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Elastische Bettung für Wälztraglager
Die gegenständliche Erfindung schafft eine elastische Bettung für Wälzlager. Unter einer elastischen
Bettung wird im gegenständlichen Zusammenhang eine Stützung des Wälzlagers verstanden, die nicht, wie gegenwärtig meist der Fall, von einem praktisch unnachgiebigen Maschinenteil getragen wird, son- dern gemäss welcher der Aussenring des Wälzlagers über einen Ringkörper aus elastischem Material mit dem das Lager tragenden Gestell oder sonstigen Maschinenteil verbunden ist. Eine solche elastische Bettung vermag infolge gleichmässigerer Verteilung der Belastung die Tragfähigkeit des Lagers zu erhöhen.
Die
Erfindung sieht vor, das zwischen dem Aussenring des Wälzlagers und dem dieses Lager tragenden Maschinenteil angeordnete elastisch deformierbare Zwischenglied besonders zu formen und vorzuspannen, wodurch, wie noch gezeigt wird, besondere, zusatzliche Wirkungen erzielt werden.
Es gibt elastische Zwischenglieder, die zwischen den das Wälzlager tragenden Bauteil und dem Wälzlager t ingelegt werden, die aber nur mit geringerer Vorspannung, wie sie eben beim Einbau erzielt werden ka. lll, eingebracht werden, Solche Anordnungen können infolge der geringen im Lagerbett herrschenden Pressung, die der Tragfähigkeit des starr eingebauten Lagers entsprechende Last nicht übertragen und vermögen daher nicht die Belastbarkeit dieser Lagerungsart gegenüber einem normal eingebauten Wälzlager zu steigern. Es wird praktisch nur eine Federung erreicht und es sind daher solche Anordnungen nur für Sonderfälle beschränkt verwendbar, nämlich dort, wo Bewegungen des Lagers unter dem Einfluss der Last unbedenklich hingenommen werden können.
Es ist bereits für Förderbandrollen vorgeschlagen worden, zwischen dem Aussenring des Tragwälzlagers und dem Mantel der Förderrolle ein elastisches, unter axialem Vorspanndruck stehendes Zwischenglied vorzusehen. Es ist jedoch in diesem Fall nicht dafür gesorgt, dass der Aussenring des Wälzlagers unmittelbar am elastischen Zwischenglied anliegt ; er liegt vielmehr an einem Paar von Schalen an, die axial zusammengepresst werden, um den im Abstand vom Aussenring des Wälzlagers angeordneten elastischen Ring zu deformieren und so zwischen sich und dem Innenumfang der Tragrolle zu klemmen. Da sich diese Schalen unmittelbar gegen den Wälzlageraussenring anlegen und ihn stützen, bilden sie für ihn ein mehr oder minder starres Auflager.
Die Tragfähigkeit eines Wälzlagers kann aber nur dadurch vergrössert werden, dass bei Wahrung einer genügenden Tragfähigkeit der äusserenwälzlagerunterstützung dem Aussenring des Wälzlagers eine gewisse Nachgiebigkeit in Richtung der Lagerbelastung, also quer zur Achse des Lagers gewährt wird, was nur dann der Fall ist, wenn für eine elastische Stützung des Aussenringes des Wälzlagers gesorgt wird.
Eine solche Deformation des Aussenringes führt praktisch dazu, dass zur Übertragung der Lagerbelastung von der gelagerten Welle zum Rahmen der Maschine oder dem sonstigen den Druck aufnehmenden Bauteil mehr Wälzkörper herangezogen werden als bei Unterbleiben dieser Deformation ; man kann sich dies so vorstellen, dass sich der Aussenring gewissermassen an die Umhüllende der Wälzkörper anschmiegt. Es ist also die Kombination eines unmittelbar am Aussenring des Wälzlagers anliegenden elastischen Körpers mit der Möglichkeit, diesen genügend stark unter Axialpressung zu halten, die, von der bekannten elastischen Ausführung mit blosser Stossdämpfung ausgehend, nunmehr auch noch eine wesentliche Vergrö- sserung der Tragfähigkeit des Lagers ergibt.
Die gegenständliche Erfindung stellt eine weitere Verbesserung dieser Vorschläge vor und geht dabei von folgender Erkenntnis aus :
Die bei Wälzlagerungen der hier interessierenden Art erforderlichen Spannschrauben wirken über meist ringförmige Druckglieder auf die elastischen Zwischenglieder.
Durch die Reibung, die zwischen den Anpressflächen der Vorspannglieder und den elastischen Zwi-
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schengliedern auftritt, erfolgt stets ein Druckaufbau über dem Wälzlageraussenring, der einer tonnenför- migen Auswölbung der elastischen Zwischenglieder entspricht. Es kommt also zwangsläufig zu ungleich- mässigen Spannungsverteilungen über den Aussenring des Wälzlagers, wobei stets in der Mitte des Aussenringes das Maximum auftritt und die Spannung gegen den Rand zu auf Null abnimmt. Abgesehen davon, dass dadurch das elastische Zwischenglied sowie die Vorspannvorrichtungen ungünstig belastet werden, treten im Kugellager durch die Vorspannung selbst Verformungen des Aussenringes auf.
Dieser erhält die grösste Vorspannkraft gerade in dem Bereich, wo er (zufolge Vorhandensein der Wälzlagerrinne) den geringsten Querschnitt hat, wogegen in den Randzonen, wo die Ringdicke gross ist, die Vorspannung gegen
Null geht. Dadurch entstehen Querbiegespannungen im Aussenring des Wälzlagers und sein Querschnitt bleibt daher nicht eben. Dadurch werden namentlich bei Pendelkugel-und Pendelrollenlagern die Lauf- eigenschaften empfindlich gestört und ausserdem verteilen sich dann die Belastungen nicht mehr gleich- mässig auf beide Rollenbahnen.
Wenn nun die eigentliche Lagernutzbelastung auftritt, entsteht durch diese eine zusätzliche Belastung des Lagerbettes mit etwa der gleichen Druckverteilungsart. Dadurch wird die vorhin angeführte Verschlechterung der Laufgenauigkeit noch verstärkt.
Um nun diese unerwünschte zusätzliche Querverformung des Aussenringes auf einem Minimum zu halten und damit auch die Laufeigenchaften des unter vergrösserter Belastung arbeitenden Wälzlagers so wenig wie möglich zu beeinträchtigen, wird erfindungsgemäss so vorgegangen, dass der Zwischenkörper, der, wie an sich bekannt, durch eine in Axialrichtung vermittels Spannbolzen erfolgende Pressung deformiert ist und unmittelbar mit dem äusseren Lagerring des Wälzlagers zusammenwirkt, zufolge ent- sprechender Profilierung wie. z. B. grössere Querschnittsabmessungen in den Randzonen und/oder Materialbeschaffenheit, z.
B. Inhomogenität, bzw. durch besondere Profilierung der Anpressplatten, bei Pressung in axialer Richtung auf den Aussenring des Wälzlagers einen Druck ausübt, der, betrachtet in einem Achsschnitt über der Aussenbegrenzung dieses Aussenringes nicht linear verläuft, wobei Druckmaxima in der Nähe der Aussenringstirnseiten und ein Druckminimum im Mittelbereich dieses Ringes auftreten.
In den schematischen Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In diesen dienen die Fig. l mit ihrem in Fig. 2 dargestellten Seitenriss, der ein Schnitt nach Linie II-H der Fig. l ist, sowie die Fig. 3 und 4 der allgemeinen Erläuterung des Grundgedankens der Erfindung ; die Fig. 5-8 zeigen verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung, im wesentlichen in Beschränkung aufdieelastischen Zwischenkörper, die im Schnitt gezeigt werden.
In Fig. l und 2 erkennt man ein aus Innenring 1, Aussenring 2 und den Wälzkörpern 3 bestehendes Wälzlager, das die Verbindung zwischen der Welle 4 und dem das Lager tragenden Bauteil 5 über ein elastisches Zwischenglied 6 herstellt. Das elastische Zwischenglied 6 steht mittels Zugschrauben 7, welche die Löcher 6a durchsetzen und über Druckringe 8 auf das Zwischenglied 6 wirken, unter axialer Pressung.
Betrachtet man Fig. 1 und nimmt man vorerst an, dass die Teile 1, 2, 3 starr sind und auch der Zwischenkörper 6 starr ist, so ist ersichtlich, dass im wesentlichen die Kugel 3a eine angenommenerweise lotrechte Lagerbelastung zu übertragen hat. Praktisch verbessern sich die Verhältnisse dadurch, dass sich die Kugel 3a durch die Belastung etwas elastisch abplattet und sich in den Laufring geringfügig einpresst. so dass auch die benachbarten Kugeln, ebenfalls unter geringer Deiormation, an der Ubertragung der Lagerbelastung beteiligt sind. Die dadurch erzielte Verteilung der wirkenden Nutzlast ist unbefriedigend.
Sie könnte wesentlich vergrössert werden, wenn Teil 6 aus elastischem Material besteht, so dass er eine im wesentlichen elliptische Deformation des Aussenringes 2 zulässt, damit sich dieser gegen eine grössere Zahl von Wälzkörpem mit nahezu gleicher Kraft anlegen kann, ohne dass die letzteren sich in die Laufrinne des Aussenringes einpressen, was die Tragfähigkeit des Lagers wesentlich erhöhen wird. Massnahmen dieser Art bilden für sich allein jedoch nicht Gegenstand dieses Patentes.
Obgleich diese Massnahmen eine nicht unwesentliche Vergrösserung der Tragfähigkeit eines Wälzlagers erlauben, ist es durch sie noch nicht möglich, weitere in der Konstruktion gelegene Möglichkeiten der Erhöhung der Lagerbelastung auszuschöpfen und es ist gefunden worden, dass für diese Beschränkung folgende Umstände massgeblich sind :
Die Druckverteilung unter der Lagemutzlast ist ähnlich der Druckverteilung unter der axialen Vorspannkraft. In Fig. 3 ist diese Druckverteilung für ein Zwischenglied 6 mit Rechteckquerschnitt, das unter der Axialvorspannung P steht, die über den Vorspannring 8 wirkt, ersichtlich. Unter dem Einfluss der Axialverspannung deformiert sich der Querschnitt des Ringes 6 tonnenförmig und baut über dem Lageraussenring 2 eine Lastlinie q auf.
Der Ring 2 biegt sich dadurch in der Querrichtung etwa nach der elastischen Linie y. Diese Querkrümmung des Lagerringes verschlechtert die Laufeigenschaften des Wälzlagers.
In Fig. 4 ist der erfindungsgemäss profilierte elastische Zwischenring 6 erkennbar, der, unter eine Vor-
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spannung P gesetzt, eine Lastlinie ql aufbauen wird, die der Querschnittsform des Aussenringes besser entspricht und dadurch nicht zu einer störenden Querverformung desselben führt. Die elastische Linie Yl ist dann ungefähr gerade.
Da die Lagernutzlast bei elastischen Bettungen zum grössten Teil durch Gewölbewirkungen über den Ring abgetragen wird, gelten für diese Lagernutzlast die gleichen Feststellungen über die Querbiegungen des Kugellageraussenringes wie soeben dargelegt und ebenso die daraus folgenden Einflüsse auf die Laufeigenschaften des Wälzlagers. Eine weitere Folge der Druckverteilung nach Fig. 3 besteht darin, dass sich das System aus Zwischenglied 6 und Lagerring 2 in einem Zustand des labilen Gleichgewichtes befindet, denn bei jedem Kippen wird Verformungsenergie frei, da ja nur unbelastete Randzonen des elastischen Zwischengliedes stärker gedrückt werden, hingegen die stark belastete Mittelzone von den Spannungen freimachen kann. Bei der Druckverteilung nach Fig. 4 ist infolge der grösseren Drucke in den Aussenzonen diese Schwierigkeit vermieden.
Diese Schwierigkeiten sind es, die es auch bei den eingangs genannten älteren Vorschlägen nicht erlauben, die Tragfähigkeit des Wälzlagers besser auszunützen. Die gegenständliche Erfindung beruht demnach im wesentlichen darauf, dass ein elastisches Lagerbett zwischen dem Maschinenteil und dem Aussenring des Wälzlagers eingebracht wird, das durch seine besondere Ausbildung unter der erforderlichen Vorspannung eine solche Druckverteilung über der axialen Erstreckung des Aussenringes bewirkt, dass in den Randzonen erhöhte Drücke auftreten, wogegen die Innenzone schwächer belastet bleibt. Zu diesem Zwecke weist der aus Fig. 4 im Querschnitt ersichtliche elastische Zwischenkor- per 10 ein Profil auf, das, unter Druck in Richtung der Pfeile P gesetzt, auf den Aussenring 2 eine Last ausübt, die etwa nach der Linie ql verlaufen wird.
Neben der nun möglichen Erhöhung der zulässigen La- gerbelastung, gestattet der Einbau des Kugellagers in das erfindungsgemässe, elastische Lagerbett einen Ausgleich aller Masstoleranzen, womit die Schwierigkeiten überwunden sind, die mit der Herstellung der Kugellagersitze einhergehen. Es entspricht nämlich durchaus der Erfindung, dass dann nicht nur die Bohrung im Maschinenelement 5, Fig. l, 2, sondern auch der Aussenring 2 des Wälzlagers aussenseitig nicht weiter bearbeitet ist, woraus sich Verbilligungen ergeben.
Elastische Zwischenkörper, die eine zum äusseren Lagerring weisende konkave Begrenzungsfläche aufweisen, wurden schon vorgeschlagen : man erwartete sich von dieser Profilierung eine verbesserte Nachgiebigkeit des Wälzlagers quer zu seiner Achse.
Das erfindungsgemässe Lagerbett ist auch imstande, das Wälzlager weitestgehend gegen Schläge zu sichern ; ferner werden durch die aufgebrachte hohe Vorspannung des Lagers in radialer Richtung Schwingungen verhindert. Hingegen ist eine Auslenkung des Lagers in axialer Richtung, wie dies z. B. zur Aufnahme von Wärmedehnungen notwendig ist, unabhängig von der grossen Vorspannung durchaus möglich, da im wesentlichen nur der Schubwiderstand der Ubergangszone zwischen Bett und Maschinenteil massgebend ist.
Durch die erhöhten Druckspannungen in den Randzonen ist ausserdem das Lager gegen Kippen stabil eingebaut.
Damit ein Spannungsabbau im Winkelbereich zwischen Spannring und Wälzlageraussenring verhindert wird, kann das elastische Zwischenbett noch teilweise über den Aussenring nach innen gezogen werden (wie dies für elastische Zwischenkörper an sich bekannt ist) und erhält durch die gleichfalls radial nach einwärts verlagerte Spannvorrichtung erhebliche Drücke in axialer Richtung, die also zwischen der seitlichen Begrenzung des Aussenringes und der Spannscheibe wirken.
Die Fig. 5 zeigt einen weiteren erfindungsgemassen elastischen Zwischenkörper 11, der im unbelasteten Zustand ein Rechteckprofil aufweist. Dieser Zwischenkörper enthält zwei im Abstand von den Stirnflächen lla und von der zur Achse des Zwischenkörpers senkrechten Symmetrieebene verlaufende Blecheinlagen 12, die mit dem Gummikörper 11 auch einen einzigen Bauteil bilden können ; eine dritte solche Einlage 13, ist in der genannten Symmetrieebene angeordnet. Da die Abstände dieser Einlagen unterenander verschieden sind, entstehen bei Belastung durch Kräfte P, eine Kraftverteilung nach Linie h mit Minimalwerten in den Ebenen der Einlagen 12, 13.
Der elastische Ringkörper 14 der Fig. 6 weist dehnungs feste Einlagen 15 auf, zweckmässig aus Metall, deren Profil Schubflächen 15a zeigt, die bei in Axialrichtung des Wälzlagers erfolgender Pressung P des Zwischenkörpers 15 ein stärkeres Ausweichen seiner Randteile in Richtung zum Wälzlageraussenring bewirken als dies für den Innenteil der Fall ist.
Im Sinne früherer Vorschläge kann es zweckmässig sein, wenn der Zwischenkörper in radialer Richtung das Verhalten eines inhomogenen elastischen Körpers zeigt, derart, dass seine axiale Druckbeanspruchung, betrachtet über seine Radialerstreckung, sowie auch das Federungsverhalten, unterschiedlich ist. Um dies zu erreichen, könnte man, wie aus Fig. 6 ersichtlich. Druckglieder 16 verwenden, die nicht mit ebenen
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