DE19750113A1 - Wälzlager/Wälzführung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager zur Abstützung von
sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegenden
Maschinenteilen, insbesondere Radial-Nadellager, bestehend
aus zwei Lagerringen, zwischen deren sich
gegenüberstehenden Laufflächen Rollkörper, vorzugsweise in
Form von Nadeln, ablaufen, wobei wenigstens einer der
beiden Lagerringe als Gleitring ausgebildet ist und an
seiner dem abzustützenden Maschinenteil zugewandten Fläche
ein Gleitlager bildet.
Wälzlager dieser Art sind in zahlreichen Ausführungsformen
im Stand der Technik bekannt. Ebenso wie Gleitlager ist
jedoch - insbesondere bei höheren Beanspruchungen - ein
Betrieb ohne Schmiermittel nicht möglich, da sonst mit
erhöhten Verschleißerscheinungen gerechnet werden muß.
Zwar ist gerade das Abrollverhalten von zylindrischen
Wälzkörpern auf ebenen oder zylindrischen Flächen durch
die reine Linienberührung wesentlich weniger
schlupfbehaftet als beispielsweise bei Kugeln in
kreisförmigen Rillen, so daß an sich beim Lauf ohne
Schmiermittel ein geringerer Reibverschleiß zu erwarten
ist. Es zeigt sich jedoch, daß dennoch ein nicht
unbeträchtlicher Verschleiß gerade am Lagerbolzen
auftritt, und zwar in dein der einleitenden Radialkraft
zugewandten Oberflächenbereich. Die Zerstörung beginnt
dabei an zu hoch belasteten Punkten der harten Oberfläche.
Die DE 43 11 194 beschreibt ein Gleit-/Wälzlager, das zum
Zwecke der Geräuschminderung einen inneren Zylinder, der
die Wälzelemente aufnimmt, besitzt, der aus im einzelnen
angegebenen Kunststoffmaterialien besteht.
Aus der DE-AS 12 86 344 ist ein Radialwälzlager mit zwei
Laufringen bekannt, bei welchem sowohl der Außenlaufring
als auch der Innenlaufring in einem Gleitlager drehbar
gelagert sind, wobei die Gleitlagerbuchse jeweils aus
Lagermetall besteht. Hierdurch wird erreicht, daß das
Lager neben einer Unempfindlichkeit gegen Stöße
insbesondere auch bei Blockieren des Kugellagers
weiterläuft und somit eine erhöhte Sicherheit bietet.
Das DE-GM 18 65 321 zeigt die Kombination eines
Gleitlagers mit einem Pendelwälzlager zur Pendellagerung
eines Gleitlagers, während die DE 41 23 808 ein
Rollenlager beschreibt, bei welchem ein Kunststoffring mit
Schultern die Axialbewegung eines Nadellagers verhindert,
was insbesondere zum Einsatz in Antriebsketten vorteilhaft
ist.
Die DE-AS 14 00 991 schließlich beschreibt eine Anordnung
von Anlaufscheiben von denen jeweils mindestens zwei
aneinander gleitend und schwimmend vorgesehen sind, die
eine unterschiedliche Härte aufweisen. Die härtere der
beiden Scheiben ist dabei der Härte der Nadeln angepaßt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem trotz
einer schmiermittelfreien Lagerung ein verringerter
Verschleiß auftritt.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß
der das Gleitlager bildende Lagerring eine dem
abzustützenden Maschinenteil entsprechende Härte besitzt
und der Gleitreibungskoeffizient des Gleitlagers
wenigstens um den Faktor 10 höher eingestellt ist als der
Rollreibungskoeffizient des Nadellagers.
Der durch die Erfindung erreichte Vorteil besteht bei
diesem aus einer Kombination aus einem Nadellager und
einem Gleitlager bestehenden "Hybridlager" darin, daß eine
zusätzliche, jedoch langsame Drehbewegung des als
Gleitring ausgebildeten Lagerrings auftritt, wodurch sich
ständig die verschleißgefährdete Tragzone des Lagerbolzens
verlagert. Dadurch kann auch bei schmiermittelfreiem Lauf
des Lagers eine deutlich gesteigerte Lebensdauer erreicht
werden. Durch die erheblich voneinander abweichenden
Roll- bzw. Reibwiderstände ist an sich zunächst zu vermuten, daß
der Gleitring beim Überrollen der Wälzkörper im Stillstand
verharrt. Überraschenderweise regt die Rollbewegung der
Wälzkörper infolge der Oberflächenrauhigkeit den Gleitring
jedoch zu Mikroschwingungen an, wodurch dieser eine
langsame, nicht kontinuierliche Drehbewegung ausführt.
Diese Drehbewegung verstärkt sich beim - lokalen -
Auftreten von Verschleiß in der Tragzone, so daß im
Ergebnis eine nicht vorhersehbare gleichmäßige Abnutzung
und damit erheblich höhere Lebensdauer des Lagers erreicht
wird.
Dieses Hybridlager kann dabei sowohl bei Laufrollen mit
feststehender Achse als auch bei Gehäuselagerung mit
drehender Welle eingesetzt werden. Da der Gleitring eine
wesentlich geringere Drehzahl als der nadelgelagerte
Lagerring ausführt, ist die Lagerfläche des Gleitlagers im
übrigen nur kleinen Belastungen und somit einem nur
geringen Verschleiß ausgesetzt.
Da Schmiermittel häufig auch die Funktion des
Korrosionsschutzes übernehmen, müssen bei
schmiermittelfreien Lagern korrosionsbeständige Werkstoffe
eingesetzt werden. Im Rahmen der Erfindung ist daher
vorgesehen, daß der das Gleitlager bildende Lagerring als
korrosionsbeständig, gehärtete Stahlbuchse ausgebildet
ist.
Weiter hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen,
wenn der Gleitreibungskoeffizient des Gleitlagers um den
Faktor 50 bis 100 höher eingestellt ist als der
Rollreibungskoeffizient des Nadellagers.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung bildet der
radial innere Lagerring den Gleitring und umschließt einen
Achsbolzen, wobei die Mantelfläche des Achsbolzens und die
zylindrische Innenfläche des Lagerrings die
Gleitlagerflächen bilden. Die Gleitflächen können durch
Einbringen von Gleitmitteln in ihrem Gleitverhalten
verändert werden.
Da ein Nadellager keine axialen Kräfte aufnehmen kann, ist
zur axialen Abstützung eine Gleitscheibenkombination
vorgesehen, die aus zwei ebenen Anlaufscheiben aus Stahl
und einer dazwischen angeordneten, mittleren Anlaufscheibe
aus Kunststoff besteht. Dabei weist die mittlere
Anlaufscheibe zweckmäßigerweise einen geringeren
Durchmesser auf als die ihr anliegenden Anlaufscheiben aus
Stahl, um das auftretende Gleitmoment zu verringern.
Zweckmäßigerweise besteht die mittlere Anlaufscheibe aus
PTFE oder einem anderen Kunststoff mit ähnlich geringem
Gleitkoeffizienten gegenüber Stahl.
Die Gleitscheibenkombination kann dabei vorteilhafterweise
zwischen die beiden Lagerringe einerseits und die Wand des
das Lager aufnehmenden Gehäuses andererseits eingebettet
sein. Wird das Wälzlager beispielsweise bei einem Lager-
und Führungssystem eingesetzt, kann der äußere Lagerring
als Laufrolle ausgebildet sein, die auf einem Laufstab
oder Laufring aus Stahl oder Kunststoff abläuft. Die
Verwendung von Kunststoff hat dabei den Vorteil einer
besseren Verteilung der Flächenbelastung durch die Rollen
infolge der elastischen Oberflächenverformung. Darüber
hinaus ergibt sich ein ruhigerer Lauf durch Schall- und
Schwingungsdämpfung. Weiter werden hierdurch Unebenheiten
der Laufbahnen und Unrundheiten der Rollen ausgeglichen,
die zu einer verbesserten Leichtgängigkeit führen.
Im folgenden wird die Erfindung an zwei in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; es
zeigen:
Fig. 1 eine Rollenführung im Querschnitt mit einem
Lager nach der Erfindung,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Details X nach
Fig. 1,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung.
Das in der Zeichnung dargestellte Lager dient zur
Abstützung von sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit
bewegenden Maschinenteilen, wobei in der Zeichnung die
Anwendung bei einer Rollenführung gezeigt ist. Das Lager,
das als Radial-Nadellager ausgebildet ist, besteht aus
zwei Lagerringen 1, 2, zwischen deren sich gegenüber
stehenden Laufflächen Rollkörper 3 ablaufen. Diese
Rollkörper 3 können in der in der Zeichnung nur
angedeuteten Weise in einem Käfig 4 gehalten werden.
Der eine der beiden Lagerringe 2, nämlich der radial
innere, ist als Gleitring ausgebildet und bildet an seiner
dem abzustützenden Maschinenteil - hier dem Achsbolzen 5 -
zugewandten Fläche ein Gleitlager. Der radial innere
Lagerring 2 bildet somit einen den Achsbolzen 5
umschließenden Gleitring, wobei die Mantelfläche des
Achsbolzens 5 und die zylindrische Innenfläche des
Lagerrings 2 die Gleitlagerflächen bilden.
Der das Gleitlager bildende Lagerring 2 besitzt dabei -
wenigstens im Bereich der Lauffläche - eine dem
abzustützenden Maschinenteil entsprechende Härte. Der
Gleitreibungskoeffizient des Gleitlagers ist hierbei
wenigstens um den Faktor 10 höher eingestellt als der
Rollreibungskoeffizient des Nadellagers. Zwischen dem
Gleitring 2 und dem Achsbolzen 5 besteht eine Spielpassung
(Schiebesitz). In der Praxis ist davon auszugehen, daß der
Rollreibungskoeffizient in der Größenordnung von etwa
0,0015 liegt. Als günstiger Wert für das Verhältnis von
Gleitreibungs- zu Rollreibungskoeffizient hat sich der
Bereich von 50. . .100 herausgestellt.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der innere
Lagerring 2 als Stahlbuchse ausgebildet.
Im Einzelfall ist es auch möglich, wie das
Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zeigt, daß der innere
Lagerring 2 von einer Kunststoffbuchse 6 gebildet ist, die
an ihrer äußeren Mantelfläche eine axial- und drehfest
angeschlossene, eine metallische Laufschicht bildende
Stahlhülse 7 trägt.
Da dieses Lager keine axialen Kräfte aufnehmen kann, ist
zur axialen Abstützung eine Gleitscheibenkombination
vorgesehen, die aus zwei ebenen Anlaufscheiben 8 aus Stahl
und einer dazwischen angeordneten, mittleren
Anlaufscheibe 9 aus Kunststoff besteht. Die mittlere
Anlaufscheibe 9 weist dabei einen geringeren Durchmesser
auf als die ihr anliegenden Anlaufscheiben 8 aus Stahl,
wodurch eine Verminderung des Gleitmoments erreicht wird.
Die mittlere Anlaufscheibe 9 kann dabei vorteilhafterweise
aus PTFE bestehen.
Die Gleitscheibenkombination, die insbesondere aus der
Fig. 2 deutlich zu ersehen ist, ist jeweils zwischen die
beiden Lagerringe 1, 2 einerseits und die Wand 10, 11 des
das Lager aufnehmenden Gehäuses andererseits eingebettet.
Der äußere Lagerring 1 ist als Laufrolle ausgebildet, der
auf einem Laufstab oder Laufring 12 aus Stahl, einem
anderen Metall oder Kunststoff oder anderem
nichtmetallischem Werkstoff abläuft. Der Laufstab ist
dabei in eine entsprechende Nutaussparung eines
Aluminiumprofils 13 eingelegt.
Claims (9)
1. Wälzlager/Wälzführung zur Abstützung von sich mit
unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegenden
Maschinenteilen, insbesondere Radial-Nadellager,
bestehend aus zwei Lagerringen (1, 2), zwischen deren
sich gegenüberstehenden Laufflächen Rollkörper (3),
vorzugsweise in Form von Nadeln, ablaufen, wobei
wenigstens einer der beiden Lagerringe (2) als
Gleitring ausgebildet ist und an seiner dem
abzustützenden Maschinenteil zugewandten Fläche ein
Gleitlager bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der das
Gleitlager bildende Lagerring (2) eine dem
abzustützenden Maschinenteil entsprechende Härte
besitzt und der Gleitreibungskoeffizient des
Gleitlagers wenigstens um den Faktor 10 höher
eingestellt ist als der Rollreibungskoeffizient des
Nadellagers.
2. Wälzlager/Wälzführung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der das Gleitlager bildende
Lagerring (2) als gehärtete Stahlbuchse ausgebildet
ist.
3. Wälzlager/Wälzführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gleitreibungskoeffizient des
Gleitlagers um den Faktor 50 bis 100 höher eingestellt
ist als der Rollreibungskoeffizient des Nadellagers.
4. Wälzlager/Wälzführung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der radial innere Lagerring (2)
den Gleitring bildet und einen am abzustützenden
Maschinenteil vorgesehenen Achsbolzen (5) umschließt,
wobei die Mantelfläche des Achsbolzens (5) und die
zylindrische Innenfläche des Lagerrings (2) die
Gleitlagerflächen bilden.
5. Wälzlager/Wälzführung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß zur axialen Abstützung
eine Gleitscheibenkombination vorgesehen ist, die aus
zwei ebenen Anlaufscheiben (8) aus Stahl und einer
dazwischen angeordneten, mittleren Anlaufscheibe (9)
aus Kunststoff besteht.
6. Wälzlager/Wälzführung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die mittlere Anlaufscheibe (9)
einen geringeren Durchmesser aufweist als die ihr
anliegenden Anlaufscheiben (8) aus Stahl.
7. Wälzlager/Wälzführung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die mittlere Anlaufscheibe (9) aus
PTFE oder einem anderen Kunststoff mit ähnlich
geringem Gleitkoeffizienten gegenüber Stahl besteht.
8. Wälzlager/Wälzführung nach einem der Ansprüche 5 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gleitscheibenkombination zwischen die beiden
Lagerringe (1, 2) einerseits und die Wand (10, 11) des
das Lager aufnehmenden Gehäuses eingebettet ist.
9. Wälzlager/Wälzführung nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Lagering (1)
als Laufrolle ausgebildet ist, die auf einem Laufstab
oder Laufring (12) aus Stahl, anderem Metall oder
Kunststoff bzw. nichtmetallischem Werkstoff abläuft.
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