DE2161287A1 - Neue geometrische ausfuehrungsformen und technologisch-wirtschaftliche fertigungsverfahren der waelzkoerper und deren abwaelzbahnen fuer zwei- und mehrfunktionelle waelzlager - Google Patents

Description

• Neue geometrische Ausführungsformen und technologisch-wirtschaftliche Fertigungsverfahren der Wälzkörper und deren Abwälzbahnen für zwei- und mehrfunktionelle Wälzlager Die Erfindung bezieht sich auf neue geometrische Ausführungsformen und auf die technologisch-wirtschaftlichen Pertigungsverfahren der Wälzkörper und deren Abwälzbahnen für zwei- und mehrfunktionelle Wälzlager, welche insbesonders für das allgemeine Gebiet der neuzeitlich fortschrittlichen Technik bestimmt sind, Die Erfindung hat und verfolgt den Zweck, die überwiegend große Vielzahl der herkömmlichen Kugel- und Wälzlager zum größten Teil durch den erfindungsgemäßen Wälzlager zu ersetzen, um dadurch die konst ruktivbedingten Einbauraumbedürfnisse -, die Eigengewichte -, die spezifischen Betriebsverschleisse -, die technologisch-wirtschaftlichen Unzulänglichkeiten -, die Vorratshaltungen der Lagerungseinheiten -, die Erzeugnis abmessungen - sowie deren Herstellungskosten zu verringern, Der gegenwärtige Entwicklungsstand dieses Industriegebietes kann im allgemeinen aus den Typenkatalogen -, Normblättern -, technisch-wissenschaftlichen Fachliteraturen - und den patentschriftlichen Veröffentlichungen entnommen werden und ist demsufolge in den Fachkreisen dementsprechend bekannt. Dieses Entwicklungsniveau wurde durch das allmähliche Erfinden der drei herköimnlich bekannten walzkörperprofilformen erreicht. Den Anfang zu dieser Entwicklung machte das altempirische Rollelement,bzw.
• die Kugel, welche erstmals im Jahre 1882 von den "Kugelfischer-Werken" für die Kugellagerfertigung auf industrieller Ebene verwendet wurde. Daraufhin wurden, in größeren Zeitspannen, die Zylinder- und die Kegelrollen erfunden, womit die entsprechenden Wälzlagertypen ausgeführt wurden. Die Paßformrolle ist eine Erfindung der "Kugelfischer-Werke", mittels welcher das Pendelwälzlager entstand und im Firmenerzeugnistypenkatalog vom Monat August 1934 als neuentwickeltes Produkt angeboten wurde. Die dritte und letzte Erfindung ist die der Konvexkegelrolle aus den 1940er Jahren, mit welcher das Pendeldrucckwälzlager entwickelt wurde. Die inzwischen und bisher erzeugten Kugel- und Wälzlagervarianten können nur als technische Kompromißlösungen, nicht aber ais Erfindungen origineller Art gewertet werden, womit auch das bisweilen erzielte Entwicklungsniveau als abgeschlossen betrachtet werden kann.
• Die herkömmlichen Kugel- und Wälzlagertypen s sind nur beschränkt für zweifunktionelle Beanspruchungen geeignet, insbesondere die mittelgroßen und großen Lagerausführungen wirken sich bezüglich der technologisch-wirtschaftlichen Anforderungen sehr ungünstig aus, das indem der Lagereinbau in den Erzeugnissen mit einer-, zweier- oder gar mehrerer Lagereinheiten vermehrt werden muß,wodurch das Vorratshalten der Lager-, deren Eigengewichte-, die spezifischen Betriebsverschleisse -, die konstruktionsbedingten Einbauraumbedürfnisse -, die Erzeugnisabmessungen - und deren Herstellungskosten erhebliche Vergrößerungen erfahren. Als besonders unwirtschaftlich bewiesen sich bisher diesbezüglich die Kugellagertypen derselben Größenordnungen, indem bei den leichten bzw. kleinen Ausführungen diese negativen Faktoren praktisch eine unwesentliche Rolle spielen. Als Schlußfolgerung ist zu bemerken, daß die Kugel im Gegensatz zu den Wälzkörpern eine mechanisch nicht beeinflußbare geometrische Form darstellt, welche in ihrem Fortbewegen während des Betriebes verschiedentliche Positionen einzunehmen vermag und dadurch große Selbst-&Laufbahnverschleisse verursacht. Außerdem werden die mit solchen Kugelreihen auagestatteten Lagerringe bei biaxialen Betriebsbeanspruchungen den beiderseitlichen Muldeneinprägungen ausgesetzt und dadurch nach verhältnismäßig kurzer Dauer außer Funktion genommen werden müssen. Diese Kritik ist im weiteren in der Zeichnung Blatt I durch eine graphische Vergleichsanalyse dargestellt und auch begründet, @zw. : Es zeigt Fig.A den Querschnitt eines Kugellagers mit einem tonventionellen Kugeldurchmesser K = 1 D, eine Lageringbreite B =1,333D, eine Querschnitthöhe H = 1,476 D, bei welchem die durch den biaxialen Kräftepaareinflüssen, Pa1 und Pa2, sich ergebende effektive Tragfähigkeit des Lagers Teff = 0,428 D beträgt. Diesem gegenüber ist als Vergleich der in Fig.B dargestellte Querschnitt eines Doppelkegelzylinderrollen-Wälzlagers, bei welchem in den Doppelkegelzylinderwälzkörper der konventionelle Kugeldurchmesser K=1D zeichnerisch eingeschrieben ist und bezeugt, daß, obwehl die Querschnittswerte, B = 1,333 D und H = 1,476 D, identisch sind die effektive Tragfähigkeit jedoch, unterschiedlich von dem in Fig.A analysierten, den Tragfähigkeitswert Teff = 0,857 D beträgt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die überwiegend große Vielzahl der herkömmlichen mittelgroßen und großen Kugel-und Wälzlagertypen zum größten Teil durch einen weitaus kieineren und wirkungsvolleren Bestand der erfindungsgemäßen Wälzlagerausführungen zu ersetzen, um dadurch die konstruktionsbedingten Einbauraumbedürfnisse -, die Eigengewichte -, die spezifischen Betriebsverschleisse -, die technologisch-wirtschaftlichen Unzulänglichkeiten -, und die Vorratshaltungen der Lagereinheitensowie die Erzeugnisabmessungen - und deren Herstellungskosten zu verringern und somit die Effikazitäten der Vorrichtungen der Apparaturen-, der Geräten -, der Getrieben -, der Maschinenwie auch die der Nutzräume bzw. Nutzlastkapazitäten jedwelcher Art von Personenbeförderungs- und Warentransportmittel zu vergrößern.
• Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die neuen Wälzkörper durch konstruktive Zusammenfügungen von je zwei herkömmlichen Wälzkörperprofilformen gestaltet werden und somit namentlich folgende geometrische Profilformen erhalten, uzw.: Fig.1, die symmetrische a und die asymmetrische i Doppelkegelrolle; Fig.2, die symmetrische C und die- asymmetrische d Doppelkegelzylinderrolle; Fig.3, die symmetrische # Doppelkegelfaßrolle und, Fig.4, die asymmetrische # Einkegelkonvexkegelrolle. Die Kegelneigungsgrößen der Wälzkörper werden im Verhältnis zur jeweiligen Einbaumöglichkeit in die Lagerringe konstruktiv abgestimmt.
• Durch das nächste Ausgestalten der Erfindung sind die Doppelkegelzylinderrollen, Fig.5, dadurch verzweckmäßigt, daß die den 1,2 x Durchmesser überschreitenden zylindrischen Wälzflächenlängen in rationellen Abständen durch schmale und gering vertiefte Trennungsrillen # unterbrochen bzw. aufgeteilt werden, um dadurch die während des Abwälzens und Längsgleitens entstehenden Flächenreibungen und Betriebsaufwärmungen zu vermindern.
• Nach einem weiteren Ausbilden der Erfindung sollen die Wälzkörper so aus Rundstahl- wie auch aus Stahlrohr, zwecks profilgemäßer Fasernverläufe #, möglichst durch ein mit Hochfrequenzstrom aufgeglühtes Wälzzieh- bzw. Wälzstauchverfahren gefertigt werden, wobei die aus Stahlrohr hergestellten Wälzkörper. Fig.6, ihre zentralen Fettspeicherhohlräume # dem Zweck entsprechend zu bewahren haben.
• Durch eine zusätzliche Ausbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß künftig auch die vier herkömmlichen Wälzkörperformen, namentlich die Zylinderrollen-, die Kegelrollen-, die Paßrollen- und die Konvexkegelrollen ebenfalls aus Stahlrohr, mittels gleichen oder auch davon unterschiedlichen Fertigungsverfahren hergestellt werden können.
• Mittels weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das mit zwei-und/oder mehrreihigen Wälzkörper versehene Langwälzlager, Fig.7, in , biaxialen Richtungen mit begrenzt verschiebbaren, bzw.verstellbaren Lagerbuchsen ausgestattet.
• Infolge eines weiteren Ausbildens der Erfindung sind zwei prinzipielle Ausführungsformen der schnellumlaufsfähigen reibungs-,verschleiß- und geräuscharmen Wälzlagertypen entwickelt worden, uzw.: 1. das Doppelkegelzylinderrolen-Wälzlager, Fig.8, bei welchem die zylindrische Wälzbahnfläche des Außenringes durch ein gering vertieftes Absetzen j außer Funktion gesetzt ist, wodurch die zylindrischen Wälzkörperfläohen einseitig entlastet werden und deren Abwälzen von der zylindrischen - und einer der beiden - kegeligen k Wälzbahnflächen des Innenringes übernommen wird. 2. das Doppelkegelfaßrollen-Pendelwälzlager, Pig.9, bei welchem die konkave Wälzbahnfläche des Innenringes ebenfalls durch ein gering vertieftes Absetzen # überbrückt ist und das Abwälzen der Wälzkörper von einer der beiden kegeligen Wälzbahnflächen n des Innenringes gemeinsam mit der konkaven Wälzbahnfläche m des Außenringes übernommen wird.
• Durch eine weitere Ausbildung der Erfindung ist je ein mit symmetrischen @ und mit asymmetrischen # versehenes Doppelkegelrollen-Druckwälzlager, Fig.1o, konstruktiv entwickelt, welches sehr große simultan wirkende axiale und radiale Betriebsbeanspruchungen aufzunehmen vermögen.
• Nach einem nächsten Ausgestalten der Erfindung ist ein mit zweireihigen Einkegelkonvexkegelrollen versehenes Pendelwälzlager entwikkelt, Fig.11, bei welchem der doppelkegelige Wälzbahnsattel des Innenringes für die Aufnahme sehr großer biaxialer Kräfteeinflüsse bestimmt ist.
• Mittels weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist bei der Neuentwicklung des mit Einkegelkonvexkegelrollen versehenen Pendeldruckwälzlagers, Fig.12, der allgemein verwendete herkömmliche Wälzkörperhaltering entfernt und durch den des Lagerringes ersetzt.
• Nach einer abschließenden Ausbildungsmöglichkeit der Erfindung ist es hiermit vorgesehen, daß die neuen Wälzkörper und die Abwälzbahnen der Lagerringe, bzw. die Wälzlager, aus allen den jeweiligen Zwecken entsprechenden Materialien, mittels allen dazu geeigneten Fertigungsverfahren, in jedem bisher bekannten oder noch unbekannten - d.h. auch der zur Zeit noch nicht erforschten, bzw. noch nicht praktizierten - Herstellungsmedien hergestellt werden können.
• Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen, Blatt II und Blatt III, dargestellt und wie folgt näher beschrieben: Es zeigen, Fig.1, das Profil einer symmetrischen # und einer asymmetrischen o Doppelkegelrolle; Fig.2, das Profil einer symmetrischen # und einer asymmetrischen # Doppelkegelzylinderrolle; Fig.3, das Profil einer symmetrischen Doppelkegelfaßrolle; Fig.4, das Profil einer# Einkegelkonvexkegelrolle; Fig.5, das Profil einer Doppelkegelzylinderrolle mit Zylinderwälzflächentrennungsrillen # ; Fig.6, den Längsquerschnitt einer aus Stahlrohr gefertigten Doppelkegelzylinderrolle mit strukturellen Fasernverläufen # und zentralen Fettspeicherhohlraum # ; Fig.7, den Halblängsquerschnitt eines mit zweireihigen Doppelkegelzylinderrollen versehenen Langwälzlagers; Fig.8, den Halblangsquerschnitt eines schnellumlaufenden mit Doppelkegelzylinderrollen versehenen Kälzlagers; Fig.9, den Halblängsquerschnitt eines schnellumlaufenden, mit Doppelkegelfaßrollen versehenen Pendelwälzlagers; Fig.10, die Halbquerschnitte je eines mit symmetrischen und asymmetrischen Doppelkegelwälzkörpers versehenen Druckwälzlagers; Fig.11, den Halblängequerschnitt eines mit zweireihigen Einkegelkonvexkegelrollen ausgestatteten Pendelwälzlagers und, Fig.12, den Querschnitt des mit Einkegelkonvexkegelrollen versehenen Pendeldruckwälzlagers ohne herkömmlichen Wälzkörperhaltering.

Claims (10)

1. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen zunächst dar-

   in, daß die überwiegend große Vielzahl der herkömmlichen und nur beschränkt zwei funktionellen, mittelgroßen und großen Kugel und Wälzlagertypen durch einen kleineren und weitaus wirkungsvolleren Anzahlbestand der erfindungsgemäßen Wälzlagerausführungen ersetzt werden, und im weiteren darin, daß dadurch die konstruktionsbedingten Einbauraumbedürfnisse -, die Eigengewichte-, die spezifischen Betriebsverschleiße-, die technologisch-wirtschaftlichen Unzulänglichkeiten-, die Vorratshaltungen der der Lagertypen-, die Erzeugnis abmessungen - und deren Hertellungskosten zu verringern und somit die Effikazitäten der Vorrichtungen-, der Apparaturen-, der Geräte-, der Getriebe-, der Maschinen- wie auch die der Nutzräume- bzw. Nutzlastkapazitäten jedwelcher Art von Straßenbahn, Geleisebahn-, Luftpolsterschienenbahn-, Magnetschienenbahn- sowie auch die der Wasser-, Luft- und Weltallfahrzeuge zu vergrößern. Außerdem bestehen noch weitere technologisch-wirtschaftllche Vorteile durch die vielfachen konstruktiven Entwicklungsmöglichkeiten, die durch die mit den erfindungsgemäßen Wälzkörpernversehenen Wälzlagerausführungen gegeben sind.

   Patentansprüchet 1,) Neue geometrische Ausführungsformen und technologisch-wirtschaftiche Fertigungsverfahren der Wälzkörper und deren Abwälzbahnen für zwei- und mehrfunktionelle Wälzlager, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper durch konstruktives Zusammenfügen je zweier herkömmlich bekannter Wälzkörperprofilformen ausgestattet sind und somit namentlich folgende geometrische Profilformen erhalten: (Fig.1)Die symmetrische (a) und die asymmetrische (b) Doppelkegelrolle; (Fig.2) die symmetrische (c) und die asymmetrische (d) Doppelkegelzylinderrolle; (Fig.3) die symmetrische (e) Doppelkegelfaßrolle; (Fig.4) die asymmetrische (f) Einkegelkonvexkegelrolle.

   Auf Grund des jeweiligen Verwendungszwecks werden auch die den Wälzkörperprofilformen entsprechenden Abwälzbahnprofilformen der dazu gehörenden Lagerringe bzw. die Wälzlager ausgeführt. Die Kegelneigungsgrößen der Wälzkörper werden im Verhältnis zu jeweiligen Einbaumöglichkeit in die Lagerringe konstruktiv abgestimmt.
2. 2. Neue geometrische Ausführungsformen und technologisch-wirtschaftliche Fertigungsverfahren der Wälzkörper und deren Abwälzbahnen für zwei- und mehrfunktionelle Wälzlager, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die den 1,2 x Durchmesser überschreitenden zylindrischen Wälzflächenlängen der Doppelkegelzylinderrollen (Fig.5) in rationellen Abständen durch schmale und gering vertiefte Trennungsrillen (g) unterbrochen bzw. aufgeteilt werden.
3. 3. Neue geometrische Ausführungsformen und technologisch-wirtschaftliche Fertigungsverfahren der Wälzkörper und deren Abwälzbahnen für zwei-und mehrfunktionelle Wälzlager, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper so aus Rundstahl wie auch aus Stahlrohr (Fig.6) - zwecks profilgemäßen Paserverläufen (h) - mittels Hochfrequenzstrom aufgeglühtes Wälzzieh-bzw. Wälzstauchverfahren gefertigt werden können, wobei die aus Stahlrohr hergestellten Wälzkörper ihre zentralen Fettspeicnerhohlräume (i) zweckentsprechend bewahren sollen.
4. 4. Neue geometrische Ausführungsformen und technologisch-wirtschaftliche Fertigungsverfahren der Wälzkörper und deren Abwälzbahnen für zwei- und mehrfunktionelle Wälzlager, nach Anspruch, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß hinkünftig auch die vier herkömmliochen Wälzkörper Profilformen bzw. die Zylinderrollen-, die Kegelrollen-, die Faßrollen- und die Konvexkegelrollen, ebenfalls aus Stahlrohren, mittels gleichen oder verschiedentlichen Fertigungsverfahren, hergestellt werden können.
5. 5. Neue geometrische Ausführungsformen und technologisch-wirtschaftliche Fertigungsverfahren der Wälzkörper und deren Abwälzbahnen für zwei- und mehrfunktionelle Wälzlager, nach Anspruch 1, 2,3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit zwei und/oder mehrreihigen Wälzkörper versehenen Langwälzlager (Fig.7) in biaxialen Richtungen mit begrenzt verschiebbaren bzw. verstellbaren Lagerbuchsen ausgestattet sind.
6. 6. Neue geometrische Ausführungsformen und technologisch-wirtschaftliche Fertigungsverfahren der Wälzkörper und deren Abwälzbahnen für zwei- und mehrfunktionelle Wälzlager, nach Anspruch 1, 2,3,4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei schnellumlauffähige reibungs-, verschleiß- und geräuscharme Wälzlagerkonstruktionen prinzipiell entwickelt sind, wzw.: 1. Das Doppelkegelzylinderrollen-Wälzlager (Fig.8), bei welchem die zylindrische Wälzbahnfläche des Außenringes durch ein gering vertieftes Absetzen (j) außer Funktion gesetzt ist, wodurch die zylindrischen Wälzkörperflächen einseitig entlastet sind und das Abwalzen von der zylindrischen und von einer der beiden kegeligen Wälzbahnen (k) des Innenringes übernommen wird. 2. Das Doppelkegelfaßrollen-Pendelwälzlager (Fig.9), bei welchem die konkave Wälzbahnfläche des Innenringes ebenfalls durch ein gering vertieftes Absetzen (1) überbrückt ist, und das Abwälzen der Wälzkörper von einer der beiden kegeligen Wälzbahnflächen (11) des Innenringes zusammen mit der konkaven Wälzbahnfläche (111) des Außenringes übernommen wird.
7. 7. Neue geometrische Ausführungsformen und technologisch-wirtschaftliche Fertigungsverfahren der Wälzkörper und deren Abwälzbahnen für zwei- und mehrfunktionelle Wälzlager, nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit symmetrischen (o) und asymmetrischen (p) Doppelkegelrollen versehenen Druckwälzlager (Fig.10) für die Aufnahme großer simultan wirkender axialer und radialer Betriebsbeanspruchungen bestimmt sind.
8. 8. Neue geometrische Ausführungsformen und technologisch-wirtschaftliche Fertigungsverfahren der Wälzkörper und deren Abwälzbahnen für zwei- und mehrfunktionelle Wälzlager, nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mit zweireihigen Einkegelkonvexkegelrollen ausgestattete Pendelwälzlager (Fig.11) durch den doppellegeligen Wälzbahnsattel (q) des Innenringes sehr große biaxial wirkende Betriebsbeanspruchungen aufzunehmen vermag.
9. 9. Neue geometrische Ausführungsformen und technologisch-wirtschaftliche Fertigungsverfahren der Wälzkörper und deren Abwälzbahnen für zwei- und mehrfunktionelle Wälzlager, nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bei den mit Konvexkegelrollen versehenen Fendeldruckwälzlagern allgemein verwendeten herkömmlichen Wälzkörperhalteringen entfallen und erfindungsgemäß durch den Kegelhalteransatz (r) der mit Einkegelkonvexkegelrollen ausgestatteten Pendeldruckwälzlager (Fig.

   12) ersetzt sind.
10. 10. Neue geometrische Ausführungsformen und technologisch-wirtschaftliche Fertigungsverfahren der Wälzkörper und deren Abwälzbahnen für zwei- und mehrfunktionelle Wälzlager, nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die neuen Wälzkörper und die dazugehörenden Abwälzbahnen der Lagerringe bzw. die Wälzlager, aus allen den jeweiligen Zwecken entsprechenden Materialien, mittels aller dazu geeigneten Pertigungsverfahren, in jedem bisher bekannten oder noch unbekannten - d.h.

    auch der zur Zeit noch nicht erforschten bzw. noch nicht praktizierten - Herstellungsmedien hergestellt werden können.

    L e e r s e i t e