Rollenlager kann auch z. B. ein selbsteinstellendes Rollenlager rein, bei dem die Mantelflächen sowohl der Rollbahnen als auch diejenigen der Rollen gekrümmte Erzeugende haben. Die Lager können zur Aufnahme von radialen, axialen und kombinierten Belastungen ausgebildet sein. Das Rollenlager kann mit   zusammenwirkeno   Flanschen auf den beiden Lagerringen versehen   sein : oder   die Rollen können zwischen zwei Flanschen geführt sein, wie dies z. B. in zylindrischen Rollenlagern der Fall ist.

   Die Flanschen werden im letzteren Falle aus Fabrikationsgründen in der
Regel eben ausgeführt, können aber auch gekrümmte Erzeugende haben, während die Arbeits- fläche des   Rollenendes eine Rotauonsnäche mit   gekrümmter Erzeugenden dirstellt. Die Arbeits- fläche des Rollenendes oder die Führungsfläche des Flansches, oder beide, können ferner aus 
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   flachen bestehen. Hiebei können die Flächen   Rotationsflächen mit stetig (dauernd) gekrümmten Erzeugenden sein, die allmählich il konische oder ebene Flächen übergehen, u. zw. so, dass die oben erwähnten Eigenschaften der Schmierung erhalten bleiben. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Rollenlager, dessen Rollen durch stirnseitiges Abrollen an einem Führungsflansch des einen Lagerlaufringes getührt sind und zwischen sich und der Lauffläche des   Führungsflansches infolge   des voneinander abweichenden Laufflächenprofils und der punktförmigen Berührung der 
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 Führungsflansches ein Schmiermittelfilm erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen   (6)   stirnseitig eine Rotationsfläche (7) mit gekrümmter Erzeugenden (15) haben, der Führungsflansch   (2)   hingegen eine   Führungsfläche (3)   mit einer in gleicher Richtung gekrümmten Erzeugenden besitzt und die Erzeugenden beider Arbeitsflächen (3, 7) eine nahezu übereinstimmende Kurvenform aufweisen,

   so dass sie nahe aneinanderschliessen und die mathematische Berührungsstelle zwischen der Rollenstirnfläche   (7)   und der Lauffläche   (3)   des Führungsflansches   (2)   im unbelasteten Zustande und symmetrischer Lage der Rollen in einer Ebene 
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 Lagers enthält.

Claims (1)

  1. 2. Rollenlager nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Führungsfläche (3) des Führungsflansches (2) als auch die Arbeitsfläche (7) des Rollenendes sphärisch ausgebildet sind, wobei der Krümmungshalb- messer der Arbeitsfläche des Rollenendes um einen Betrag kleiner ist als der Krümmungshalbmesser der Führungsnäche (3) des Führungsflansches (2), der 1-5% des letztgenannten Krümmungshalbmessers entspricht.
    3. Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsfäche des Rollenendes sphänsch ist und dass die Führungsfläche des Führungsflansches die Form einer Torusteüfläche hat mit der Lagerachse als Rotationsachse und so ausgebildet ist, dass sie in einer Radialebene durch die Lagerachse dcn gleichen Krümmungs- halbmesser. aber in ihrer Umfangsrichtung einen grösseren Krümmungshdbmesser als die Arbeits- fläche es Rollenendes hat.
AT164949D 1939-06-23 1946-10-11 Rollenlager AT164949B (de)

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