DE1775245A1

DE1775245A1 - Zweireihiges Pendelrollenlager mit Kaefig

Info

Publication number: DE1775245A1
Application number: DE19681775245
Authority: DE
Inventors: Henryk Dr Bobowicz; Lech Dipl-Ing Cedler; Piotr Dipl-Ing Kobylecki; Stanislaw Dipl-Ing Kulma
Original assignee: TS B KONSTRUKEJI LOZYSK TOCZNY
Current assignee: TS B KONSTRUKEJI LOZYSK TOCZNY
Priority date: 1967-07-21
Filing date: 1968-07-19
Publication date: 1971-07-08
Also published as: AT296695B; FR1575007A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF ■

PATENTANWÄLTE ( ' / S MÜNCHEN 2, HILBLESTRASSE 2O Dr. Berg Dipl.-Ing. Stapf, 8 München 2, Hilblestraße 20

Ihr Zeichen Unser Zeichen VI/.-J 17 b 1 2 D°f"m \%, JuH 1968

Anwaltsakte VJ 512 i

''Jentralne Biuro Konyfcrukcji Lozy.sk IVocznych, »/arszawa/Polen

Zweireihi^ea Pendelrollenlager mit Käfig

(le-genatarrl der Erfindung iut ein zv/eireihiges Pendelrollenla^tjr mit Ilaoha birni^en Pendelrollen, mit einem massiven r.-aif', und einem üctiwimnieriden ütabiliaierungsring, dessen oeitenflfjO/iQn, die mit den Pendelrollenstirnen in Berührung kommen, von konvexer (iystaib aind.

Aufgabe dea iitabiliaieruiiguringes, auch ü'ührungsring genannt, in zweireihigen Pendelrollenlagern ist die Erhaltung

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* (MH). *5 Ii 20 8) Telegramm·ι PATENTEULE MOnchen Bank. Bayerlich· V«r«lnibank Manchen «3 100 Po»Uch«cki München 653 43

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des Rundlaufes der Pendelrollen im Betrieb, d.h. die Stabilisierung der Lage der Rotationsachsen der Pendelrollen.

Überdies ermöglicht der Stabilisierungsring eine Längsverschiebung beider Pendelrollenreihen im Falle einer zusätzlichen Belastung des Lagers durch Längskräfte, was eine gleichmäßige Verteilung der Belastung auf beide Pendelrollenreihen sicherstellt.

Bei den bisher bekannten Pendelrollenlagern mit schwimmendem Stabilisierungsring, wie z.B. nach der polnischen Patentschrift 36 636 oder der österreichischen Patentschrift 173 412 sind die Seitenflächen dieses Ringes, die mit den Pendelrollensbirnen in Berührung kommen,von konkav-kugeliger Gestalt. Derartige Läger arbeiten nur dann gut, wenn die Pendelrollenstirnen konvex-kugelig sind, wobei sowohl ψ die Seitenflächen des Stabilisierungsringes (1) als auch die Pendelrollenstirnflächen (2) den gleichen Radius R haben, der in dem Schnittpunkt der Rotationsachse der Pendelrollen mit der Hauptachse desLagers (Fig.1) liegt. Die Berührung der Pendelrollen mit dem Stabilisierungsring ist in diesem Falle eine Flächenberührung (das gestrichelte Feld in Fig.2). Jedoch ist die Ausführung von Pendelrollen mit konvexen Stirnen schwierig, so daß Lager mit flachstir- nigen Pendelrollen eine größere Verbreitung gefunden haben.

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In Pendelrollenlagern herkömmlicher Konstruktion erfüllt ein in Gestalt eines Schwalbenschwanzes ausgeführtes Zentrierorgan auf dem Innenring _t dessen Seitenflächen abgestumpfte Kegel mit konkaver oder linearer Erzeugenden bilden, die Rolle des Stabili-sieiungsringes. Wenn die Erzeugende konkav ist und von den: vom Schnittpunkt der Rotationsachse der Pendelrollen mit der Hauptachse des Lagers aus | eingezeichneten Radius gebildet wird und die lendelrollenstirnen flach sind, so ist die Berührung der lendelrollen mit dem Stabilisierungsring linear (in dem ruhenden lager) wie dies mit der verdickten Linie in Fig. 5 geneigt ist.

Dahingegen erfolgt bei einer linearen Erzeugenden die Berührung an zwei Punkten (punkte G-G in Jig.4).

WO irend der Rotationsbewegung des Lagers verändert sich die lineare (aus der Fig.5) bzw. Zweipunktberührung (aus der Fig.4) in eine Einpunktberührung, wie dies in Fig. 5 gezeigt wird (Punkt ü). Dies ist die Folge der unterschiedlichen Umkreisgeschwindigkeiten in den einzelnen Berührungspunkten der Pendelrollen mit der Laufbahn des Innenringes, was sich aus der Zeichnung in Fig. 1 ergibt. Infolge der Meigung der Laufbahn ist nämlich der Durchmesser d in den einzelnen Querschnitten des Innenringes veränderlich, und in der Nahe der Ringmitte tritt d_m ■ und in der Nähe seiner

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Stirnflächen d_min auf. In diesem fälle wird· iii ö^^ die größte Umkreisgesöiiwindigkeit IT . und in d .·. V..^

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ten. Daraus folgt, daß es in Lagern mit öymiiietr lochen Pendelrollen keine reine rollende Bewegung, der Pendelrollen in den Laufbahnen des iiinenrInges gibtj So daß in der Nähe des Stäbilisierungsringes Gleitungen auftreten« Wenn ein solches Lager mit einer Querkraft Belastet wirdj werden an den Gleitstellen Reibungskräfte T₁ auftreten* die die Reibungsmomente M₁ mit dem Arm a "bilden,- wie' ties in I¹Ig* 5 gezeigt wird, d*h."M- = T₁ * a. ■

Infolgedessen erleidet die Pendelrolle Sine Querverschiebung (innerhalb der Spielraumgrenzen im Käfignest) ■$■ $.*n# 'daß ihre Rotationsachse um den Winkel & 2h verdreht wird" ι

Es ist offensichtlich, daß eine derartige Querverschiebung der Pendelrollen deren Anliegefläche an der Laufbahn, des In^ nenringes verringert, indem sie eine Erhöhung der Flächenpressung und eine vorzeitige Abnutzung der Laufbahn (pitting) sowie der Rollflächen der Pendelrollen verursacht. Die Querverschiebung der Pendelrollen ruft eine Erhöhung des Drucks auf die Führungsflächen in den Käfignestern hervor, deren Folge eine vorzeitige Abreibung derselben ist. Je größer die Kraft T₁ wird, desto größer werden diese Drücke sein. In

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dem Ivlaße, in dem die Käfignester abgerieben werden, vergrößert sich der Spielraum der Pendelrollen in diesen Mestern und damit vergrößert sich die Querverschiebung mit allen beschriebenen Folgen. Den beschriebenen Erscheinungen der Querverschiebung wirken jedoch die Reibungskräfte > im Punkt G der Berührung der Pendelrolle mit dem Stabilisierungsring entgegen. Die Resultante dieser Kräfte Tp bil- ä det das Koment Mp = Tp ⁹ ^b>

ist ersichtlich, daß der Punkt C der Berührung sich auf dem Rand des 3fcabilisierungsringes befindet. Die Punktberührung am Rande ruft die bekannte Erscheinung einer Stauung der Berührungsspannungen hervor, deren Nachteile keiner besonderen Erläuterungen bedürfen.

Infolge des Punktkontaktes der Pendelrollensbirnränder mit eiern Rand des ötabilisibrungsringes und der gestauten Beri.hrungsapannungen tritt ein rascher Verschleiß der Stirnfluchen an den Radern dieses Ringes auf. oomit erfolgt ein stufenweiser uchwund seiner ütabilisierungseigenschaften, was im Ergebnis eine Steigerung des Reibungsmomentes im Lager infolge der Vür-klemmung der querversetobenen Pendelrollen hervorruft.

Infolge dieser Erscheinungen britt die oben beschriebene Abnutzung der Laufbahnen (pitting) auf, also eine Verkürzung der Lebensdauer des Lagers.

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Leitgedanke der Erfindung ist es, eine derartige optimale Gestaltung der Berührungsfläche des Stabiliaierungsringes mit den flachen Pendelrollenstirnen zu finden, die eine rasche Abnutzung dieser Flächen verhütet, gleichzeitig aber in Produktionsverhältnissen leicht ausführbar ist. Diesen Bedingungen entspricht jede beliebige konvexe Gestalt, . insbesondere aber ein vom Radius r gezogener Bogen, sofern die Tangente im Mittelteil dieser Konvexität (Punkt D in Pig. 6) unter dem Winkel ß, der kleiner ist als der Winkel Οζ der Neigung der Rotationsachse der Pendelrollen zur Hauptachse des Lagers, geneigt sein wird, wie dies in Pig. 6 gezeigt ist, in welcher der schwimmende Stabilisierungsring 1 die vom Radius r geschaffenen Seitenflächen 3 hat, die Tangente B-B dagegen in dem in der Mitte der Konvexität be„-findlichen Punkt D um den Winkel ß< (X genoigt ist,

ψ Die Optimalwerte des Winkels ß und des Radius r werden derart festgelegt, daß sich die zweipunktige Berührung mit dem Stabilisierungsring bei Nullbelastung in dem sich im Ruhezustand befindenden Lager in der Mitte der Konvexität und auf halber Höhe des Querschnitts des Stabilisierungsringes (Punkt G in Pig. 7) oder aber in unmittelbarer Nähe dieser Mitte befindet.

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Das Lager mit schwimmendem Stabilisierungsring zeichnet sich durch große Bebriebselaatizität aus und ist imstande, außer 109828/0910

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der Querbelastung "bedeutende Axialkräfte aufzunehmen, wobei hier eine gleichmäßige Verteilung der Belastungen auf "beide Pendelrollenreihen sichergestellt ist in ähnlicher Weise, wie dies "bei dem Lager nach der polnischen Patentschrift 36 636 der Fall istj jedoch ist die Herstellung des erfindungsgemäßen Lagers bei weitem einfacher.

Bei Belastung des Lagers durch eine Axialkraft verschieben sich die Pendelrollen (innerhalb der Grenzen des Radius-Spielraumes) um die Größe *5» 1, indem sie gleichzeitig den Stabilisierungsring um die Größe Δ 1 sec O< (siehe Zeichnung in Pig. 8) verschieben, wobei der Neigungswinkel der Rotationsachse der Pendelrollen sich um einen gewissen 7/ert <$ (X erhöht, was gleichbedeutend mit einer Änderung der Neigung der Pendelrollenstirn um den gleichen Wert Δ CX ist.

Dann werden sich in der einen Pendelrollenreihe deren Berührungspunkte mit dem Stabilisierungsring geringfügig um den Wert Δ m aus der Mitte der konvexen Fläche in der Richtung der Lagerachse (vom Punkt C zum Punkt C) verschieben. In der zweiten Reihe dagegen werden sich die Berührungspunkte um den gleichen Wert in entgegengesetzter Richtung verschieben. So bleibt also die Berührung auch weiterhin auf der konvexen Oberfläche, aber auf einem anderen Umkreis, der um die Größe -Am verschoeben ist. Dies ist der wesent-

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liehe "Vorteil des Pendelrollenlagers mit konvexem Stabilisierungsring, der mit flachstirnigen Pendelrollen in Berührung kommt. In einem solchen Ring gibt es keine Randspannungen, denn der Druck der Pendelrollen wird infolge des entsprechend gewählten Wertes des Winkels ß im Mittelteil des Querschnitts dieses Ringes übernommen, so daß also die Abnutzung seiner Seitenflächen in hohem Maße gehemmt ist.

Das auf die beschriebene Weise hergestellte Lager besitzt eine weit längere Lebensdauer bzw, hat bei der gleichen Lebensdauer eine größere dynamische Belastbarkeit.

Ein solches lager kann sowohl mit symmetrischen als auch unsymmetrischen Pendelrollen gebaut werden.

Einen weiteren Teil der Erfindung bildet der massive Käfig zum beschriebenen Lager. Die bisher bekannten massiven Käfige zu zweireihigen Pendelrollenlagern haben eine einseitige Führung, und die Nester für die rollenden Elemente sind in denselben an der einen Seite offen. Diese Käfige weisen, neben wesentlichen Vorteilen gegenüber den .aus Blebh gepreßten Käfigen, eine Reihe von Nachteilen auf. Ils wichtigste -Nachteile sind folgende anzuführen:

1. eine durch die einseitige Führung hervorgerufene ungenügende Stabilität des Käfigs,

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2. ungenügende Steifheit der Scheidewände zwischen den Nestern zur Führung der Pendelrollen; diese, mit dem Käfigkörper nur einseitig verbundenen Scheidewände werden während des Betriebs des Lagers Biegungen ausgesetzt und weisen eine Bersttendenz am Ansatz auf,

3. Einpunktführung der Pendelrollen in den Käfignestern,

und bestenfalls eine lineare führung, die bis auf die Hälfte ä der Pendelrollenlänge beschränkt ist,

4. die offene Käfigkonstruktion, was eine kompliziertere, also kostspieligere Konstruktion des Lagers (mit Rändern an den Stirnflächen des Innenringes) zur Sicherstellung der Pendelrollen gegen Herausfallen bei geneigter Stellung des Innenringes, erforderlich macht,

5. Mangel an Schutz gegen die Verunreinigung des Lagers, da sämtliche Pendelrollen nach außen vollkommen offen sind.

Die erfindungsgemäße Konstruktion des Käfigs eliminiert vollständig oder teilweise sämtliche genannten Nachteile.

In Pig. 9 wird der Halblängsschnitt des zweireihigen Pendelrollenlagers mit dem erfindungsgemäßen Käfig gezeigt. Der' Käfifi' besteht aus dem Körper 4- und dem Verstärkungsring 5. Der Körper dea Käfigs wird auf einem Stabilisierungsring 1 oder aber (im Falle, daß ein Käfig in Lagern traditioneller

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Konstruktion verwendet wird) auf dem Zentrierorgan 6 des. Innenringes 7 geführt. Der Verstärkungsring 5 wird auf der Verlängerung der Laufbahn des Innenringes 7 geführt. Der Käfigkörper und der Verstärkungsring sind miteinander mit Hilfe von standardisierten Verbindungselementen 8 wie ■< ■ . Dübel, gekerbte Dübel, Nietdübel, Schrauben u.a.m.- fest, ver- * bunden. Dabei sind diese Elemente derart-angeordnet, daß ihre Achsenverlängerungen sich in einem sich auf der Längs-· achse des Lagers befindenden Punkt treffen.

Eine derartige Anordnung der Verbindungselemente gewährleistet eine dauernde Verbindung der beiden Käfigteile. Diese Verbindung kann auch mittels Metall verbindenden Klebstoffen hergestellt werden, wie z.B. Epoxydklebstoffen oder a.m.: In diesem Käfig ist die Gestalt der Fester zur Führung der Pendelrollen vollständig oder teilweise der Gestalt der Pen-" delrollen angepaßt. Diese Nester sind sowohl im Körper 4 als auch im Verstärkungsring 5 ausgebildet, wobei die Nester im Verstärkungsring eine Verlängerung der Nester"im Körper sind, wie dies in Fig. 10 gezeigt wird.

Eine derartige Konstruktion sichert eine gute doppelseitige Führung des Käfigs auf dem Innenring und Uucn eine Zweipunktführüng: der Pendelrollen im Käfig (in den Punkten m ' und n). In Fig. 11 wird der Längsschnitt des ei*findungsge- <■^Ä

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mäßen Käfigs, in Fig, 12 die Sicht des Körpers 4 von der Westseite aus und in Fig. 13 der Verstärkungsring 5 ebenfalls von der Nestseite aus gesehen, gezeigt.

In gewissen Fällen kann man.in Pendelrollenlagern auf den Stabilisierungsring verzichten. Das gilt in solchen Fällen, in denen ein großes Pendelrollenlager unter leichteren Betriebsbedingungen arbeitet und einzig und allein durch eine statische &raft belastet wird. Doch bedarf eine derartige Lösung einer andersartigen Konstruktion des Käfigs.

In Fig» 14 wird der Halbq.uerschnitt des Lagers mit einem den Bedingungen in einem Lager ohne Stabilisierungsring angepaßten Käfig gezeigt. Die Konstruktion dieses Käfigs unterscheidet sich von der oben beschriebenen dadurch, daß der Körper 4 einen Flansch 9 ha't, der zur Führung des Käfigs unmittelbar, auf der zylindrischen Oberfläche 10 des Innenringes 7, die zwischen den Laufbahnen dieses Ringes gestaltet ist, bestimmt ist, .

In Fig. 15 wird der Halblängsschnitt eines zweireihigen Pendelrollenlagers mit einer weiteren Abwandlung des massiven Käfigs gezeigt. Dieser Käfig ist für beide Pendelrollenreihen gemeinsam und besteht aus drei Teilen» dem Körper 11 und zwei Führungsringen 5, die auf den Verlängerungen der Lauf-

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bannen des Innenringes geführt werden. Die Verstärkungsringe sind mit dem Körper in gleicher Weise.verbunden wie bei den beiden vorbeschriebenen Ausführungen. In Pig. 16 ist ein Fragment dieses Käfigs von oben gesehen gezeigt. Ein solcher Käfig ist für Lager ohne Stabilisierungsring, in dem ausschließlich nur Radialkiäfte auftreten, geeignet. Die Konstruktion eines solchen Lagers gestattet es, die Tragfähigkeit des Lagers um ca.7fo zu erhöhen.

Durchgeführte Untersuchungen haben erwiesen, daß sich unter schwierigen Betriebsbedingungen, in denen große dynamische Kräfte auftreten, zweireihige Pendelrollenlager mit massiven erfindungsgemäßen Käfigen durch eine vervielfachte Lebensdauer im Vergleich mit konventionellen Konstruktionen auszeichnen.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

to Zweireihiges Pendelrollenlager mit flachstirnigen Pendelrollen und einem schwimmenden Stabilisierungsring, dadurch gekennzeichnet, daß der Umriß der Seitenflächen (5) des Stabilisierungsringes (1) von konvexer Gestalt ist, die derart gebildet wird, daß die Tangente 3-B an diesen Umriß ä in dem Punkt (D), der sich in der Mitte der Konvexität befindet, unter einem >/inkel (ß), der kleiner ist als der Neigungswinkel ((X) der Rotationsachse der Pendelrollen zur Hauptachse des Lagers geneigt ist.
2. iiassiver, geschlossener Käfig für zweireihige Pendelrollenlager mit doppelseitiger Führung, wobei die eine Seite aes Käfigs auf dem Umkreis des Stabilisierungsringes (6), der zwischen den Laufbahnen des Innenringes gebildet ist,bzw. aes lose auf den Innenring aufgesetzten Hinges (1) geführt wird, während die zweite Seite auf der Verlängerung der Laufbahnen des Innenringes geführt wird, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei Teilen besteht: dem Körper (4) und dem .Verstärkungsring (5)» die miteinander mittels bekannter Verbindungselemente (8) wie Dübel, gekerbte Dübel, Nietdübel, Schrauben und dergl. fest verbunden sind.

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3. Käfig gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Körper (4) und auch in dem Verstärkungsring (5) die Gestalt der Nester zur Führung der Pendelrollen vollständig oder teilweise der Gestalt der Pendelrollen angepaßt ist,

' wobei die Umrisse der Uester im Verstärkungsring die Verlängerungen der Umrisse der Hester im Körper darstellen.
4. Käfig nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsring (5) mit dem Körper (4) mittels Klebstoffen zur Verbindung von Metallen, wie z.B. Epoxydklebstoffe oder dergl., verbunden ist.
5. Abänderung des Käfigs nach einem der Ansprüche 2 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (4) einen Flansch (9) hat, der der Führung des Käfigs unmittelbar auf einer zylindrischen Bahn (10) des Innenringes zwischen den Laufbahnen dieses Ringes dient.
6. Abänderung des Käfigs nach einem der Ansprüche 2 bis

5, der beiden Pendelrollenreihen gemeinsam ist, dadurch gekennzeichnet, daß er aus drei Teilen bestehts dem Körper (11) und zwei Verstärkungsringen (5), die auf den Verlängerungen der Laufbahnen des Innenrings geführt wird.

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