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Kombiniertes Radial- und Axialwälzlager
Die Erfindung bezieht sich auf einkombiniertesRadial- und Axialwälzlager, in dem der Ring mit der äusseren Rollbahn der Wälzelemente zur Übertragung des Axialschubes und der zylindrische Laufringmit der inneren Rollbahn der Wälzelemente zur Übertragung der radialen Kräfte zwei einzelne Teile aus Stahl geeigneter Qualität bilden, die miteinander fest verbunden sind.
Aus Gründen der Erleichterung der Handhabung und der Demontage ist es gelegentlich wünschen- wert, ein zylindrisches oder Radialwälzlager, z. B. ein Rollenlager oder Nadellager und ein Scheibenlager mit einem kreisförmigen Ring von Wälzelementen, wie Kugeln, Rollen oder Nadeln fest miteinander zu verbinden. Dies ist z. B. der Fall, wenn bei der Montage nach dem Einbau des Lagers in ein Gehäuse und vor dem Einsetzen der Welle das Axiallager in einer Stellung liegt, in der es, wenn es vom Zylinderlager getrennt ist, herunterfallen würde. Darüber hinaus wird, wenn der Laufring des Axiallagers mit demAussen- ring des Radiallagers verbunden ist, die Zentrierung des Axiallagers sichergestellt und man vermeidet auf diese Weise die Verwendung eines Gehäuses, durch das diese Zentrierung erfolgt.
Es ist bekannt, ein kombiniertes Radial-und Axiallager dadurch herzustellen, dass man einen der zylindrischen Laufringe entweder nach der Aussen- oder der Innenseite oder in beiden Richtungen derart mit einer radial verlaufenden Ringschulter versieht, dass die axiale ringförmige äussere Fläche dieser Verlängerung die Laufscheibe für die Wälzelemente zur Aufnahme der Axiallast bildet oder diese abstützen kann, wobei dieser Ring gleichzeitig den Laufring für die Wälzelemente zur Aufnahme der Radiallast trägt.
Diese Lösung, so einfach und wirtschaftlich sie erscheint, weist dennoch erhebliche Nachteile auf.
Einerseits treten, infolge der erheblichen Querschnittsunterschiede im Durchmesser zwischen dem Laufring und der Schulter infolge der thermischen Belastung erhebliche innere Spannungen auf.
Anderseits können die zylindrischen Laufriitge, die die Radiallast aufnehmen, insbesondere die Laufringe bei Rollen oder Nadeln erheblich mit Pressspannungen in der Bohrung, wenn es sich um einen Aussenring handelt, oder auf der Welle oder einer andem inneren Abstützung, wenn es sich um einen Innenring handelt, belastet werden. Diese Belastung erzeugt eine Verengung des Ringes im ersten Falle oder eine Erweiterung im zweiten Falle. Die Schulter nimmt an dieser Verformung nicht oder zumindest nicht in gleichem Umfang teil wie der Teil, der den Laufring des Radiallagers bildet, wodurch eine weitere Ursache für das Auftreten von inneren Spannungen an der Verbindungsstelle zwischen dem zylindrischen Teil und der Schulter liegt.
Die inFrage stehendenSpannungenkönnen gleicherweise ihre Ursache in leichten Montagefehlernhaben. So können die Elemente des Lagers, die den Axialdruck auf die Schulter übertragen, wenn sie nicht genau in dem für sie bestimmten Sitz liegen, die Schulter gegen den anliegenden zylindrischen Teil des Laufringes leicht versetzen.
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Spannungen häufig zu Rissen in den Teilen mit grösser Härte, um so mehr, als zur Verminderung der radialen und axialen Ausdehnung die Ringe eine relativ geringe Dicke aufweisen. Dies ist insbesondere der
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Fall, wenn das radiale Zylinderlager ein geschlossenes Nadellager oder ein Lager, bei dem die Nadeln in den Ausnehmungen eines Käfigs liegen, ist.
Es ist die derErfindu-ig zugrunde liege ! 1deAufgabe, diese Mängel zu beseitigen und die Erfindung be- steht darin, dass zwischen demEndteil des Radiallaufringes, der im wesentlichen dei, gleichen Durchmes- ser wie der Rest dieses Radiallaufringes aufweist, und demDrucklagerlaufring eineverbindung besteht, die eine relativ hohe Weichheit, Plastizität oder Nachgiebigkeit gegenüber den zu verbindenden Teilen be- sitzt und eine Deformation der aus dem Radiallaufring und dem Drucklagerlaufring gebildeten Einheit in- folge der thermischenBelastungen oder derSchubbelastung oder infolge des Betriebes gestattet, wobei die
Deformation durch diese deformierbaren Verbindungselemente absorbiert wird.
Die Verbindung der beiden Teile kann durch verschiedene Anordnungen. insbesondere durch die fol- genden erfolgen - mittels eines Verbindungselementes, das mit beiden Teilen verbunden ist. z. B. einem deformierbaren Ring aus Weicheisen oder anderem Material, z.
B. einem Metall oder Kunststoff ;-durch Anlöten oder Kleben der Schulter am Laufring unter Verwendung oder Zwischenlegen eines Materials, das durch seine Dicke und seine Zusammensetzung wenigstens in radialer Richtung eine Verschiebung der Schulter gegen den Ring ermöglicht ; - durch Einfügen oder Einhaken, indem man eines der zu verbindenden Teile einer örtlichen Anlass- oder andern Behandlung unterwirft, die eine örtliche Nachgiebigkeit oder Verformbarkeit erzeugt, die für eine Deformation und für die Verbindung zwischen der Schulter und dem Ring ausreicht.
Diese eine elastische oder eine dauernde Deformation gestattende Verbindung befreit die gehärteten Teile von unzulässigen Spannungen und stellt infolge der einfachen Bearbeitung jedes der zu verbindenden Elemente eine besonders wirtschaftliche Lösung dar. Sie gestattet die Verwendung von Teilen mit besonders schwachem Querschnitt, da die bruchanfälligen Teile, u. zw. sowohl der Radiallaufring als auch der Axiallaufring keinen nachteilig auf die Standfestigkeit einwirkenden Spannungen infolge der thermischen Belastung oder der Pressung aus den zylindrischen Teilen der Bohrung oder der sich drehenden Elemente unterworfen sind.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert :
Fig. l zeigt einen axialen Teilschnitt eines kombinierten Radial- und Axialwälzlagers, bei dem die Verbindung zwischen dem Laufring und der Schulter mittels einer deformierbaren Verbindungsbüchse erfolgt. Fig. 2 zeigt eine Abwandlungsform, in der die Verbindung durch Kleben erfolgt. Fig. 3 zeigt eine Abwandlungsform, in der die Verbindung durch einen Ankerring aus Kunststoff bewirkt wird. Fig. 4 und 5 zeigt eine Verbindung zwischen dem Laufring und der Schulter durch Einfugen oder Einhaken und Fig. 6 und 7 sind Teilschnitte von ähnlichen Abwandlungsformen, in denen die Verbindung durch einen geschmeidigen Metallring erreicht wird.
In Fig. l ist ein zylindrischer Radiallaufring 1 aus Stahl mit grosser Härte dargestellt, dessen zylindrische Innenfläche 2, die gewünschte Oberflächenqualität besitzt um als Rollbahn für Wälzelemente, z. B.
Nadeln 3 zu dienen, die anderseits auf einer Welle 4 oder auf einem auf diese aufgezogenen Innenring abrollen. Gegen eine der Stirnseiten 5 des Ringes 1 liegt eine Schulter oder ein Ring 6 an, dessen Aussenseite 7 die erforderliche Oberflächenqualität aufweist, um als Rollbahn für Wälzelemente, z. B. Nadeln 8 zu dienen, die radial in Form eines Kreisringes angeordnet sind und in den Ausnehmungen eines Führungskäfigs 9 liegen. Dieser wird seinerseits durch eine Sperranordnung 10 in seiner Lage gehalten, die z. B. ein Ringteil sein kann, der am Umfang des Ringes 6 befestigt ist und einen Innenrand 11 aufweist, der das Ablösen des Käfigs und der durch diesen gehaltenen Wälzelemente 8 verhindert. Die Wälzelemente 3 können Nadeln sein, die z.
B. in den Ausnehmungen eines zylindrischen Käfigs liegen oder durch andere beliebige Mittel gegeneinander in ihrer Lage gehalten werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Schulter 6 und der Ring 1, die grundsätzlich aus sehr hartem Stahl bestehen und infolgedessen sehr bruchanfällig sind, durch eine deformierbare Hülse, z. B. aus Weicheisen, ständig miteinander verbunden, die z. B. durch leichtes Eindrücken in Nuten 13 und 14 in der Wand der Bohrung der Schulter 6 und einem Aussenrand 15 des Laufringes 1 festgelegt ist. Dieser Aussenrand 15 des Laufringes 1 kann gleichzeitig als Axialanschlag für die Nadeln3 dienen, die in diesem Fall ein verjüngtes Ende 16 erhalten, das mit einer Verlängerung 17 der Hülse 12 zusammenwirkt, die nach innen vorspringt und als Sperre für die Nadeln vor der Montage des Wälzlagers dient.
Man sieht, dass die oben beschriebene Anordnung völlig untrennbar ist und dadurch, dass die Nadeln 3 und 8 in ihrer Lage gehalten werden, die Handhabung und die Montage erleichtert. Die Verbindung durch die relativ deformierbare Hülse 12 beseitigt alle Nachteile einer Wälzlageranordnung, bei der der Laufring 1 und die Schulter 6 aus einem Stück bestehen.
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In der Abwandlungsform gemäss Fig. 2 ist die Schulter 6 am inneren Rand 15 des Laufringes 1 durch eine relativ dicke Schicht 18 eines Klebstoffes angeklebt, der nach dem Trocknen oder Polymerisieren eine gewisse Weichheit behält. Man kann zu diesem Zweck einen Kleber auf der Basis von Polyvinylharz oder Epoxyharz oder eine Schicht eines natürlichen oder synthetischen Kautschuks verwenden, der vor- zugsweise gegen die Einwirkung von Schmiermitteln unempfindlich und auf die entsprechenden metalli- schenFlächen aufvulkanisiert ist. DieVerbindungschicht 18 kann gleicherweise aus Kupfer, Zinn od. dgl. bestehen.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Abwandlungsform weisen die aneinander anliegenden Flächen der Schul- ter 6 und des Randabschnittes 15 des Laufringes 1 Nuten 19 und 20 auf, deren Form und/oder Richtung der- art ist, dass sie nach Ausfüllen mit einem verfestigten Verbindungsmaterial einer Trennung der beiden
Teile 1 und 6 entgegenwirken. Dieses Verbindungsmaterial kann eine gewisse Weichheit oder Plastizität nach dem Trocknen oder der Polymerisation besitzen und kann z. B. durch ein Superpolyamidharz oder ein Polyesterharz gebildet sein.
Das Verbindungsmaterial kann durch eine Öffnung 21 eingespritzt werden, an die sich, wenn nötig, eine einen Trichter bildende Erweiterung 22 anschliesst. Das Verbindungsmaterial kann auch ein relativ weiches Metall, z. B. Zinn, Blei od. dgl. sein.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Abwandlungsform weist der zylindrische Laufring 1 keinen inneren Rand 15, sondern eine Innennute 23 auf. Die Schulter 6 besitzt zwei Umfangsnuten 24 und 25, wobei die Nute 24, gegebenenfalls mit einem gewissen radialen Spiel, das Ende des Ringes 1 aufnimmt. Der ringförmige Vorsprung 26, der die beiden Nuten voneinander trennt und gegebenenfalls der ringförmige Vorsprung 27, der die Nut 25 begrenzt, sind gegen die Härtebehandlung geschützt, die erforderlich ist um die Laufbahn 7 und die axiale Anlauffläche für die Nadeln am Grund der Nut 25 herzustellen oder man unterwirft sie einer Anlassbehandlung, so, dass sie verformbar bleiben.
Dadurch wird es möglich, den Vorsprung 26 in die Nut 23 einzupressen und den Vorsprung 27 zu verformen, wenn sich dieser zuerst in der in strichpunktierten Linien angedeuteten Stellung 27a befindet, um das Einlegen der Nadeln 3 zu ermöglichen, deren Enden 16 dann durch das Zurückbiegen des Vorsprunges in die in ausgezogenen Linien dargestellte Stellung festgehalten werden.
Die Nut 23 und der Ringvorsprung26 können auch an der Aussenseite des Laufringes 1 liegen, wodurch ein Einpressen von aussen möglich wird, nachdem die Nadeln 3 eingelegt sind und das Gehäuse 1 eingebaut ist, ohne dass es notwendig ist, den Ringvorsprung 27 zu verformen.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Abwandlungsform besitzt der Laufring 1 ein sich abschwächendes Ende 28, das durch Abdrehen oder durch Ziehen oder Pressen und durch Schützen gegen die Härtebehandlung des Ringes oder durch Weichmachen mittels Anlassen hergestellt wurde. Die Schulter 6 besitzt eine Nut 29 mit einer Hinterdrehung 30 an einer Seite, in die der sich abschwächende Teil 28 der Büchse eingepresst wer- den kann. Die Nadeln 3 werden durch den inneren Ringvorsprung 27 zurückgehalten. Das verminderte Ende 28 kann auch, wie in der Zeichnung dargestellt, aufgeweitet sein, wobei das Einpressen durch Biegen der Schulter zur Bildung des Verankerungswulstes 31 erhalten wird.
Man kann das Zusammensetzen auch mittels eines weichen Metallstreifens durchführen, der mittels einer Druckrolle eingepresst ist. So weist bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform der Laufring 1 eine Innennut 41 und die Schulter 6 eine Ringnut 24, entsprechend der in Fig. 4 dargestellten auf, wobei jedoch das Spiel so vorgesehen ist, dass man zwischen die Nut 41 des Laufringes 1 und die konische Fläche 42 der Nut 24 mittels einer Druckrolle auf bekannte Weise einen Streifen 40 aus einem besonders nachgiebigen Metall einpressen kann. Bei dieser Anordnung kann der ringförmige Vorsprung 26 gehärtet sein.
Zur Erleichterung des Arbeitsvorganges beim Einpressen des Streifens 40 ist der Vorsprung 27 gemäss Fig. 4 vorzugsweise weggelassen und z. B. durch einen ähnlich dem Teil 12 in Fig. 1 eingesetzten Teil ersetzt, der in diesem Falle nicht als Verbindungsstück dient.
Bei der in Fig. 7 dargestellten Abwandlungsform ist die Ausbildung einer Nute entsprechend der Nute 24, die im Hinblick auf die senkrechte Anlage zwischen dem Widerlager und der Stirnseite des Laufringes schwierig auszurichten ist, vermieden, indem man in der Schulter 6 eine Ringnut vorsieht, deren geneigte Flanken 43 und 44 leicht konvergieren und in dem man im Laufring 1 eine Ringnut ausbildet, die eine konische Wand 45 aufweist, die nach innen im entgegengesetzten Sinne geneigt ist und indem man ein weiches Metallband 40 in die Nut der Schulter zwischen die Flanken 43 und 44 einpresst und mittels einer Druckrolle den freien Teil des Bandes 40 aufweitet, um dessen Anlage unter Druck gegen die konische Wand 45 der Nut im Laufring zu bewirken.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind nur als Beispiel für die Durchführung der Erfindung gegeben.
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Die oben beschriebenen Rollenlager können infolge der geringen Dicke des Laufringes und der Schul- ter und des geringen Durchmessers der Nadeln, wenn diese als Wälzelemente verwendet werden, ein sehr dünnes radiales und axiales Gehäuse aufweisen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kombiniertes Radial- und Axialwälzlager, in dem der Ring mit der äusseren Rollbahn der Wälzelemente zur Übertragung des Axialschubes und der zylindrische Laufring mit der inneren Rollbahn der Wälzelemente zur Übertragung der radialen Kräfte zwei einzelne Teile aus Stahl geeigneter Qualität bilden, die miteinander unlösbar verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Endteil des Radiallaufringes (1), der im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der Rest dieses Radiallaufringes aufweist, und dem Drucklagerlaufring (6) eine Verbindung besteht, die eine relativ hohe Weichheit, Plastizität oder Nachgiebigkeit gegenüber den zu verbindenden Teilen besitzt und eine Deformation der aus dem Radiallaufring (1) und dem Drucklagerlaufring (6)
gebildeten Einheit infolge der thermischenBelastungen oder der Schubbelastung oder infolge des Betriebes gestattet, wobei die Deformation durch diese deformierbaren Verbindungselemente absorbiert wird.