Drahtwälzlager und Verfahren zu dessen Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf ein Drahtwälzlager mit auf Drahtlaufringen sich abwälzenden Walzkör- pern. Es sind einreihige und mehrreihige Drahtkugel lager bekannt, bei denen als Kugellaufbahnen Stahl drähte benutzt werden, von denen pro Kugelreihe je zwei Drähte in einem Aussen- und Innenring oder in einem Ober- und Unterteil angeordnet sind.
Bei diesen Drahtkugellagern beträgt die Aufnahme von Radialkräften stets nur einen Bruchteil der Auf nahme von Axialkräften. Ausserdem sind diese Draht kugellager nicht für hohe Drehzahlen geeignet.
Weiterhin sind Drahtrollenlager bekannt, bei denen Federstahldrähte als Laufbahnen für die Zy linderrollen benutzt werden, die als gebogene und offene Ringe in Eindrehungen der abzustützenden Konstruktionskörper eingebettet sind. Auch hierbei werden die Zylinderrollen durch einen Käfig auf Ab stand gehalten. Diese Drahtrollenlager sind für hohe Radialkräfte geeignet, jedoch nicht für Axialkräfte.
Die Erfindung bezweckt, ein Drahtwälzlager zu schaffen, das sowohl für die Aufnahme von Axial- wie auch Radialkräften geeignet ist.
Erfindungsgemäss sind Drahtlaufringe vorgesehen, auf denen sich Kugeln abwälzen und Drahtlaufringe, auf denen sich Zylinderrollen abwälzen, wobei die Kugeln und die Zylinderrollen in ein und demselben Käfig gehalten sind.
Vorzugsweise sind die Drahtlaufringe in einem äusseren und in einem inneren Tragring angeordnet. Ein solches Bauelement wird in der Praxis als Dreh verbindung bezeichnet. Das erfindungsgemässe Draht wälzlager kann aber auch in Maschinenteile, die sich gegeneinander drehen sollen, eingebaut werden. In diesem Falle werden direkt in diesen Maschinen teilen Nuten für die Drahtlaufringe vorgesehen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von mit Tragringen versehenen Drahtwälzlagern. Dieses ist dadurch gekennzeich net, dass der äussere Tragring als einstückiger Ring gefertigt, dann geglüht wird, dann auf dem äusseren Umfang eines vorgesehenen Trennschnittes mit ein ander gegenüberliegenden Ausnehmungen für Ver bindungsschrauben versehen wird, dann nach Siche rung der Lage der beiden zu trennenden Ringhälften zueinander mittels Stiften zwischen den Ausnehmun- gen diagonal in zwei Hälften getrennt wird, wobei mittels der Schrauben die Lagergängigkeit eingestellt wird,
dann der Zwischenraum zwischen den Trenn flächen gemessen wird und entsprechend starke Bei lagen eingelegt werden und die Ringflächen erneut verschraubt werden. Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt: Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Kugeln und Zylinderrollen enthaltendes Drahtwälzlager, Fig. 2 eine Abwicklung eines Teilschnittes nach Fig. 1 durch die Umfangsmittelebene des die Kugeln und die Zylinderrollen aufnehmenden Käfigs, Fig. 3 ein:
-#n Querschnitt durch ein Drahtwälzlager mit einem geteilten äusseren Tragring, Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch ein Drahtwälz- lager, in welchem die Flachdrahtringe der Laufbahn für die Zylinderrollen durch angeflachte Runddrähte ersetzt sind, Fig. 5 einen Querschnitt durch ein anderes Aus führungsbeispiel eines Drahtwälzlagers, Fig.6 eine Abwicklung einer Teilansicht des die Kugeln und die Zylinderrollen des Lagers nach Fig. 5 aufnehmenden Käfigs,
Fig. 7 einen Querschnitt durch ein nachstellbares Kugelrollenlager, Fig. <I>7a</I> eine Draufsicht auf die in Fig. 7 mit<I>A</I> bezeichnete Stelle eines Keilringes mit Einschnitten, Fig. 7b einen Querschnitt durch eine Spannstelle einer weiteren Ausführungsform eines Gewinde ringes, Fig. 7e eine Draufsicht auf eine solche Stelle nach Fig. 7,
Fig. 8 einen Querschnitt durch ein Ausführungs beispiel eines Drahtkugelrollenlagers mit einem kegeligen Nachstellring, Fig. 9 einen Querschnitt durch ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Drahtkugelrollenlagers mit einem Nachstellring, Fig. 10 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Lagers entsprechend Fig. 1, Fig. 11 einen Querschnitt durch ein Lager mit zwei nebeneinander angeordneten Kugel-Rollenlagern,
Fig. 12 einen Querschnitt durch ein Drahtkugel rollenlager für einseitige Axiallasten.
In den Abbildungen sind die Kugeln mit 1 und die Rollen mit 2 bezeichnet. Sowohl die Kugeln 1 als auch die Rollen 2 werden durch einen Käfigring 3, der auch aus mehreren Abschnitten zusammen gesetzt sein kann, voneinander in Abstand gehalten.
Der Käfig erhält zu diesem Zweck zylindrische Bohrungen 4 in radialer Richtung zur Aufnahme der Kugeln 1 und erhält ferner Einfräsungen 5 in axialer Richtung zu Aufnahme der Rollen 2.
In einer bevorzugten Ausführungsform (Fig. 1 und 2) setzt sich der Käfigring 3 aus zwei spiegel bildlichen Teilen 31 und<B>3,</B> zusammen. Beide Hälften werden durch zwischen den Kugeln und Rollen ein gesetzten Bolzen 33 zusammengehalten.
Die Kugeln 1 laufen auf Federstahldrähten 6, während die Rollen auf Flachdrahtringen 7 laufen bzw. abrollen. An Stelle der Flachdrahtringe kön nen auch eine Anzahl kreisförmiger nebeneinander liegender, mit beiderseits angeschliffenen Flächen versehener Rund- oder Fassondrähte verwendet wer den. Die Drahtringe 6 für die Kugeln 1 und die Flach drahtringe 7 für die Rollen 2 sind in Ausnehmungen des äusseren Tragrings 8 und in Ausnehmungen des inneren Tragrings 9 untergebracht.
Die Herstellung einer sogenannten Drehverbin dung mit den beschriebenen Kugelrollenlagern kann erfolgen, indem der äussere Tragring 8 als einteiliger Ring hergestellt, geglüht, mit Ausnehmungen für Verbindungsschrauben 10 sowie mit Bohrungen und Stiften 11 zur Lagesicherung versehen und dann nach Entfernung der Stifte 11 durch einen diagonalen Schnitt in zwei Hälften getrennt wird.
Nach dem Einbringen der Drahtringe 6, der Flachdrahtringe 7, des Käfigs 3 sowie der Kugeln 1 und Zylinderrollen 2 wird der geteilte Aussentragring 8 angesetzt und die Hälften mittels der Stifte 11 in ihre richtige Lage zueinander gebracht und mittels der Schrauben zu sammengehalten.
Ist die Lagergängigkeit mittels der Schrauben 10 eingestellt, so wird der Zwischenraum zwischen den beiden Trennstellen des Aussentragringes 8 gemessen, entsprechende Beilagen werden eingelegt und die Schrauben 10 fest angezogen. Der Vorzug eines solchen Lagers besteht darin, dass die Kugeln bei der Einwirkung von Radialkräften nahezu entlastet werden, indem beim Anstellen der Zylinderrollen auf Spielfreiheit durch Anziehen der Anstellschrauben 10 gleichzeitig das Einwalzen der Kugellaufbahnen auf den Drähten - mit vorgeschlif fener Laufbahn - durchgeführt wird, und zwar mit um eine Kleinigkeit grösseren Kugeln.
Werden nach diesem Einwalzvorgang die für das Lager bestimmten, etwa 0,1 mm kleineren Kugeln einge bracht, so sind die Zylinderrollen spielfrei und er forderlichenfalls vorgespannt, die Kugeln aber ohne Vorspannung.
Die Kugeln sind also keiner radialen Beanspru chung mehrausgesetzt, so dass sich die Kugeln bei einer axialen Beanspruchung in Richtung des Pfeiles 13 (Fig. 1) um die Drehachse 663 oder, wenn die Beanspruchung von der anderen Seite erfolgt, um die entsprechende Drehachse 61-64 bewegen, also ohne den bei den bekannten Drahtkugellagern auftreten den Gleitreibungsanteil. Dabei ist eine zeitweise auf tretende Berührung der Kugeln an den Drähten<B>6,</B> und 63 und eine damit verbundene Störung der Kugeldrehbewegung um die Drehachse 6.-6, un schädlich, weil bei dieser Beanspruchung des Lagers zwischen den Drähten 6., und 6, infolge des Spieles keine Kräfte auftreten können.
Durch das bekannte Einwalzen können höchstens Laufbahnbreiten bis zu 1/3 der Drahtstärke erzielt werden, da bei weiterem Auswalzen an den Lauf bahnrändern ein schädlicher Grat entstehen würde.
Ein wesentlich vorteilhafteres Verfahren ergibt sich daher, wenn die Drähte vor dem Einsatz be reits vorgeschliffen werden. Dabei werden z. B. die Stahldrähte mit kreisförmigem oder beliebigem an derem Querschnitt auf das vorgesehene Mass in hori zontaler Ebene gerundet, nach Lehre plangerichtet und anschliessend durch Schleifen unter dem jeweils gewünschten Neigungswinkel im Querschnitt abge flacht.
Die so vorbearbeiteten Drähte werden dann ein gesetzt und nur noch, ähnlich dem bekannten Ein- walzverfahren, nachgewalzt. Die erforderliche plasti sche Verformung der Drähte auf den jeweiligen Ku gelradius ist dadurch so weit verringert, dass sich Laufbahnbreiten von 60% des Laufdrahtdurchmessers und darüber erzielen lassen. Die Abflachung am Lauf rad muss möglichst senkrecht zur Verbindungslinie von Kugel- und Laufdrahtmitte angebracht sein. Da durch werden Verdrehungsbeanspruchungen in den Laufdrähten und unruhiger Lauf der Kugeln ver mieden.
Wird auf das Einwalzen verzichtet, so kann eine etwa gleiche Wirkung durch Vorschleifen breiter Kugellaufbahnen und durch gleichzeitiges Vorsehen eines geringen Spiels zwischen Kugeln und Drähten erzielt werden.
Auch die Rollenlaufbahnen auf den Flachstahl drähten 7, die aus -um etwa 1/3 weicherem Werkstoff als die Kugellaufbahnen bestehen können, lassen sich ein wenig nachwalzen, so dass ein exaktes Abrollen der Zylinderrollen auf den Flachstahldrähten ge währleistet ist.
Damit die für den guten Lauf der Kugeln und Rollen in das Lager eingeführten Schmiermittel nicht durch die Trennfuge der Tragringe ausfliessen können und damit anderseits der Staub durch diese Fuge keinen Eingang in das Lager findet, sind Dichtungs mittel 12 quer zur Fuge, vorzugsweise unter Bil dung einer Labyrinthdichtung, eingesetzt.
In der Fig.3 ist eine Ausführungsform eines Drahtkugelrollenlagers mit Tragringen 9 bzw. 108, 108', in welchem der äussere Tragring aus zwei zueinander zentrierten Ringen 108 und 108' besteht. Zur Verbindung dieser beiden Ringe sowie zum An stellen der Kugeln werden Schraubbolzen 14 ein gesetzt. Ein Nachstellen der Zylinderrollen in radialer Richtung ist in dieser Bauform nicht gegeben, so dass der Aussen- und Innendurchmesser der Einbettung für die Flachdrahtringe 7 eng zu tolerieren ist.
In der Fig.4, einem weiteren Beispiel, sind die Rollenlaufbahnen, die bisher aus Flachstahldrähten 7 bestanden, aus einzelnen aneinandergereihten Fasson drähten<B>107</B> gebildet. Diese sind auf dem inneren und äusseren Durchmesser abgeflacht. Da es sich um offene Ringe handelt, sind die Stossstellen der ein zelnen Ringe gegeneinander versetzt, damit ein stö rungsfreier Lauf der Rollen gesichert ist.
Auch bei der Laufbahn der Rallen aus Flachstahldraht (Fig.1 und 3) setzt sich die Laufbahn vorzugsweise aus min destens zwei nebeneinander angeordneten Flach drähten zusammen; auch hierbei soll durch Ver setzen der Drähte gegeneinander vermieden werden, dass durch eine einzige Trennstelle Störungen ver ursacht werden könnten.
Während die Tragfähigkeit in radialer Richtung entsprechend der möglichen Breite der Flachstahl drähte 7 bei den bisherigen Ausführungsformen der Drahtkugelrollenlager-Drehverbindungen durch den Abstand der Drähte 6 der Kugellaufbahnen be grenzt worden ist, ist diese Begrenzung der Trag fähigkeit der Verbindung nach Fig.5 aufgehoben. Hier sind die Flachstahldrähte 207. die die Laufbahn der Rollen 102 bilden, nicht zwischen den Kugel laufdrähten, sondern beiderseits ausserhalb derselben angeordnet. Die Zylinderrollen 102 sind entsprechend lang ausgeführt; sie reichen beiderseits über den Kugeldurchmesser hinaus.
Da sowohl die Flachstahl drähte 207 verbreitert als auch die Zylinderrollen gemäss dieser Bauart entsprechend verlängert werden können, ist es möglich, dass wesentlich höhere Ra- d'iallasten mit dieser Verbindung abgestützt werden können.
Der Kugel- und Rollenkäfig 103 ist bei dieser Bauart nicht axial, sondern radial angeordnet, so dass zu seiner Herstellung lediglich Bohrungen mit den für Kugeln und Rollen passenden Durchmessern eingebracht werden müssen (Fig. 6).
Eine weitere Ausführungsform zeigt die Fig. 7, in welcher der äussere Tragring aus einem L-förmi- gen Ring 8, dem Gewindering 15 und dem elasti schen Ring 17 zusammengesetzt ist. In eine Ausneh- mung wird ein mit einem Radialschlitz 15' versehener Gewindering 15 eingeschraubt, der eine Kegelfläche 16 besitzt, die auf einen mit einer äusseren kegeligen Gegenfläche versehenen elastischen Ring 17 wirkt.
Der Ring 17, in welchem die Flachstahldrähte 7 ein gebettet sind, erhält seine Elastizität durch zwei beiderseits eingeführte Schlitze 21, die mehrmals auf dem Umfang angeordnet sind.
Wird der Gewindering 15 angezogen, so schiebt sich seine Kegelfläche 16 auf die entsprechende Ge genfläche am Ring 17 und drückt diesen zusammen, so dass dadurch die Flachstahldrähte 7 - das heisst also die Laufbahnen der Zylinderrollen .2 - angestellt werden können. Der Gewindering 15 ist an einer Stelle durchgesägt, so dass er federn kann und durch geeignete Mittel ein Spiel im Gewinde ausgeschaltet werden kann. Eine Konusschraube bzw. ein konisches Klemmstück mit Schrauben 20 legt den Gewinde ring gegen ungewolltes Verdrehen fest.
Durch Anziehen des Gewinderinges wird eine vollkommen gleichmässige Anpressung der Laufdrähte 7 auf dem gesamten Lagerumfang gewährleistet. Ebenso erfolgt eine genaue Zentrierung im Gewinde selbst durch sattes gegenseitiges Anliegen der Ge windeflanken. Gleichzeitig erlaubt diese Ausführung die Vorspannung der Zylinderrollen in weiten Gren zen stufenlos ein- und auch, wenn nötig, nachzu stellen.
Dies ist wiederum möglich durch das den Radialschlitz 15' überbrückende konische Klemm stück, wie es z. <I>B.</I> Fig. <I>7b</I> zeigt und das aus einem eingesetzten Klemmstück 18 mit seitlichen Keil- flächen 19 besteht, die auf Flächen gleicher Nei gung am Gewindering aufliegen. Zwei Spann schrauben 20' erfassen beiderseits des Schlitzes 15' den Gewindering und das Klemmstück. So kann der Gewindering mit beliebig weit geöffnetem Schlitz schnell, sicher und in jeder Lage festgeklemmt wer den.
Ist die Beanspruchung der Drehverbindung eine solche, dass der Einsatz eines Gewinderinges zum Anstellen der Lager nicht mehr tragbar ist, können gewindelose Ringe eingesetzt werden. Zwei Ausfüh rungsbeispiele solcher gewindeloser Ringe zeigen die Fig. 8 und 9. In der Fig. 8 ist der kegelige Nach stellring 115 mit einem Flansch 23 versehen. Letz terer liegt gegenüber dem äusseren Tragring der Dreh verbindung und nimmt die Schrauben 120 auf, mit denen der Nachstellring angezogen werden kann.
In der rein schematischen Zeichnung ist zum Abdecken des Lagers ein Schutzring 24 eingezeichnet, der selbstverständlich bei einer konstruktiven Durchbil dung auch fehlen kann.
In Fig. 9 ist der Nachstellring mit 215 bezeich net. Er ist ebenfalls gewindelos, besitzt aber auch keinen Flansch mehr. Die Befestigungsschrauben 220 durchqueren den Ring selbst und erfassen an dessen Schmalseite den äusseren Tragring 208. Die Fig. 10, die in der Konstruktion derjenigen der Fig. 1 entspricht, dient zur Erläuterung des fol genden Problems: bei einer Anordnung von Kugeln und Zylinderrollen in einem Rollkreis in abwechseln der Reihenfolge muss es vermieden werden, dass der eine Wälzkörper den anderen überholen will und dadurch eine unerwünschte Reibung des voreilenden Wälzkörpers eintreten kann.
Ein solches Voreilen des einen Wälzkörpers ge genüber dem anderen wird dadurch vermieden, d'ass die Rollradien r. und r3 verschieden gross ausgeführt werden, und zwar nach der Funktion:
EMI0004.0010
wobei R den Radius des Rollkreises, r*l den Radius der Zylinderrollen und r.., und r. den halben Abstand der beiderseitigen Kugellaufflächen-Mitten bezeichnen.
Diese Funktion kann leicht erfüllt werden, weil die Kugellaufringe in beliebigem Abstand von der Kugelmitte angeordnet werden können und die Unter schiede von r, und r: nicht gross sind.
Eine Drahtkugelrollenlager-Drehverbindung mit einem Durchmesser von beispielsweise 980 mm, einer Kugelgrösse von 35 mm und einem Rollendurch messer von 36 mm würde einen Wert von etwa <B>12,37</B> mm für r. und 12,65 mm für r. ergeben.
Bei einer Bauweise, die von vornherein ein Spiel zwischen Kugeln und Drähten vorsieht, kann sich ein Voreilen einer Art von Wälzkörpern nur noch bei einer axialen Beanspruchung der Kugeln auswirken.
Die Fig. 11 zeigt als weiteres Beispiel ein Draht kugelrollenlager in Wechsellager-Bauform, die be sonders geeignet ist, einseitig wirkende hohe Axial lasten und auch Kipplasten aufzunehmen. Der äussere Tragring 308 nimmt für jedes Lager einen Gewindering 315 und 315' auf. Die Gewinderinge sind durch eine an sich bekannte Klemmung fest gelegt. Die Klemmung wird z. B. erzeugt durch Einbringen eines tangential verlaufenden Säge schnittes 25 in den Ring. Der durch diesen Ein schnitt erzeugte Lappen 26 wird mittels einer Schraube 320 angezogen und klemmt dadurch den Ring 315 fest.
Der Kräfteverlauf in dieser Ausführungsform ist ein anderer wie derjenige der Ausführung nach Fig.l. Während die axialen Kräfte in der Aus führung nach Fig. 1 von einer im Innenring angeord neten Laufbahn diagonal über die Kugel auf nur eine im Aussenring angeordnete Laufbahn übertragen wer den können, erfolgt nach der Ausführung in Fig. 11 die Übertragung von zwei im Innenring angeordneten Laufbahnen auf beide im Aussenring angeordneten Laufbahnen.
Da die aufgenommene Belastung mit zunehmen dem Stützwinkel kleiner wird, kann die bei einem Stützwinkel von 45 (entsprechend Fig. 1) aufgenom- mene Belastung lediglich kleiner sein als diejenige, die aufgenommen werden kann bei einem wesentlich kleineren Stützwinkel, wie ihn die Ausführung nach Fig. 11 zeigt. Da in letzterer zudem die Belastung von beiden Bahnen weitergeleitet wird auf wiederum zwei Bahnen, können mit dieser Ausführung sehr hohe Axiallasten aufgenommen werden.
Auch in der Aus führung nach Fig. 12 erfolgt die Weiterleitung der Axiallast von zwei Drähten im Innenring über die Kugel auf wiederum zwei Drähte im Aussenring. Von dieser Bauform können nur Axialkräfte aus einer Richtung aufgenommen werden.
In Fig. 1 erfolgt die Abstützung von Axialkräf- ten in wechselnder Richtung von je zwei diagonal gegenüberliegenden Drähten, während bei Fig. 11 auch wieder Axialkräfte in wechselnder Richtung von je vier Drähten abgestützt werden.
Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Drähte senkrecht zur Richtung der Last zusam mengerückt worden sind, so dass der Stützwinkel Lt und L., entsprechend kleiner wird. Die Drähte sind ausserdem so angeordnet, dass die Berührungspunkte 341, 342, 343 und 344 zwischen Kugeln 301 und Drähten 306 auf den gedachten Abrollkegel 327 mit dem Abrollwinkel B zu liegen kommen. Werden die Laufbahner. für die Kugeln möglichst schmal gehalten, wird die Sicherheit, dass keine unzulässige Lagererwärmung eintreten kann, erhöht.
Der Aussen ring 308 kann, wie dargestellt, aus zwei Hälften be stehen; er kann jedoch auch aus einem vollen Ring bestehen, ohne radiale Nachstellbarkeit. In letzterem Falle ist das Drahtrollenlager eng zu tolerieren. Durch Warmaufschieben der Drähte der Rollenlaufbahn kann dieser eine Vorspannung gegeben werden.