DE1040852B - Vorrichtung zur Verhinderung der Riefenbildung in Waelzlagern - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Verhinderung der Riefenbildung in Wälzlagern Die Erfindung betrifft die Anwendung von Wälz lagern in Lagerungen mit relativ stillstehenden Wellen und umlaufender Lagerkraft: Das heißt in Lagerungen, bei denen Welle und Lagerkörper im Betriebszustand der die Lagerung enthaltenden Maschine zeitweise oder vornehmlich keine Winkeldrehung gegeneinander ausführen, die Lagerkraft jedoch relativ zum Lager umläuft. Wenn bei solchen Lagerungen der Wälzkörperring ebenfalls keinen Umlauf im Lager ausführt, so entstehen unter der Einwirkung der umlaufenden Lagerkraft Riefen an den Berührungsstellen der Wälzkörper mit den Wälzbahnen, wodurch das Lager beschädigt wird. Der Zweck der Erfindung ist die Verhinderung der Riefenbildung bei so angewendeten Wälzlagern durch Erzeugung eines sicheren Wälzkörperumlaufes.
• Es sind zahlreiche Vorrichtungen zur Verhinderung von Beschädigung in Wälzlagern bekannt. Sie betreffen entweder Wälzlager in stillstehenden, aber äußeren Schwingungen ausgesetzten Maschinen ohne umlaufende Lagerkraft. In diesem Falle zielen die Vorrichtungen darauf ab, die Welle langsam anzutreiben, oder sie so festzuklemmen, daß die Wälzlager von Relativbewegungen befreit werden. Oder die Vorrichtungen betreffen Wälzlager mit rotierenden Wellen: Hier kann es sich entweder darum handeln, Einbau- oder Rundlauffehler zu kompensieren oder die Wirkung von Stößen zu mindern. In diesem Falle werden Vorrichtungen zur federnden Befestigung von Wälzlagern oder federnde Laufbahnen verwendet. Oder es handelt sich um rotierende Wälzlager - insbesondere für den Kurbelzapfen -, bei denen das Abbremsen und Gleiten der in der lastfreien Zone befindlichen Wälzkörper verhindert werden soll. In diesem Falle zielen die Vorrichtungen darauf ab, die Lagerluft zu beseitigen, um die Wälzkörper überhaupt nicht lastfrei werden zu lassen oder die Wälzkörper durch federnde Andrückung an eine Laufbahn unausgesetzt anzutreiben. Die federnden Andrückorgane haben dabei den Charakter von Hilfslaufbahnen, die zusammen mit der Hauptlaufbahn eine Einheit bilden.
• Solche bekannten Vorrichtungen erreichen bei Wälzlagern mit relativ stillstehenden Wellen und umlaufender Lagerkraft nicht den Zweck, die Riefenbildung zu verhindern, weil sie nicht geeignet sind, einen sicheren Umlauf des Wälzkörperringes zu erzeugen. Das hängt - wie in nachfolgender Beschreibung der Wirkungsweise noch im einzelnen ausgeführt wird - damit zusammen, daß die Wälzkörper nach ausgeführter Abrollbewegung in Fortschrittsrichtung auf einer Laufbahn von der anderen federnd wirkenden Laufbahn überhaupt nicht frei kommen und von ihr daher wieder in ihre Ausgangslage zurückgerollt werlen. Sofern Hilfslaufbahnen zur federnden Andrückung der Wälzkörper verwendet werden, besteht außerdem noch der Nachteil, daß die zur Aufnähme der Lagerbelastung nutzbare Lagerfläche vermindert wird.
• Ferner sind Vorrichtungen für Wälzlager bekannt; die geeignet sind, durch -schrittweise Bewegung der Wälzkörper einen Umlauf des Wälzkörperringes zu erzeugen. Das wird dadurch erreicht, daß die eine Bewegungsrichtung der Wälzkörper auf den Wälzbahnen durch dünne Klemmkörper gesperrt wird, die sich, in Umfangsrichtung federnd, mit selbsthemmender Wirkung in den zwischen Wälzkörper und Wälzbahn gebildeten Keil zwängen. Auch bei solchen Vorrichtungen bilden Käfig, Wälzkörper und Federn eine Einheit. Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art findet ein Umlauf des Wälzkörperringes jedoch nur statt, wenn die Welle Hin- und Herdrehbewegungen ausführt, wobei in Sperrichtung der Lagerkörper mitgenommen wird (angetrieben wird). Solche bekannter Vorrichtungen bewirken bei Wälzlagern mit kreisender, aber nicht rotierender Welle und stillstehenden Lagerkörper - wie für den Erfindungsgegenstand vorausgesetzt - nicht den erstrebten Wälzkörperumlauf, weil die eine schrittweise Bewegung der Wälzkörper erzeugende Hin- und Herdrehbewegung der Welle nicht vorhanden ist und eine kreisende Bewegung der Welle sich infolge der die Lagerluft beseitigenden Wirkung der gefederten Klemmkörper nicht ausbilden kann.
• Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bilden Wälzkörper und Käfig eine in sich abgefederte Einheit. Die Abfederung der Wälzkörper erfolgt derart, daß diese radial an eine Wälzbahn angedrückt werden. Die Wälzbahnen werden jedoch durch die Federn nicht berührt. Durch eine so gestaltete Käfigeinheit wird unter Beibehaltung der Lagerluft die_freie Drehbarkeit der Welle in beiden Richtungen nicht beeinträchtigt und bei Verwendung von Walzen als Wälzkörper auch die axiale Verschieblichkeit der Welle nicht beeinträchtigt. Durch diese Anordnung wird einerseits erreicht, daß der durch die Abrollbewegung der Wälzkörper erzeugte Fortschrittsweg spielfrei auf den Käfig übertragen wird und andererseits, daß die Wälzkörper unter der Wirkung ihrer federnden Andrückung an die Wälzbahn in ihrer durch die Abrollbewegung erreichten Endlage auf dieser Wälzbahn verharren, also nicht wieder in ihre Ausgangslage zurückkehren können. Die aufeinanderfolgenden und auf den Käfig übertragenen Fortschrittswege der einzelnen Wälzkörper setzen sich in diesem zu einem Umlauf zusammen, so daß bei aufeinanderfolgenden Umläufen der Lagerkraft immer wieder andere Berührungsstellen von Wälzbahnen und Wälzkörpern beansprucht werden.
• Solche Lagerungen mit relativ stillstehenden Wellen und umlaufender Lagerkraft kommen vornehmlich in Getrieben vor, bei denen die Lagerkraft im Raum stillsteht, während die Welle mit dem auf ihr gelagerten, aber drehfest verbundenen Lagerkörper sich dreht: So z. B. Lagerungen von Zahnrädern in Zahnradschaltgetrieben, von Reibscheiben in stufenlos verstellbaren Reibscheibengetrieben, ferner von Kupplungsnaben bei Drehmomentbegrenzungs- oder Schaltkupplungen. Werden in den genannten Anwendungsfällen Wälzlager bekannter Ausführungsart verwendet, so besteht die Gefahr, daß die auf den Wälzbahnen nicht umlaufenden Wälzkörper, die ihre Lagerkraft (Schwellkraft) örtlich konzentriert gegen ihre Pressungsflächen richten, diese sehr schnell zerstören. Die Zerstörung entsteht - wie die Praxis zeigt - weniger durch Dauerausbrüche an den Pressungsstellen, als durch einen mulden- oder rinnenförmigen Verschleiß (Riefen) an den Wälzbahnen, der durch kleine Bewegungen zwischen Wälzkörpern und Wälzbahnen hervorgerufen wird. Diese Bewegungen andererseits sind offensichtlich nicht ohne weiteres geeignet, einen sicheren Umlauf der Wälzkörper auf ihren Wälzbahnen zu erzeugen. Bei den in solchen Lagerungen als Wälzkörper vorzugsweise verwendeten Walzen bzw. Nadeln führt z. B. die Axialkomponente der Bewegung nur zu Verschleiß, ohne die Fortschrittsbewegung der Wälzkörper zu fördern. Wird nun der Wälzkörperring durch Anwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Ausnutzung der schrittweisen Bewegung der Wälzkörper zum sicheren Umlauf gebracht, so werden ihre Pressungsflächen gleichmäßig über die ganze Lauffläche von Welle und Lagerbohrung verteilt. Somit wird das örtliche Eingraben der Wälzkörper in die Wälzbahnen vermieden, die Wälzbahnen bleiben glatt, und der Verschleiß wird auf die gesamte Oberfläche von Wälzkörpern und Wälzbahnen gleichmäßig verteilt. Zumal die Hertzschen Pressungsflächen bei nicht umlaufenden Wälzkörpern nur einen kleinen Bruchteil der gesamten Lagerlauffläche bedecken, nimmt die Verschleißtiefe und damit die Lagerluft sehr viel schneller zu als bei umlaufenden Wälzkörpern. Durch Verwendung erfindungsgemäßer Vorrichtungen kann also die Lebensdauer dieser Lagerungen auf ein Vielfaches erhöht werden und die Erhaltung der Gängigkeit der Lagerungen gesichert werden.
• Die schrittweise Bewegung der Wälzkörper entsteht bei Wälzlagern mit relativ stillstehenden Wellen und umlaufender Lagerkraft auf folgende Weise: Die umlaufende Lagerkraft P, welche nach Fig. 1 von Wellet auf Lagerkörper 2 wirkt, nutzt die Lagerluft L in einer ebenfalls umlaufenden Richtung aus, um eine Kreisbewegung des Mittelpunktes von 1 auf den von 2 zu erzeugen. Es kreist also Welle 1 in Lagerkörper 2 um dessen Mittelpunkt, ohne eine Winkeldrehung gegen diesen zu machen. Waagerechte Markierungslinien ml und m2 bleiben beim Kreisen von 1 stets zueinander parallel. An den Lagerflächen von 1 und 2 findet somit eine Gleitbewegung statt. Legt man nun nach Fig. 2 an die Berührungsstelle zwischen 1 und 2 einen rollfähigen Körper 3 (Wälzkörper), so rollt dieser - bezogen auf den Umlaufsinn von P - in 2 vorwärts und auf 1 rückwärts (Fig. 3). Bei weiterem Umlauf von P kommen andere Wälzkörper »in Eingriff«, und der betrachtete Wälzkörper 3 wird frei, kommt außer Kontakt mit 1 und beteiligt sich nicht mehr an der Übertragung der Lagerkraft P. In der lagerkraftfreien Zeit unterliegt der Wälzkörper anderen Kräften als dem Reibungsschluß durch die Lagerkraft, die, wie Versuche zeigen, im allgemeinen die Wirkung haben, den Fortschrittsweg des Wälzkörpers auf 2 wieder rückgängig zu machen. Diese anderen Kräfte können herrühren von den Wirkungen der schweren und trägen Masse des Wälzkörpers, vom Schmiermittel oder von den seitlichen Führungen des Wälzkörpers. Ein Fortschrittsweg des Wälzkörpers ist im allgemeinen viel kleiner als die Luft in seinem Führungskäfig und reicht daher nicht aus, um den Käfig zur Umfangsbewegung anzustoßen. Wenn der Wälzkörper in seiner iagerkraftfreien Zeit wieder in seiner Käfigbohrung zentriert wird (in seine Ausgangslage zurückkehrt), kann der Bewegungsablauf von neuem beginnen, ohne daß der Käfig mit seinen Wälzkörpern einen Umlauf ausführt.
• Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden durch die zwischen Käfig und Wälzkörpern vorhandene Abfederung die Wälzkörper einerseits radial an eine Wälzbahn, z. B. an 2, angedrückt, und andererseits wird das Bewegungsspiel der Wälzkörper gegen den Käfig elastisch beseitigt. Dadurch wird der Fortschrittsweg des betrachteten Wälzkörpers 3 auf den Käfig übertragen, aber die Möglichkeit der Rückkehr in seine Ausgangslage, bezogen auf 2 nach dem Freikommen von 1, unterbunden. Die kleinen Fortschrittswege von 3 auf 2 müssen sich jetzt ohne Verlust zu einem sicheren Umlauf zusammensetzen, und zwar erfolgt der Umlauf nach Fig. 4 im Sinn des Kraftumlaufes (Vorwärtslauf), wenn die Wälzkörper nach außen gegen die Lagerbohrung 2 gedrückt werden und nach Fig. S gegen den Sinn des Kraftumlaufes (Rückwärtslauf), wenn die Wälzkörper nach innen gegen die Welle 1 angedrückt werden und verbunden mit dieser eine Kreisbewegung von 1 um den Mittelpunkt von 2 ausführen. Allein schon aus der Umkehr des Umlaufsinnes kann man erkennen, daß der Umlauf unbestimmt sein muß, wenn die Wälzkörper in der lagerkraftfreien Zeit weder der Bewegung der Welle noch dem Lagerkörper zugehörig sind, sondern sich »irgendwie« zwischen den Wälzbahnen von Welle und Lagerkörper befinden.
• Geschieht aber die Andrückung der Wälzkörper - wie bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art -durch eine federnd wirkende Laufbahn oder Hilfslaufbahn, dann kann zwar durch elastische Nachgiebigkeit der beteiligten Körper die Welle unter dem Einfluß der umlaufenden Lagerkraft noch eine kreisende Bewegung ausführen, aber die Wälzkörper kommen von der Laufbahn oder Hilfslaufbahn nicht mehr frei. Befindet sich der betrachtete Wälzkörper 3 bei der in Fig. 2 gezeichneten Richtung der Kraft gerade in Fortschrittsbewegung, dann kehrt sich bereits nach einem Weiterlauf der Kraft um 90° die Abrollrichtung des Wälzkörpers um und sowohl nach 180° als auch nach 360° Kraftumlauf gelangt er wieder in seine in Fig. 2 gezeichnete Lage zurück.
• In den Fig. 6 bis 9 sind Wälzkörperringe mit erfindungsgemäßer Ausbildung der Wälzkörperabfederung dargestellt. Alle dargestellten Wälzkörperringe bilden eine einbaufertige Einheit und können zusammen mit den normalen Laufbahnen von Welle und Lagerkörper verwendet werden, wie sie bei den üblichen Wälzlagern ohne federnde Andrückung der Wälzkörper ausgeführt werden.
• Nach Fig. 6 werden an vier symmetrisch verteilten Stellen des Umfanges Blattfedern 4 zwischen Stege 5 des Käfigs 6 und den beiden benachbarten genuteten Walzen 7 eingehängt. Diese Art der Abfederung läßt sich auch noch bei sehr kleinen Durchmessern der Walzen ausführen und hat trotzdem den Vorteil, daß der größere Teil der Walzen ohne Nut bleibt, wodurch scharfkantige Verschleißmarkierungen an den Laufflächen vermieden werden, die die Axialverschieblichkeit der Welle beeinträchtigen könnten.
• Nach Fig. 7 werden Federbleche 4 auf den Käfig 6 zwischen den Wälzkörpern aufgenietet. Diese Ausführung ist vorzugsweise für größere Wälzkörper geeignet.
• Nach Fig. 8 werden Federn 4 in der Teilfuge eines geteilten Käfigs 6 und 6' angeordnet, die die Käfighälften auseinanderdrücken.
• Nach Fig. 9 wird ein bei 8 geschlitzter federnder Käfig mit solchen Abmaßen hergestellt, daß er im eingebauten Zustand seine Wälzkörper mit Federspannung an eine der beiden Wälzbahnen andrückt.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Wälzlager für eine in beiden Drehrichtungen frei drehbare Welle, bei dem die Wälzkörper zur Verhinderung der Riefenbildung radial federnd gegen eine Laufbahn angedrückt und schrittweise in einer Richtung bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in Anwendung einer federnden Lagerung von Wälzkörpern bei relativ stillstehendenWellen, aber relativ umlaufender Lagerkraft (kreisende Bewegung der Welle ohne gleichzeitige Winkeldrehung) die Wälzkörper und der Käfig eine in sich abgefederte Einheit bilden, die mit Lagerspiel in die Lagerbohrung eingesetzt ist, und zwar derart, daß die Wälzkörper zwar bei Berührung mit beiden Wälzbahnen eine Abrollbewegung ausführen, aber bei Freikommen von einer Wälzbahn ausschließlich unter dem Einfluß ihrer Abfederung in ihrer durch die Abrollbewegung erreichten Endlage verharren, so daß sich in bekannter Weise die kleinen Schritte der abgefederten Wälzkörper zu einer Drehbewegung des Käfigs zusammensetzen.
2. 2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß nur ein Teil der Wälzkörper durch federnde Verbindung mit dem Käfig eine Andrückung erfährt.
3. 3. Wälzlager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens zwei Stellen des Käfigumfanges Federn zwischen zwei benachbarten genuteten Walzen und dem dazwischenliegenden Steg des Käfigs eingehängt sind.
4. 4. Wälzlager nach Anspruch 1, vorzugsweise für große Wälzkörper dadurch gekennzeichnet, daß zur Abfederung der Wälzkörper Federbleche rundherum auf die Käfigstege zwischen den Wälzkörpern aufgenietet sind.
5. 5. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Wälzkörper tragender, in seiner Achsebene geteilter Käfig in seiner Teilfuge Federn besitzt, die die Käfighälften auseinanderdrücken.
6. 6. Wälzlager nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß ein die Wälzkörper tragender, längs einer Mantellinie aufgeschlitzter Käfig selbst nach innen oder außen federt. In Betracht gezogene Druckschriften.: Deutsche Patentschriften Nr. 759 727, 539 211, 538 272, 520 265, 506 592, 412 593, 399 422, 399 3,31, 389 786, 327 651; österreichische Patentschrift Nr. 108 320; britische Patentschriften. Nr. 206 530, 161911, 130 803; USA.-Patentschriften Nr. 2 473 267, 1885 914; französische Patentschriften. Nr. 1008 263, 575 839, 498 ,334, 415 525, 410 802.