Rollenlager. Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, die Schmierung zwischen den Rollenenden und dem Führungsflansch bezw. den Füh rungsflanschen solcher Rollenlager zu ver bessern, bei denen die Rollen durch Anliegen der Rollenenden gegen einen oder mehrere Flansche geführt sind. Das Rollenlager nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsfläche des Rollenendes eine Rotationsfläche mit gekrümmter Erzeugen den ist, und dass die Führungsfläche des Flan sches in bezug darauf in solcher Weise ge formt und dimensioniert ist, dass die mathe matische Berührungsstelle zwischen Rollen ende und Führungsflansch im unbelasteten Zustand und symmetrischer Lage der Rolle in einer die Achsenlinien der Rolle und des Lagers enthaltenden Ebene liegt,
und dass die Flächen sich dabei so nahe aneinander an schliessen, dass beim Laufen des Lagers ein über den grösseren Teil der Projektion der Arbeitsfläche des Rollenendes auf die Flansch- fläche sich erstreckender und tragender Schmiermittelfilm erzeugt wird.
Einige Ausführungsformen des Rollen lagers gemäss der Erfindung sind auf den bei gefügten Zeichnungen veranschaulicht.
Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil eines kegeligen Lagerringes, sowie durch eine damit zusammenarbeitende Rolle, wobei die Führungsfläche des Flansches und das Rol lenende sphärisch ausgeführt sind und der mathematische Berührungspunkt auf der Rollenachse gelegen ist, Fig. 2 einen Teil desselben Lagerringes mit der Rolle vom Ende aus gesehen, Fig.
3 und 4 entsprechende Ansichten eines Lagers, bei dem die mathematische Be rührung zwischen dem Rollenende und dem Flansch ungefähr im Schwerpunkt der Ar beitsfläche gelegen ist, Fig. 5 eine den Fig. 2 und 4 entspre chende Ansicht, aber wo die Berühung zwi- sehen Rolle und Flansch nach einer radialen Linie erfolgt, Fig. 6 eine Ansicht in Richtung der Pfeile VI-VI der Fig. 1, mit der Rolle in symmetrischer Lage und Fig. 7 in grösserem Massstabe eine ent sprechende Ansicht mit der Rolle in schräger Lage.
Beim Lager nach Fig. 1 ist der Lager innenring 1 mit einem Führungs- oder Druck flansch 2 versehen, dessen Führungs- und Druckfläche 3 die Form einer sphärischen Zone hat, deren sphärischer Mittelpunkt 1 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 Führungsflan sches. obgleich der Unterschied zwischen den Halbmessern in der Figur bedeutend übertrie ben ist, um die Art der Berührung deutlicher hervorzuheben. Der mathematische Berüh rungspunkt zwischen dem Rollenende und dem Flansch liegt auf der Verbindungslinie zwischen den beiden Krümmungszentren 4 und B.
Diese Verbindungslinie 9 bildet gleich zeitig die Rotationsachse der Rolle 6 und schneidet das Rollenende und die Flansch fläche im Punkt 10, der also den mathema tischen Berührungspunkt zwischen den bei den 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 mathematische r Punkt sein. Die in Fig. 1 gezeigte Rolle 6 hat eine kegelige Mantelfläche. Der Spitz winkel der kegeligen Rolle und die Neigung der Rollbahn 11 sind so gewählt, dass die Konusspitze auf der Lagerachse liegt, wo durch 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 An sichten eines Lagers, bei dem die gegenein- ander liegenden Flächen immerhin sphärische Flächen sind. aber wobei die Höhe des Flan sches \? vermindert und der Berührungspunkt zwischen Rolle und Flansch gegen das Lagerzentrum zu, hineingetragen ist. Das Krümmungszentrum 4 der sphärischen Füh rungsfläche 3 liegt wie vorher auf der Lager achse 5. Der mathematische Berührungs punkt 10 liebt indessen nicht mehr auf der Pollenachse 9, sondern etwa im Schwerpunkt der Projektion der Arbeitsfläche des Rollen endes auf dem Führungsflansch.
Das Krüm mungszentrum 8 des sphärischen Rollen endes 7 ist so gelegen, dass die Verbindungs linie 13 zwischen den Punkten 4 und 8 das Rollenende und den Flansch in dem ge- wünschten Berührungspunkt 10 trifft. Die Konusspitze der Rolle liegt im Punkt 14, wo die Rollenachse 9 und die Lagerachse 5 ein ander 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 Ausführungs formen ist vorausgesetzt worden, dass die Fläche des Führungsflansches eine sphärische Zone bildet. Diese Fläche kann indessen bei spielsweise einen Teil eines Torus bilden, der durch Rotation eines Kreisbogens 15 um die Lagerachse 5 herum erzeugt wird, dessen -Mittelpunkt mit dem Krümmungszentrum 8 des sphärischen Endes der Rolle zusammen fällt, und dessen Halbmesser gleich dem<B>Ab-</B> stand zwischen den Punkten 8 und 12 ist.
hi diesem Falle wird also volle Berührung z -iehen den beiden Flächen in einer Radial ebene durch die Lagerachse erzielt. Die Be rührungsverhältnisse in Umfangsrichtung des Lagers längs dem Flansch sind indessen mit den bereits beschriebenen Flächen überein stimmend, und die Berührung erfolgt also längs einer mathematischen Linie 16, die in einer sowohl die Lagerachse 5 als auch die Rollenachse 9 bei symmetrischer Lage der Rolle enthaltenden Ebene liegt. Diese Be- rühungslinie ist in Fig. 5 veranschaulicht.
Eine alternative Ausführungsform wird 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 Berührungs punkt 10 tangiert. In diesem Falle erfolgt die mathematische Berührung in einem an 10 der Fig. 4 gelegenen Punkt.
Fig. 6 zeigt eine Teilansicht des Lagers nach Fig. 1 in einer Ebene längs der Rollen achse winkelrecht zu einer Ebene, die die Lagerachse und Rollenachse enthält, und in der durch Pf eile IV-IV in Fig. 1 ange gebenen 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 Führungs flansch 3 und dem Rollenende 7 liegt im Punkt 10 auf der Rollenachse.
Da der Ra dius 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 keilför mige Zwischenräume zwischen dem Rollen ende und dem Führungsflansch.
Die Dicke der keilförmigen Zwischen räume ist, um auf der Zeichnung ersichtlich zu werden, bedeutend übertrieben, woraus sich ergibt, dass der Unterschied zwischen dem Halbmesser des Rollenendes und dem jenigen der Führungsfläche, das heisst der Abstand zwischen den Punkten 4 und 8 be deutend grösser ist als in Wirklichkeit. Die keilförmigen Zwischenräume zwischen Rol lenende und Führungsflansch ermöglichen auch die Erzeugung eines Schmiermittelfil mes zwischen den zusammenwirkenden Flä chen, unabhängig davon, in welchen der bei den mit Doppelpfeil 17 bezeichneten Bewe gungsrichtungen die Bewegung der Rolle relativ zum Lagerring erfolgt.
Die mitein- ander zusammenwirkenden Flächen werden also immer sehr gut geschmiert, und die Mög lichkeit des Entstehens einer metallischen Be rührung durch unvollständige Schmierung wird auf ein Minimum vermindert.
Die Rolle wird nur ausnahmsweise die in Fig. 6 gezeigte symmetrische Lage einneh men. Im. allgemeinen wird die Rollenachse bei bewegender Rolle etwas schräg gestellt werden, und zwar in solcher Weise, dass eine stabile Gleichgewichtslage entsteht. Eine solche Lage der Rolle wird in Fig. 7 veran schaulicht, die in grösserem Massstabe als die übrigen Figuren gezeichnet ist. In dieser Figur wird vorausgesetzt, dass die Rolle sich relativ zum Flansch in der durch 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 Schmiermittelfilm zwi-- scheri den Flächen sich ausbilden, wobei die Druckverteilung innerhalb des Filmes bei richtiger Ausbildung desselben eine solche wird, dass eine Schrägstellung, wie in Fig. 7 gezeigt, entsteht.
Mit andern Worten, der in bezug auf die Bewegungsrichtung der Rolle relativ zum Flansch vordere Zwischenraum wird erweitert, während der hintere Zwi schenraum sich etwas schliesst. Gleichzeitig verschiebt sich der mathematische Berüh rungspunkt, der sich bei symmetrischer Lage der Rolle in einer Ebene befindet, die sowohl die Lagerachse als auch die Rollenachse ent hält, etwas nach hinten und nimmt zum Bei spiel 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 Berührungslinie 16 in ähnlicher Weise und nimmt zum Beispiel die mit Ziffer 116 bezeichnete Lage ein.
Bei stillstehendem Lager können die Rol len eine beliebige Lage innerhalb der durch die Lagerbauart bestimmten Schrägstellungs grenzen 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 ein nimmt, 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 beschrie benen 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 be kannt, eine stabile Gleichgewichtslage ein unter Wirkung der entgegengesetzt der Be wegungsrichtung tätigen Reibungskraft, her vorgerufen durch den winkelrecht dazu wir kenden Lagerdruck, und der Reaktionskraft im Stütztpunkt 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 1.8 der Rolle relativ zum Flansch vor dem Punkt 110 liegt.
Die Resultante der in der effek tiven Arbeitsfläche wirkenden hydrodyna mischen Kräfte liegt in einer Ebene, die die Berührungsstellen der Rolle mit den Lager ringen enthält, also etwas hinter dem Schwerpunkt der effektiven Arbeitsfläche. Bei Rollenführungsbauarten, wo eine mathe matische Berührung zwischen Rollenende und Flansch bis zur Rollenkante hinaus möglich ist, wird hingegen bei einer solchen falschen Lage der Rolle die Rollenkante das Schmier mittel vom Flansch wegkratzen, so dass die Schmierung unvollständig wird, wodurch metallische Berührung mit diesen Teilen und hiermit verbundene Störungen entstehen. Eine solche Bauart gestattet auch nicht eine stabile Gleichgewichtslage der Rolle.
In sämtlichen Figuren ist, sowohl die Schrägstellung als auch der Unterschied zwi schen der Form der Flächen bedeutend über- trieben worden. In der Wirklichkeit beträgt der maximale Schrägstellungswinkel nicht mehr als einige Minuten. und der maximale Abstand 21 zwischen den Flächen in Fig. 6 bei symmetrischer Lage der Rolle übersteigt nicht das zirka 0,003fache des maximalen Durchmessers der Arbeitsfläche des Rollen endes.
Als Beispiel geeigneter Anordnungen der zusammenwirkenden Flächen mag er wähnt werden, dass bei vorgenommenen Prü fungen eines normal belasteten Lagers mit sphärischer Flanschfläche und sphärischem Rollenende und einem Durchmesser der Ar beitsfläche des Rollenendes von zirka 45 mm und bei einer Grösstentfernung zwischen den zusammenwirkenden Flächen bei symmetri scher Lage der Rolle in unbelastetem Zu stande von zirka, 0,02 mm gute Resultate er zielt wurden. Die Arbeitsfläche des Rollen endes bei dem in Frage kommenden Lager hatte einen Krümmungsradius, der 98,5 ,"r', desjenigen der Flanschfläche betrug bezw. um 1.,5;'o kleiner war als der Krümmungs halbmesser der letzteren.
Man erhält beim Laufen des Lagers einen Schmiermittelfilm, der sich über den grössten Teil der Projektion von der Arbeitsfläche des Rollenendes auf die Flanschfläche erstreckt. Mit Arbeits fläche des Rollenendes wird hierbei der Teil der Rollenendfläche verstanden, der als tra gende Fläche bearbeitet ist, also abzüglich Fasen an den Rollenkanten sowie eventueller Aussparungen in der Mitte des Rollenendes.
Dadurch, dass die Arbeitsfläche der Rolle eine Rotationsfläche mit gekrümmter Erzeugen den darstellt, verschiebt sich. der mathema tische Berührungspunkt allmählich bei Än derung der Rollenschrägstellung, und die Rolle wird also deshalb immer die von der Druckverteilung im Schmiermittelfilm und von andern auf dieselbe wirkenden Kräften bestimmte Gleichgewichtslage ohne Gefahr metallischer Berührung zwischen Rollenende und Führungsflansch einnehmen.
Die obigen Ausführungsbeispiele erstrek- ken sich auf Rollenlager mit kegeligen Rol len und kegeligen Laufbahnen auf den Lagerringen. Man kann sieh natürlich eine Mehrzahl anderer Ausführungsformen des Rollenlagers nach der Erfindung denken. Das Rollenlager kann auch zum Beispiel ein selbsteinstellendes Rollenlager sein, bei dem die Mantelflächen sowohl der Rollbahnen als auch diejenigen der Rollen gekrümmte Er zeugende haben. Die Lager können zur Auf nahme von radialen, achsialen und kombi nierten Belastungen ausgebildet sein.
Das Rollenlager kann mit zusammenwirkenden Flanschen auf den beiden Lagerringen ver sehen sein, oder die Rollen können zwischen zwei Flanschen geführt sein, wie dies zum Beispiel in zylindrischen Rollenlagern der Fall ist. Die Flansche werden im letzteren Falle aus Fabrikationsgründen in der Regel eben ausgeführt, können aber auch gekrümmte Erzeugende haben, während die Arbeitsfläche des Rollenendes eine Rotationsfläche mit ge krümmter Erzeugenden darstellt. Die Arbeits fläche des Rollenendes oder die Führungs fläche des Flansches, oder beide, können fer ner aus mehreren ineinander übergehenden Rotationsflächen bestehen.
Hierbei können die Flächen Rotationsflächen mit stetig (dauernd) gekrümmten Erzeugenden sein, die allmählich in konische oder ebene Flächen übergehen, und zwar so, dass die oben er wähnten Eigenschaften der Schmierung er halten bleiben.