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Ein- oder zweireihiges Rollenlager mit tonnenförmigen Wälzkörpern
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die innere Konstruktion eines ein-oder zweireihigen Rollenlagers mit tonnenförmigen Wälzkörpern (Pendellager).
Die Konstruktion dieses Wälzlagertyps war in den vergangenen Jahren vor allem auf die Erreichung höherer Tragfähigkeit und die Senkung der Herstellungskosten gerichtet. Die Entwicklung stützte sich auf die wissenschaftlich bewiesene Tatsache, dass die gesamte Tragfähigkeit des Lagers vom Stande der Spannung zwischen den Wälzkörpern und den Laufbahnen der Ringe abhängig ist, deren konstruktive Lösung eine solche sein muss, dass diese Spannung nicht die Grenze der zulässigen dynamischen Beanspruchung übersteigt und dass dadurch die vorausgesetzte Wahrscheinlichkeit der Ermüdungsentstehung des Materials vermindert wird.
Bei den letzten bekannten Bauarten von Tonnenrollenlagern werden die Relationen zwischen den Radien der Laufbahnen und der Wälzkörper so gewählt, dass die Länge der grossen Achse der Druckellipse bei allen Belastungen sowohl auf der Laufbahn des inneren als auch des äusseren Ringes gleich ist. Bei der Höchstbelastung des Wälzkörpers soll eine gleichmässig verteilte Spannung und eine rechtwinkelige Berührungsfläche erreicht werden, die ein Bestandteil der gedachten Ellipse mit der Länge der grossen Achse a = 1,.5 la (wo la die wirksame Länge des Wälzkörpers bedeutet) sein soll. Daraus ergibt sich, dass der Halbmesser der Erzeugenden des Wälzkörpers grösser als der erzeugende Halbmesser der Laufbahnen der Ringe ist.
Aus den neuen theoretischen und experimentalen Erkenntnissen hat sich jedoch gezeigt, dass im Falle der Erweiterung der Druckellipse über die Ränder der Wälzkörper, das Ansteigen der Spannung an den Rändern wesentlich steiler als an den übrigen Stellen der Wälzkörperlänge ist. Es kommt daher nicht zur Entstehung der rechtwinkeligenBerührungsfläche und hiedurch nicht einmal zur vollen Ausnutzung des Wälzkörpers für die Druckübertragung.
Bei manchen Typen dieser Lager streben die Hersteller danach, der erhöhten Spannung an den Rändern durch die Ausbildung von Übergangshalbmessern zwischen den Stirnflächen und der Tragfläche des Walzkörpers zu begegnen. Diese Lösung hat aber für die Verminderung der Spannung an den Rändern nur eine Teilwirkung.
Das erfindungsgemässe Lager kennzeichnet sich hingegen durch die Ausbildung der Tragfläche des Wälzkörpers nach einer Erzeugenden, die aus drei fliessend ineinander übergehenden Kreislinienabschnit- ten besteht, wobei die Halbmesser von zwei dieser Kreislinienabschnitte gleich gross sind und 1/15 - 1/60 des Halbmessers des dritten Kreislinienabschnittes betragen.
Die kleinen Halbmesser der Tragkurve des Wälzkörpers bilden dabei nicht den Übergang zwischen diesem Teil und den Stirnflächen des Wälzkörpers, sondern sie bilden direkt Teile der Erzeugenden der Tragfläche. An den Rändern des Wälzkörpers können die üblichen gebrochenen Kanten vorgesehen sein.
Bei dieser Ausführung der Wälzkörper ist es nötig, dass die Erzeugenden der Laufbahnen beider Laufringe des Lagers Halbmesser besitzen, die grösser sind als der grosse Halbmesser der Erzeugenden des Wälzkörpers, also ähnlich wie es bei manchen früheren Konstruktionen durchgeführt wird.
Hiedurch ist der bei den bisherigen Konstruktionen angeführte 0 Nachteil behoben. Die geforderte Gleichmässigkeit der Spannungsverteilung über der wirksamen Länge des Wälzkörpers wird durch die Formgebung der Tragfläche desselben erreicht. Die Erzeugende der Tragfläche des Wälzkörpers ist aus Teilen von drei Kreislinien zusammengesetzt, von denen zwei Teile gleiche'Halbmesser besitzen und
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deren Grösse in festgelegter Relation zum dritten Halbmesser ist, so dass die resultierende Spannung bei Höchstbelastung nicht den zulässigen Wert im Hinblick auf die Berührungs-Materialermüdung übersteigt.
Die resultierende gleichmässige Spannung wird durch die Zusammensetzung der Teilspannungen von mittleren und Randtragflächen des Wälzkörper erreicht. Dabei werden die Verläufe beider Spannungen durch gegenseitige Relation der Radien beider Teile der Tragfläche des Wälzkörpers und durch deren Beziehung zur Krümmung der Laufbahnen beeinflusst. Die Halbmesser beider Laufbahnen können dann bei dieser neuen Lagerkonstruktion entweder gleich gross oder verschieden, aber immer grösser als der grössere Radius der Tragfläche des Wälzkörpers sein.
Durch die Anwendung eines Käfigs mit geschlossenen Taschen, welche die Wälzkörper gegen Herausfall sichern, kann der innere Ring des Lagers ohne die bisherigen Halteflansche an den Rändern der Ringe hergestellt werden.
Der Stützflansch zwischen den Wälzkörperreihen bei einem zweireihigen Lager kann entweder auf der Zylinderfläche des Innenringes zwischen den beiden Laufbahnen aufgesetzt werden oder er kann mit dem Ringe aus einem Stück bestehen.
Im ganzen wird durch die beschriebene Konstruktion ein vollkommenerer Typ des Rollenlagers mit erhöhter Tragfähigkeit und Lebensdauer erreicht.
Wie ferner festgestellt wurde, hat die vorgeschlagene Ausführung des Lagers auch bedeutende Vorteile bei hydrodynamischer Wirkung der Schmiermittel.
Weiters werden eine volle Ausnutzung des angewandten Materials und der Form einzelner Lagerteile unter gleichzeitiger Senkung der Herstellungskosten und Materialeinsparung erzielt.
Die Erfindung findet ihre Anwendung auch für andere Lagertypen mit der sogenannten Linienberührung, wie z. B. für Zylinderróllenlager, Nadellager und auch Kegelrollenlager.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 einen Schnitt durch das Lager, Fig. 2 den Spannungsverlauf beim erfindungsgemässen Lager und Fig. 3 den Spannungsverlauf bei der bisherigen Konstruktion der Lager.
Das Lager nach Fig. 1 besitzt einen Innenring 1 mit Laufbahnen 2 vom Halbmesser R und einen Aussenring 3 mit einer Laufbahn 4 vom Halbmesser Ra'Die Tragfläche der Rollen 5 besteht aus Teilen von drei Kreislinien, von denen die zwei vom Halbmesser rl gleich gross sind und fliessend in die dritte Kreislinie vom Halbmesser R übergehen, wobei der Halbmesser nur 1/15-1/60 vom Halbmesser R beträgt.
DieHalbmesser rl bilden dabei nicht den Übergang von der Tragfläche der Rolle zu deren Stirnflächen, 0wie dies bei manchen Konstruktionen dieses Wälzlagertyps der Fall ist.
Die Halbmesser R, Rg der Laufbahnen 2, 4 der Laufringe 1 und 3 sind dabei grösser als der grosse Radius R der Tragfläche der Wälzkörper.
Fig. 2 zeigt die gleichmässige Verteilung der Spannung beim erfindungsgemässen Lager bei erhöhten
Drücken, gegenüber der in Fig. 3 veranschaulichten ungleichmässigen Verteilung der Spannung bei den bisherigen Konstruktionen, über die wirksame Traglänge des Wälzkörpers.