DE2210820A1

DE2210820A1 - Kugellager

Info

Publication number: DE2210820A1
Application number: DE19722210820
Authority: DE
Inventors: Michel Montigny-les-Cormeilles Domer (Frankreich)
Original assignee: Paulstra SNC
Current assignee: Paulstra SNC
Priority date: 1971-04-23
Filing date: 1972-03-07
Publication date: 1972-11-09
Also published as: FR2134913A5; IT957275B

Description

PATENTANWALT

όί . - ν-^ 70

6, März 1972

PAULSTRA >109-72

Kugellager.

Die Erfindung betrifft :' E'ig&l- a&er/LiolXo.nlager, und zwar im besonderen die ^ichtungsvorrloIiTtcgsn derselben.

Es sei zunächst, wie in lig« 1 und 2 dargestellt, Vielehe eine schematische Seitenansicht bzw. einen Schnitt der wesentlichen Teile einen V/älslagers bekannter "Bauart zeigen, daran erinnert_$ dass eine derartige Anordnung v? ν/es entlichen einen Kranz von Kugeln 1 auf--/eist, viele-lie svrLsohen zwei konzentrischen Stahlringen rollen, nämlich einem Imienring 2 und einem Aussenring 3 (Fig· 1 bis 5)·

Der Abstand zv/ischen den Kugeln wird durch

einen "Käfig" aufrechterhalten. Dieaer Käfig'kann metallisch nein, wie in Pig. 1 und 2, und besteht dann ira allgemeinen aus ■ zv/ei Streifen 4 und 4', welche zwischen sich die Kugeln enthaltende gestanzte Ausnehmungen nit sphärischem Profil bilden und

209846/0664

in dem Zwischenraum zwischen zv/ei aufeinanderfolgenden Kugeln durch am Ende des Zusammenbaus eingesetzte Hieten5 zusammengehalten v/erden.

Der Käfig kann auch aus hartem Kunststoff sein

( 3.B. Nylon oder ein anderes Pdyamid), wie bei 6 in Fig. 3 und den folgenden dargestellt. Zr besteht dann aus einem einstückigen Ring mit Klauen 7 mit einem sphärischen Innenprofil, zwischen welche die Kugeln einschnappen·

Die Dichtungf'vorrichtungen, mit welchen derartige Wälzlager in zahlreichen Fällen versehen werden müssen, haben meistens, wie in Fig· 1 und 2 dargestellt, die Form eines zu der Achse des Wälzlagers konzentrischen Ringes, welcher durch eine mit Gummi überzogene Iletallscheibe 8 gebildet wird. Der äussere Rand 9 greift in eine hierfür in dem Aussenring 3 des Wälzlagers ausgebildete Kreisnut ein. Der Gummiüberzug 10 wird in Richtung auf das Zentrum des Wälzlagers durch eine kreisförmige iippe 11 verlängert, welche an einer im allgemeinen konischen, besonders bearbeiteten Anlagefläche 12 des Innenringea 2 reibt. Fig. 2 zeigt eine einzige Scheibe, v/elche somit die Abdichtung des Wälzlagers auf einer einzigen Seite herstellt. Eine identische Scheibe kann natürlich symmetrisch auf der anderen Seite angebracht werden, wodurch die vollständige Abdichtung des Wälzlagers hergestellt wird.

Eine derartige Vorrichtung besitzt jedoch" verschiedene Nachteile:

- damit die Dichtungsscheibe nicht die ΒβΛ·/β-

gung des Käfigs stört, müssen im allgemeinen verbreiterte Ringe vorgesehen werden ;

- e3 müssen besondere Bearbeitungen einerseits in dem Aussenring zur Zentrierung und Festlegung der Dichtung und andererseits an dem Innenring zur Herstellung der Anlagefläche der Lippe vorgenommen werden ;

- die Anbringung der Dichtungsscheiben erfordert zusätzliche Hcntagevorgänge ;

- bei hohen Drehzahlen der Wälzlager kann die

hohe lineare Gleitgeschwindigkeit; der Kontaktlippe eine Erwärmung erzeugen, welche eie verändern uni der Abdichtung schaden kann.

209846/0664

3109-72

Die Erfindung bezweckt insbesondere die Herstellung einer Dichtung, welche, diese ITaCh¹J oil e nicht aufweist.

Hierfür werden erfindungsgemäss derartige

Wälzlager so ausgebildet, dass die lOichtungsvorriehtungen, anstatt an einen Ring des Wälzlagers befestigt zu sein, von dem Käfig getragen werden.

Es kann insbesondere wenigstens eine Dichtung

in Form eines Ringes aus Gummi oder einem anderen Elastomer vorgesehen werden, welche an dem dem Käfig entsprechenden ringförmigen Element befestigt oder in dieses eingebaut ist, wobei sich dieser Ring durch geeignete Lippen gleichzeitig an dein Innenring und dem Aussenring oder anderen entsprechenden Gliedern des Wälzlagers abstützt.

. Gema3s einer vorteilhaften Ausführungsform

kann die Ausbildung so getroffen v/erden, dass das von der Reibung der Lippen an dem Innenring herrührende Moment im wesentlichen gleich den von der Reibung an dem Aussenring herrührenden Moment ist, so dass ein Gleichgewicht entsteht, so dass die Reibung ohne Einwirkung auf das Verhalten des Käfigs gegenüber den Kugeln oder Rollen ist.

Falls zv/ei Diehtungsvorrichtungen beiderseits des Käfigs vorgesehen werden, besteht dieser zweckmässig aus sv/ei, insbesondere aus Kunstsroff bestehenden Teilen, welche ineinander eingreifen.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Pig. 1 und 2 zeigen , wie bereits oben angegeben, ein Kugellager bekannter Bauart im Querschnitt bzw. in einer axial geschnittenen Teilansicht.

Fig. 3 und 4 zeigen schaubildlich, zum Teil

im Schnitt und unter Wegbrechung von Teilen, bzw. in einer quergeschnittenen Teilansicht in grösserera Maßstab ein mit einer erfindungsgemässen Lichtungsvorrichtung versehenes Wälzlager, wobei die Gesamtanordnung ebenfalls erfindungsgemäss ausgebildet ist.

Pig·. 5 zeigt in einer teilweise geschnittenen

schaubiidliciien Teilansicht ein gemäss einer anderen Ausführungsi'orn der Erfindung ausgebildetes Wälzlager.

0 3 8 4 6/0664 b_ad or,_ginai

- 4 - 3109-72

Pig. 6 bio 8 zeigen in einem längs der Kittellinie des Käfigs abgewickelten Schnitt einen gemäss drei verschiedenen Ausfuhrungsforaen der Erfindung ausgebildeten Kugelkäfig.

In Pig· 3 und 4 ist angenommen, dass das Wälzlager durch Kugeln 1 gebildet wird, welche zwischen zwei Ringen 2 und 3 von einem Käfig aus Kunststoff getragen werden, welcher durch einen Ring 6 mit die Kugeln aufnehmenden Klauen 7 gebildet wird.

Die Abdichtung, von der zunächst angenommen

i3t, dass -sie nur auf einer einzigen Seite vorgesehen ist, d.h. auf der Seite des Ringes oder Rückens 6 des Käfigs, wird mittels einer Membran aus Gummi oder einem synthetischen Elastomer 13 hergestellt, welche an den Rücken 6 des Käfigs auf beliebige geeignete V/eise angeheftet ist und einerseits nach innen und andererseits nach aussen durch eine oder mehrere kippen verlängert wird,welche in Reibungskontakt mit den Ringen 2 bzw· 3 kommen.

Zweckmässig v/erden zv/ei innere Lippen 14 und 15 und zv/ei äussere Lippen 16 und 17 vorgesehen, wobei jedes Paar die Form eines V hat, um die Abdichtung in beiden Richtungen herzustellen, doch kann auch eine beliebige andere Anordnung vorgesehen v/erden. Die Anbringung erfolgt mit Hilfe geeigneter Werkzeuge.

Auf dar Seite des Innenringes 2 ist ein Schenkel des V, nämlich der aussen angeordnete, zweckmassig bei 30 hochgebogen, so dass eine Nut zur Aufnahme einer Spiralfeder zur Verstärkung der Abdichtung entsteht. Insbesondere kann durch eine genügende Vorspannung der Peder oder auf beliebige andere Weise gegebenenfalls die Wirkung der Fliehkraft ausgeglichen werden, da sich der Käfig 6 in Punktion der Relativgeschwindigkeit der beiden Ringe 2 und 3 dreht.

Eine derartige Anordnung besitzt gegenüber

den bekannten Wälzlagern zahlreiche Vorteile, insbesondere folgende :

- da der Guinmiüberzug der Dichtung und die

mit diesen zusammenhängenden lippen unmittelbar an dem Käfig haften, wird der Platzbedarf der Breitenrichtung beträchtlich

209846/0664

- 5 - ' ' 3109-72

vermindert, und "es ist im allgemeinen möglich, eine derartige Dichtung an einein Wälzlager mit genormten Abmessungen anzubringen ;

- die Lippen reiben unmittelbar an den Hingen des Wälzlagers, ohne dass eine besondere Bearbeitung erfolgen muss ;

- die Dichtung und der Käfig» welche aneinander befestigt sind, v/erden zu sannen eingesetzt, so dass kein zusätzlicher Hontagevorgang erforderlieh ist j

- die relative Glei-tgesehwindigkeit der Dichtungslippen an den Metallflächen ist fast um die Hälfte kleiner als die Gleitgeschwindigkeit der üblichen Dichtungen (der in Fig· 2 dargestellten Art), so dass die Reibung geringer ist.

Hinsichtlich dieses letzteren Punkts ergibt

sich nämlich, dass, wenn z.B. der Aussenring 3 als feststehend angenommen wird, und sich der Innenring 2 mit einer Winkelgeschwindigkeit ω dreht, das Wälzlager ohne Gleiten der Kugeln den Käfig gleichsinnig mit dem Ring 2 mit einer Geschv/indigkeit (O₀ antreibt, welche den leicht berechenbaren Wert hat :

ω₀ = ω (1 - § ),

worin r der Halbmesser der Kugeln und R der Halbmesser dea von den Mittelpunkten der Kugeln beschriebenen Kreises ist, so dass die Geschwindigkeit ω etwas kleiner als die Hälfte der Winkelgeschwindigkeit des Ringes 2 ist, d.h. der Welle, an welcher dieser befestigt ist.

Die lineare Gleitgeschwindigkeit der äusseren lippen 16 und 17 gegenüber dem festen Aussenring ist dann angenähert : „ _„ - „

Ve = U₀ - o) · (R + r)=§ (1-g) (R+r)4|o(R-r)J fH§)·

Die relative Gleitgeschwindigkeit der inneren Lippen 14 und 15 gegenüber dem Ring 2 beträgt Vi = (ω_ο-ω) (R-r) = [§ (l~ g ~ cc] (R-r)=-\ (L(R-r)| (H§)

Die Gleitgeschwindigkeiben Ve und Vi haben

also entgegengesetzte Zeichen und gleiche Absolutwerte, wobei der Ausdruck in den eckigen Klammern die Umfangsgeschwindigkeit V des Ringes 2 darstellt. Wie man sieht, sind Ve und Vi etwas grosser als die Hälfte der Geschwindigkeit V und somit erheblich kleiner als die Gleitgeschwindigkeit der klassischen

209846/0664

Dichtung (Pig. 2): Dies hat eine geringere Erwärmung, eine gröüaere Lebensdauer der Dichtung und eine bessere Aufrechterhaltung der Dichtigkeit zur Folge.

Durch Benutzung der nachstehenden Ausführungsform ermöglicht jedoch die Erfindung eine weitere Verbesserung gegenüber dem Arbeiten der Wälzlager der üblichen Ausbildung.

Gemäss dieser Ausführungsform werden die Kontaktkräfte an dem inneren Hing 2 bzw. an dem äusseren Ring 3 30 berechnet, dass sich die Reibungsmomente das Gleichgewicht halten.

Bei einer Anordnung der oben definierten Art sind nämlich die relativen Gleitgeschwindigkeiten Ve und Vi der äusseren bzw. inneren Lippen gegensinnig, und das Gleiche gilt für die entsprechenden Reibungskräfte Fe und Pi (wobei offenbar die Reibung an dem festen Aussenring die Bewegung des Käfigs zu verlangsamen sucht, während die Reibung an dem Innenring, welcher sich schneller als der Käfig dreht, die Bewegung desselben zu beschleunigen sucht).

Hieraus ergibt sich, dass der Käfig einem resultierenden Moment G mit folgendem Wert ausgesetzt ist :

C = P₆ (R + r) - P₁ (R - r)

welches ein Reiben der Kugeln in ihren Ausnehmungen und ein Gleiten derselben auf ihren Laufbahnen erzeugt, was für dae richtige Arbeiten des Wälzlagers schädlich ist.

Infolgedessen richtet man es entsprechend der obigen Ausführungsform so ein, dass das Moment C Null wird, d.h. die Ausbildung wird so getroffen, dass

Pe = R- r
PT R + r .

Da die Reibungskräfte zu den Pressungen der Lippen Se und Si proportional sind, werden diese Pressungen so eingestellt, dass sich ergibt :

Se. = R - r
Si R + r.

Zur Vornahme dieser Einstellung kann auf beliebige geeignete Wüise vorgegangen werden. Wenn insbesondere eine Feder 18 benutzt wird, stellt man die Spannung dieser Feder entsprechend ein.

Wenn auf die obige Weise vorgegangen wird,

209846/0664

- 7 - . 5109-72

erhält man eine Anordnung, in welcher die Reibung der Lippen keinen Einfluss auf das ^erhalten des Käfigs gegenüber den. Kugeln hat.

In den obigen Ausführungen war angenommen,

da3s die Abdichtung (Pig. 3 und 4) nur auf einer einzigen Seite vorgesehen ist. Die Erfindung gilt jedoch natürlich auch für den Fall, dass die Abdichtung auf beiden Seiten vorgesehen ist.

Dies ist in Pig· 5 dargestellt, in welcher

zwei Dichtungen beiderseits des Kugelkranzes vorgesehen sind, welche in einem Meridianschnitt (Fig. 5) symmetrisch und mit der oben beschriebenen Dichtung identisch sind. Der Gummi einer jeden von ihnen haftet an dem Rücken eines vorzugsweise aus einem harten Kunststoff bestehenden Käfi^ Es sind also hier an Stelle des Käfigs 6 der Pig· 3 und 4 zwei Käfige 19 und 1S¹ vorhanden, oder vielmahr zwei Käfighälften, welche einander vervollständigen, wie dies beispielshalber bei den drei in Pig. 6 bis 8 dargestellten Ausführungsabwandlungen gezeigt ist, welche gemäss der Linie G-G-C-G der Fig. 5 abgewickelte zylindrische Schnitte sind.

Es ist übrigens wohlverstanden, dass diese

Ausbildung der Käfige gemäss Fig· 6 bis 8 oder entsprechend einer ähnlichen Anordnung in dem Rahmen der Erfindung auf beliebige Y/älzlager anwendbar ist, selbst wenn diese nicht mit Dichtungsvorrichtungen versehen sind.

Gemäss der Ausbildung der Fig· 6 weisen die Käfige 19 und 19' vorzugsweise Klauen mit einem sphärischen Innenprofil 20 und 20¹ auf, welche so angeordnet sind, dass jede Kugel frei in einer durch eine Klaue 20 des Käfigs 19 und eine Klaue 20' desjKäfigs 19' gebildeten Ausnehmung gehalten wird, wobei jedes Klauenpaar zwischen zwei aufeinanderfolgende Kugeln 1 tritt. Z\vei benachbarte Klauen 20 und 20· können sich durch etwa ebene Plächenabschnitte 21 aneinander abstützen, so dass der richtige Abstand zwischen den Kugeln aufrechterhalten wird. Diese Anordnung ist bei einer beliebigen, geraden oder ungeraden Kugelzahl anwendbar·

Bei der Ausbildung der Fig. 7 weist jeder Käfig 19 und 19¹ vorzugsweise Ausnehmungen mit zv/ei Klauen

209846/0664

- 8 - . 3109-72

22 und 22' auf, v/elche eine Kugel enthalten. Die Ausnehmungen hüben daher einen solchen Abstand, dass sie miteinander "verschachtelt" werden können. Jeder Käfig enthält dann die gleiche Kugelzahl, was für den Fall geeignet ist, dass die Gesamtzahl der Kugeln des Wälzlagers gerade ist. Die.benachbarten Ausnehmungen können sich wie in dem vorhergehenden Pail aneinander durch ebene Flächenabschnitte 21 abstützen. Bei dieser Ausbildung befindet sich jede Kugel in einer Ausnehmung, v/elche durch ein und denselben Käfig angehörende Klauen gebildet wird, was für die Ausnehmung eine gute "Sphärizität" gewährleistet.

Bei der Ausbildung geniäss Fig· 8 v/eisen die Käfige 19 und 19' ineinander verschachtelte Klauenpaare 23 und 23' auf, welche zwei aufeinanderfolgende Kugeln trennen, so dass wie bei dem Fall der Fig. 6 jede Ausnehmung durch eine Klaue 23 des Käfigs 19 und eine Klaue 23' des Käfigs 19' gebildet wird. Jedes Klauenpaar 23 oder 23' entspricht zwei Kugeln, so dass auch hier die Zahl der Kugeln eine gerade Zahl ist. Bei dieser Ausbildung besteht keine Berührung zwischen den beiden Käfigen 19 und 19'» und es sind keine Flächen zur gegenseitigen Anlage vorhanden, so dass keine Gefahr einer Reibung zwischen den Käfigen bestellt.

Bad original 7 η w η /, () / ο η υ u

Claims

221Ü82Ö

- 9 - 3109-72

P a t e_L η ΐ a η s ρ r ü c he

(fj Kugel- oder Hollenlager mit wenigstens einer Dichtungtsvorrichtunf;, dadurch gekennzeichnet, dass die Diehtungsvorrichtung von dem Kugelkäfig (6) des Wälzlagers getragen wird, und entsprechende Dichtungen (13 bis 16) aufweist, welche sich an entsprechenden Flächen des inneren und des äusseren Ringes ( 2 bzw. 3) dos Wälzlagers abstützen.
2.) Wälzlager nach Anspruch 1 mit einem Kugelkäfig mit wenigstens einen mit Mit bein sum Zurückhalten der Kugeln versehenen Ring, v/elcher insbesondere aus einem harten oder halbharten Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsvorrichtung durch wenigstens eine Membran (13) aus Gummi oder einem Elastomer gebildet wird, v/olehe zum Haften an dem Ring oder den Rücken des entsprechenden Käfigs (16) gebracht wird.
3.) Wälzlager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung swei Lippen (14, 15 16, 17) aufweist, welche z.B. V-fÖraig sind und sich gegen entsprechende Anlageflächen des inneren bsw» äusseren Ringes (2 bzw. 3) des Wälzlagers legen.
4.) Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass die die DiclitungEr/orriahtimg bildende Dichtung auf der Seite des Innenringes (2) des Wals™ lagers eine Ausnehmung zur Aufnahme einer Eeder (18) aufweist, welche die entsprechende Lippe ( 14) der Dichtung gegen den Innenring (2) drückt.
5.) Wälzlager nach einem der Ansprüche 1

bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskräfte an ti en Berührungsstellen der Dichtungs/orriehtmig mit des timer en br-\-r. äusseren Ring (2 bzw. 3) so berechnet sind, dass axe durch sie zwischen dem Käfig (6) und dem inneren bz-w. äusseren Ring (2 bzw» 3) erzeugten Momente einander das Gleichgewicht halten«
6.) Wälzlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorstellung dieses Gleichgewichts du'.'ch die Bomoasung der ReibungsfLachen erfolgt.
7.) Wälzlager nach Anspruch 5, dadurch ge-

kenn;-Hi Lehne t, dass zur Herstellung diesem Gleichgewichts der iliu Reibung erzeugende Eiuheit;;kontak!,druck eingestellt wird,

BAD ORIGINAL 209846/0664

- 10 - - 3103-72

insbesondere mit Hilfe einer Feder (18).
8.) Walzlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Gleichgewichts gleichzeitig die Reibungoflächen und der Einheitskontakttiruck eingestellt v/erden.
9.) Wälzlager nach einem der Ansprüche 1

bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Dichtungovorrichtun- gcn beiderseits des Kugelkäfigs vorgesehen sind und von diesem getragen v/erden.
10.) Wälzlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkäfig aus zwei ringförmigen Elementen (19, 19') besteht, welche mit Greifvorrichtungen (20, 20') fur die Kugeln (1) versehen und in geeigneter V/eise miteinander vereinigt sind.
11.) Wälzlager_r insbesondere nach Anspruch 1, mit einem insbesondere aus einem harten oder halbharten Kunststoff bestehenden Kugelkäfig, welcher wenigstens zwei ringförmige Elemente beiderseits der Mittelebene der Kugeln auf v/eist und Ausnehmungen zur Aufnahme der Kugeln bildende Mittel trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ringförmigen Elemente (19, 19') miteinander dadurch verbunden sind, dass eine einer Kugel entsprechende Ausnehmungshälfte (22) sich an einer dem anderen ringförmigen Element angehörenden und einer Nachbarkugel entsprechenden Ausnehmungshälfte (22·) abstützt (Fig· 6).
12.) Wälzlager, insbesondere nach Anspruch 1, mit einem insbesondere aus einem harten oder halbharten Kunststoff bestehenden Kugelkäfig, v/elcher wenigstens zwei ringförmige Elemente beiderseits der Mittelebene der Kugeln ■.

aufweist und Ausnehmungen zur Aufnahme der Kugeln bildende cragx

Mittel/, dadurch gekennzeichnet, dass jedes ringförmige Element Ausnehmungen (22, 22' - Pig· 7) aufweist, welche die Kugeln umgeben, wobei der Abstand zwischen den Ausnehmungen ein und desselben ringförmigen M Leine nt ω im wesentlichen gleich dem doppelten Abstand der KugeLn (1) ist, so dass die Ausnehmungen υ ines K lenient π zwischen die Ausnehmungen den anderen ringförmigen 10 Leinen tu treten und sich an diesu.i abstützen (bei -21).

Vj>.) Wälzlager, ins blondere nach Anspruch

209846/0664 _BAd original

- 11 ·- 3109-72

1 , mit einen insbesondere aus einem harten oder halbharten Kunststoff beziehenden Kugelkäfig, welcher v/enigatens zwei ringförmige Elemente beiderseits der Kittelebene der Kugeln aufweist und Ausnehmungen sur Aufnahme der Kugeln bildende Kittel trägt, dadurch ;r α kennzeichnet, dass jedes ringförmige jllement Anlafiefläcnenpaare (23, 23 ^s - 2?ig· 3) auf v/eist, welche Ausnehmun;;chälften für die Kugeln bilden, v/obei der Ab- !Jtand zwischen den Paaren eines ringförmigen Elements im wesentlichen gleich dem Doppelten des Abstands zwischen den Kugeln ist, so dass ein Paar eines ringförmigen Elements zwischen zv/ei aufeinanderfolgende Teile des anderen Elements tritt.

l· i