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Wälzlager mit zwischen zwei Laufbahnen angeordneten Wälzkörpern
Die Erfindung bezieht sich auf Wälzlager mit zwischen zwei Laufbahnen angeordneten Wälzkörpern.
Um mit Hilfe eines Wälzlagers mit Nadeln, Kugeln, zylindrischen oder konischen Rollen als Wälzkörper eine in radialer Richtung sehr genaue Lagerung einer Welle zu erzielen, müsste man ein Wälzlager herstellen, das praktisch im Betrieb keinerlei Spiel aufweist. Bei den modernen Geräten müssen jedoch bei der Anpassung dieser Lager an die von den Wellen erreichten hohen Drehgeschwindigkeiten verschiedene, ihre Betriebsweise beeinflussende Faktoren wie Dehnungen und Verformungen, Aufbringungstoleranzen, Störreibungen usw. berücksichtigt werden, weshalb jedes derartige Wälzlager, insbesondere jedes Rollenlager, ein gewisses Spiel aufweisen muss u. zw. unabhängig davon, ob die Wälzkörper zylindrisch, konisch, gerade oder ballig sind. Dies gilt vor allem auch für Nadellager beliebiger Bauart.
Gegenstand der Erfindung ist ein richtig arbeitendes Wälzlager, welches so ausgebildet ist, dass es die Lagerung einer Welle mit einem wesentlich geringeren Spiel in radialer Richtung gestattet, als dies mit Hilfe der bisher bekannten Lager möglich war, Das Spiel kann im vorliegenden Falle gegebenerfalls gleich Null oder praktisch gleich Null sein. Ein derartiges Wälzlager kennzeichnet sich im wesentlichen dadurch, dass mindestens eine der Laufbahnen eine oder mehrere den Raum zwischen den beiden Laufbahnen verengende Abweichungen von der kreiszylindrischen Form aufweist, wodurch das radiale Spiel zwischen den Laufbahnen in diesem Bereich verringert ist.
Die Lauffläche wenigstens einer Laufbahn ist bei diesem Wälzlager von einer Rotationsfläche verschieden, und die aufeinanderfolgenden Halbmesser dieser Fläche sind wenigstens stellenweise in der zu der allgemeinen Drehachse des Lagers senkrechten Ebene voneinander verschieden, wobei sie sich allmählich in vorbestimmter Weise ändern. Es bestehen somit längs des Umfangs der Laufbahnen des Wälzlagers Zonen mit verschiedenem Spiel in radialer Richtung, wobei das Spiel an den Stellen der verengenden Abweichungen der Laufbahnen kleiner als das in den älteren Wälzlagern vorhandene Spiel ist und unter Umständen sogar zu Null werden kann, sodass die Welle inden entsprechenden Richtungenmit einer bisher noch nicht erreichten Genauigkeit gelagertist. Eshatdaherz.
B. ineinemLagermitzylindrischenWälzkörperndieäussereLaufbahn nicht die Form einer Rotationsfläche. Sie weist vielmehr gegenüber dieser örtliche Abweichungen auf, wobei diese Abweichungen in vorbestimmter Weise um die Achse des Wälzlagers herum verteilt sind. Hiedurch wird erreicht, dass die zylindrischen Wälzkörper im Laufe ihrer Wanderung um die Achse Stellen mit grösserem und mit kleinerem Spiel passieren, je nachdem ob sie einer erweiternden oder einer verengenden Abweichung gegenüberstehen.
Erfindungsgemäss können die verengenden Abweichungen sowohl auf der äusseren Laufbahn wie auf der inneren Laufbahn vorgesehen sein. Ferner können auch beide Laufbahnen eines Wälzlagers verengende Abweichungen aufweisen. Zweckmässig werden dieselben symmetrisch über den Umfang der Laufbahn bzw. der Laufbahnen verteilt angeordnet.
Nach einer Ausbildungsform kann ein erfindungsgemässes Lager so ausgebildet sein, dass jede verengende Abweichung eine ausreichende Umfangslänge hat, welche die gleichzeitige Aufnahme mindestens zweier Wälzkörper zulässt. Hiedurch wird erreicht, dass die Welle in dem Wälzlager von den sich beständig an der Stelle der verengenden Abweichung ablösenden Wälzkörpern genau und ohne Schwingungen gehalten wird. Die in der Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden verengenden Abweichungen sind so ausgebildet, dass sie in dem Lager weder Stösse noch unzulässige Beanspruchungen hervorrufen.
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Eine weitere Ausführungsform kann darin bestehen, dass die radiale Weite zwischen jeder verengenden Abweichung und der gegenüberliegenden Laufbahn, zumindest bei erhöhten Arbeitstemperaturen, etwas geringer als der Durchmesser der Wälzkörper ist, so dass diese bei ihrem Durchgang durch den Zwischenraum eine Beanspruchung und elastische Verformung erfahren.
Das Wälzlager kann auch so ausgebildet sein, dass der von der kreiszylindrischen Form abweichende Lagerring mit von aussen einstellbaren Vorrichtungen versehen ist, mittels derer das radiale Spiel zwischen einer oder mehreren verengenden Abweichungen der einen Laufbahn und der gegenüberliegenden Laufbahn veränderbar ist. Als einstellbare Vorrichtungen können dabei Schrauben, Rampen, Keile, Exzenter usw.
Verwendung finden. Besonders vorteilhaft ist es, den Lagerring mit einer geschlitzten, zusammenziehbaren Hülse zu umgeben, wobei zur Druckübertragung auf den Lagerring dieser und/oder die Hülse an den entsprechenden Stellen des Umfangs Erhöhungen aufweisen.
Gemäss einer weiterenAusführungsform kann ein Druckmittel, ; : ine Flüssigkeit oder ein Gas auf Teile der Laufbahnen zur Wirkung gebracht werden. In diesem Falle kennzeichnet sich ein erfindungsgemässes Wälzlager durch eine Druckvorrichtung, die auf eine der beiden Laufbahnen, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Flüssigkeit, einen veränderlichen Druck auszuüben gestattet. Bei einem so ausgebildeten Lager gelingt es leicht, durch entsprechende Regelung des Druckes für jedes Lagerelement und an jeder beliebigen Stelle das erforderliche Spiel in radialer Richtung aufrechtzuerhalten bzw. wieder herzustellen, wenn sich dieses im Laufe des Betriebes durch Verschleiss oder aus irgendeinem andern Grunde geändert haben sollte.
Erfindungsgemäss können die verengenden Abweichungen auf verschiedene Weise hervorgerufen sein.
Es ist z. B. möglich, sie in der Weise herzustellen, dass mindestens eine der verengenden Abweichungen mittels einer vor dem Zusammenbau des Lagers ausgeübten Kraft durch dauernde Verformung erzeugt ist.
Man kann aber auch bei der Herstellung so verfahren, dass ein Lager normaler Art nach der Zusammensetzung unter der Wirkung von aussen auf das Lager ausgeübten Kräften verformt wird, um mindestens eine verengende Abweichung bestimmter Lage und Ausdehung in wenigstens einer der Laufbahnen zu erzeugen.
Die genannten von aussen wirkenden Kräfte können die Verengung nur während des Betriebes des Wälzlagers bzw. für die Dauer des Zusammenbaues oder auch dauernd bewirken. Eine weitere Herstellungsmöglichkeit besteht darin, dass mindestens eine der verengenden Abweichungen teilweise vor und teilweise nach dem Zusammenbau des Lagers durch örtliche Verformung desselben erzeugt wird.
Falls die Laufbahn die gewünschte Form durch Schleifen oder mechanische Verformung erhalten hat, kann das Lager in der gleichen Weise wie ein normales Lager eingebaut werden, wobei es im Betrieb die erfindungsgemässen Vorteile bringt.
Ein besonderes Verfahren zur Herstellung eines Laufrings eines erfindungsgemässen Lagers besteht darin, dass ein üblicher Laufring mit zylindrischer Laufbahn in eine Schleifmaschine eingespannt, sodann stellenweise oder zur Gänze elastisch verformt und in diesem Zustand ausgeschliffen wird, worauf man die in dem Ring erzeugten Spannungen löst und sich ausgleichen lässt. Der Ring nimmt dabei von selbst eine Form an, welche die gewünschten verengenden Abweichungen in der Laufbahn aufweist.
Ein so hergestelltes Lager kann wie jedes andere Lager eingebaut werden, während des Betriebes läuft jedoch die Welle auf der das Lager angeordnet ist, dank der Veränderung des in dem Lager bestehenden verbesserten Spieles mit erheblich grösserer Genauigkeit.
Natürlich kann bei einem derartigen Lager das Spiel jederzeit durch hiefür an sich bekannte Mittel beeinflusst werden, z. B. durch gleichmässige Ausweitung des inneren Ringes oder durch ein gleichmässiges Einziehen des äusseren Ringes. Auf diese Weise kann das Spiel des ganzen Lagers verändert werden, wobei gleichzeitig relative Unterschiede des Spieles in radialer Richtung aufrechterhalten bleiben.
Erfindungsgemässe Wälzlager können mit zylindrischen Rollen, konischen Rollen, Kugeln oder andern Wälzkörpern ausgestattet sein. Unter den Lagern mit zylindrischen Rollen sind insbesondere Nadellager zu nennen, u. zw. einerseits wegen der erheblichen Verbesserung ihrer Arbeitsweise, die in gewissen Anwendungsfällen erzielt wird, in denen das bisher für ihr richtiges Arbeiten für erforderlich erachtete Spiel in
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Richtungin einem solchen Lager vorhandenen Punkte zur Aufnahme der Last, und der Starrheit ihres Aufbaus bei kleinsten elastischen Verformungen unter einer gegebenen Belastung, so dass sie eine Lagerung gewährleisten, deren Genauigkeit der mit Lagern irgendeiner andern Bauart erzielten überlegen ist. Diese Vorzüge der Nadellager werden noch erheblich verstärkt, wenn man sie in der erfindungsgemässen Weise ausbildet.
Bei einem erfindungsgemässen Wälzlager kann sowohl die äussere als auch die innere Laufbahn stetig regelbar verformt sein.
Bei der Anwendung der erfindungsgemässen Wälzlager wird die Anordnung derselben vorteilhaft so
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getroffen, dass wenigstens eine der verengenden Abweichungen einer Laufbahn des Lagers in einer relativ zur Lagerachse gegebenen Richtung liegt, um die richtige Lagerung der Welle in dieser Richtung zu gewährleisten. Bei wenigstens zwei zusammenwirkenden Lagern soll zweckmässig wenigstens eine verengende Abweichung einer Laufbahn in jedem Lager eine andere Richtung haben.
Es wird noch besonders hervorgehoben, dass die Erfindung auch jene Wälzlager umfasst, bei denen eine oder beide Laufbahnen nicht auf eigenen Lagerringen, sondern auf durch die Lagerung verbundenen Teilen unmittelbar angeordnet sind, soferne nur wenigstens die eine Laufbahn eines solchen Wälzlagers in der erfindungsgemässen Weise mit verengenden Abweichungen ausgebildet ist.
Als Beispiel einer derartigen Ausführung kann ein Pleuelstangenkopf angeführt werden, der unmittelbar auf seiner Innenseite eine Laufbahn besitzt, die mit den erfindungsgemässen verengenden Abweichungen ausgebildet sein kann. Diese Pleuelstange enthält also in ihrem Kopf keinen besonderen eingesetzten äusseren Laufring. Ebenso kann eine beliebige Welle eine innere Laufbahn mit verengenden Abweichungen aufweisen, die unmittelbar auf ihr und nicht auf einem besonderen Ring ausgebildet sind.
Erfindungsgemässe Wälzlager, bei denen wenigstens eine Laufbahn unmittelbar an einem Maschinenelement ausgebildet ist, können auch alle Merkmale der vorbeschriebenen Ausführungsformen eines erfindungsgemässen Wälzlagers aufweisen. So kann vor allem das Maschinenelement an Stelle des Lagerringes mit einstellbaren Vorrichtungen zur Regelung der Amplitude einer verengenden Abweichung der Laufbahn versehen sein.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. 1 ist ein Schnitt längs der Linie I - I der Fig. 2 durch ein Nadellager mit einem äusseren Laufring, der mit einer mit verengenden Abweichungen versehenen Laufbahn ausgebildet ist. Fig. 2 ist ein Querschnitt durch dieses Lager längs der Linie II - II der Fig. 1. Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie III - III der Fig. 4 durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Lagers mit zylindrischen Rollen, wobei der innere Laufring mit einer verengende Abweichungen aufweisenden Laufbahn ausgebildet ist. Fig. 4 ist ein Schnitt durch das gleiche Lager längs der Linie IV - IV der Fig. 3.
Fig. 5 ist ein Schnitt längs der Linie V - V der Fig. 6 durch ein Lager mit konischen Rollen, dessen äusserer Laufring mit einer verengende Abweichungen
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der Fig. 5. Fig. 7 ist ein Schnitt durch ein Nadellager normaler Bauart, das auf eine Welle aufgesetzt und in einer Aussparung untergebracht ist, wobei die Verformung der äusseren Laufbahn regelbar durch auf den äusseren Laufring einwirkende Druckschuhe erhalten wird. Fig. 8 zeigt schematisch das Schleifen eines äusseren Lagerringes, dessen Laufbahn mit einer üblichen Schleifvorrichtung geschliffen wird, wobei aber mit Hilfe von vier Klemmbacken während der Bearbeitung eine Verformung erteilt wird, so dass nach dem Losspannen des Ringes nach dem Ausgleich der Åabsichtlich während des Schleifens hervorgerufenen Spannungen an der äusseren Laufbahn eingesenkte Abweichungen entstehen.
Fig. 9 zeigt ein Wälzlager, bei dem der Lagerring von einer Hülse umgeben ist.
In Fig. 1 und 2 ist mit 1 der innere Laufring des Wälzlagers mit der Achse x - x, mit 2 der äussere Laufring, mit 3 die Nadeln und mit 4 die innere Laufbahn bezeichnet. Es besitzt die äussere Laufbahn Zonen 6 und 7, die gegenüber den andern Teilen derselben eingesenkt sind, d. h. der Halbmesser Ra dieser Zonen ist grösser als der Halbmesser R der andern Teile der gleichen Laufbahn in den Zonen 5, längs welcher die Nadeln sich in einer Verengung ihrer Bahn befinden.
InFig. 3 und 4 ist mit 11 der innere Laufring eines Wälzlagers mit der Achse y - y, mit 12 der äussere Laufring, mit 13 die Rollen und mit 15 die äussere Laufbahn bezeichnet. Es weist die innere Laufbahn Zonen 14 mit einem Halbmesser R und Zonen 16,17, 18 mit einem Halbmesser Rss auf, wobei R grösser als Rss ist. Diese Zonen 14 sind somit gegenüber den Zonen 16,17, 18 erhaben, so dass die Laufbahn der Rollen 13 bei 14 eingeschnürt ist.
In Fig. 5 und 6 ist mit 21 der innere Laufring eines Wälzlagers mit der Achse z - z, mit 22 sein äusserer Laufring, mit 23 die konischen Rollen und mit 24 die innere Laufbahn bezeichnet. Es weist die äussere Laufbahn Zonen 26 und 27 mit einem Halbmesser Ry auf, der grösser als der Halbmesser R der Zonen 25 dieser Laufbahn ist. Die Zonen 25 sind somit gegenüber den Zonen 26 und 27 erhaben, so dass die Laufbahn für die konischen Rollen 23 in diesen Zonen 25 eingeschnürt ist.
In Fig. 7 ist mit 31 der äussere Laufring eines auf eine nicht dargestellte Welle aufgesetzten Nadellagers bezeichnet. Dieser Ring trägt die äussere Laufbahn, welche hier durch an drei Stellen 32, 33, 34 auf diesen äusseren Laufring ausgeübte Drücke verformt wird. Diese über Schuhe 35, 36,37 ausge- übten Drücke rufen verengende Abweichungen hervor, die das Spiel an den entsprechenden Stellen der äusseren Laufbahn verringern.
In Fig. 8 ist das Schleifen eines Lagerringes 41 für ein Wälzlager mit zylindrischen Rollen dargestellt.
Der äussere Laufring 41 wird mit einer üblichen Schleifmaschine geschliffen, welche vier Klemmbacken 42,
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43, 44, 45 besitzt, mit denen während der Bearbeitung örtliche, elastische Verformungen hergestellt werden können, die nach dem Ausspannen des Ringes nach dem Ausgleich der absichtlich beim Schleifen hervorgerufenen Spannungen eingesenkte Stellen an der äusseren Laufbahn zur Folge haben.
In Fig. 9 bezeichnet 51 den äusseren Laufring des Lagers mit der Achse x seiner Laufbahn 52 mit dem
Halbmesser R, wobei diese Laufbahn verengende Abweichungen mit einem Krümmungshalbmesser RS, der kleiner als der Krümmungshalbmesser R des normalen Teiles dieser Laufbahn ist, aufweist. Der nicht dar- gestellte innere Laufring ist mit einer üblichen, d. h. durch eine Rotationsfläche gebildeten Laufbahn ver- sehen. Mit 55 sind die Nadeln dieses Lagers bezeichnet. Auf der Aussenseite des Laufringes 51 sind An- sätze 53 dort vorgesehen, wo sich die Zonen mit dem Halbmesser R5 der Laufbahn auf der Innenseite be- finden. Eine geschlitzte Muffe 54 ist gut anliegend auf die Ansätze 53 aufgeschoben.
Beim Zusammen- drücken dieser Muffe 54 auf dem Umfang des Ringes 51 bestimmt der von ihr auf den Ring an den Stellen, an welchen verengende Abweichungen seiner Laufbahn entstehen sollen, ausgeübte Druck deren Ampli- tude, wodurch das Spiel für die Wälzkörper in radialer Richtung an diesen Stellen in bequemer Weise ge- nau auf den gewünschten Wert eingestellt werden kann.
In der Zeichnung wurde das grösste Spiel aus Gründen eines leichteren Verständnisses der Erfindung übertrieben dargestellt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wälzlager mit zwischen zwei Laufbahnen angeordneten Wälzkörpern, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Laufbahnen (6, 16, 26) eine oder mehrere den Raum zwischen den beiden Lauf- bahnen verengende Abweichungen (5,14, 25) von der kreiszylindrischen Form aufweist, wodurch das ra- diale Spiel zwischen den Laufbahnen in diesem Bereich verringert ist.