DE2247528A1

DE2247528A1 - Kugellager-anordnung

Info

Publication number: DE2247528A1
Application number: DE19722247528
Authority: DE
Inventors: Andrew Henn
Original assignee: Heim Universal Corp
Current assignee: Incom International Inc
Priority date: 1971-10-18
Filing date: 1972-09-28
Publication date: 1973-04-26
Also published as: FR2157322A5; NL7213511A; BE790112A; GB1370730A; DE2247528C2; AU4769672A; CA965466A; AT318980B; IT969611B; JPS4848849A; US3767276A

Description

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THE HEIM UNIVERSAL CORPORATION, Pittsburgh, Pennsylvania, VStA

Kugellager-Anordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine reibungsarme Kugellageranordnung, die auf einer Welle befestigbar ist und sich zusammensetzt aus einer äußeren Hülse und einer inneren Hülse, die konzentrisch innerhalb der äußeren Hülse sitzt. Dabei handelt es sich um eine Kugellager-Anordnung, die sich in Längsrichtung einer Welle bewegen kann.

Es sind zahlreiche unterschiedliche Arten von umlaufenden Kugellager-Anordnungen bekannt. Typisch für die bekannten Lagerausführungen ist die hohe Abnutzungsgeschwindigkeit bz\*„ das starke Abnutzungsausmaß zwischen ihren entsprechenden Bauteilen. Hinzu kommt, daß sie eine komplizierte Konstruktion aufweisen und in der Herstellung teuer sind. Ein vorzeitiger Verschleiß kann z.B. auftreten, wenn die verschiedenen Bauteile der Lageranordnung im Betrieb unstabil sind. Diese Un-Stabilität bewirkt, daß sich die umlaufenden Kugeln während schweren oder ungedämpften Belastungszuständen festfressen.

Dieses Festfressen verursacht unter anderen Dingen ein Ein-

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graben oder Einarbeiten der Kugeln in die Welle, wodurch Ausrichtungsungenauigkeiten und schließlich ein Bruch der Lageranordnung hervorgerufen werden können.

Die am 11. Juli 1967 ausgegebene US-PS 3 330 606 zeigt eine reibungsarme Kugellager-Anordnung, in der sich die Kugeln während ihres "aktiven" oder belasteten Zustandes in einer unstabilen Lage befinden. Die Kugeln dieser bekannten Lageranordnung laufen nämlich während ihres "aktiven" Zustandes auf einer Lagerfläche, die auf der Kuppe eines konvexen Teils an der inneren Fläche der äußeren Hülse angeordnet ist. Diese . Gestaltung oder Konstruktion macht diese Lageranordnung Jedoch mechanisch unstabil. Andere AusfUhrungßformen von Lageranordnungen weisen ähnliche Konstruktionsmängel auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine Kugellager-Anordnung zu schaffen, die auf einer Welle befestigbar ist und eine äußere Hülse und eine innere Hülse aufweist, welche konzentrisch innerhalb der äußeren Hülse eingesetzt ist, wobei die innere Hülse eine Anzahl von Spuren aufweisen soll, die Bahnen für den Umlauf der Kugeln zwi-^ sehen den Hülsen und der Welle während der Bewegung zwischen der Welle und der Lageranordnung bilden, die Außenfläche der inneren Hülse eine polygone Form aufweisen soll, die Innenfläche der äußeren Hülse mit einer Anzahl von Führungsbahnen versehen sein soll, während die Schnittstellen der ebenen oder flachen Teile, die die Außenfläche der inneren Hülse bilden, mit den Führungsbahnen in Deckung oder Ausfluchtung liegen sollen.

Es ist weiter beabsichtigt, eine sehr leistungsfähige Kugellager-Anordnung zu schaffen, die preiswert hergestellt werden kann und von einfachster Konstruktion ist.

Weiterhin soll eine reibungsarme Kugellager-Anordnung vorgesehen werden, in der die Zahl der ebenen Flächen der Außenseite der inneren Hülse gleich ist der Zahl von Führungsbah-

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nen, die an der Innenseite der äußeren Hülse ausgebildet sind.

Schließlich ist noch beabsichtigt, eine reibungsarme Kugellager-Anordnung auszubilden, bei der die Innenseite der äußeren Hülse in einer Anzahl von im wesentlichen konkaven Lagerflächen mit gleichen Radien versehen ist, die auf die Spuren oder Führungsbahnen derart ausgefluchtet sind, daß sie eine RoIl-Lagerflache für die Kugeln bilden, während sich dip Kugeln unter ihrem Belastungszustand befinden.

Zur. Lösung obiger Aufgabe geht die Erfindung aus von einer reibungsarmen Kugellager-Anordnung, die auf einer Welle befestigbar ist und eine äußere Hülse und eine innere Hülse aufweist, welche konzentrisch innerhalb der äußeren Hülse eingesetzt ist. Die Erfindung besteht darin, daß die innere Hülse eine Anzahl von Spuren aufweist, die Bahnen für den Umlauf der Kugeln zwischen den Hülsen und der Welle während der Bewegung zwischen der Welle und der Lageranordnung bilden, daß die Außenfläche der inneren Hülse eine polygone Form aufweist und die Innenfläche der äußeren Hülse mit einer Anzahl von Führungsbahnen versehen ist, wobei die Schnittstellen der ebenen Teile, die die Außenfläche der inneren Hülse bilden, mit den Führungsbahnen in Deckung oder Ausfluchtung liegen. '

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nun an Hand der beiliegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden.

Es zeigen:

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Fig. 1 eine Seitenansicht einer Kugellager-Anordnung gemäß der Erfindung, teilweise aufgeschnitten, wobei die Kugellager-Anordnung auf einer Welle montiert 1st)

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A der Fig. 1;

Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Anordnung der Fig. 1, wobei die Lagerkugeln entfernt sind;

Fig. 4 einen vergrößerten Längsschnitt der äußeren Hülse der Lageranordnung der Flg. 1, der Details der Innenflächenausbildung dieser HUlse zeigt;

Fig. 5 eine vergrößerte Stiraan«lcht der äußeren Hülse der Lageranordnung der Fig. 1;

Fig. 6 eine Teilansicht von einem Ende eines modifizierten Ausführungsbeispiels der in Fig. 3 gezeigten inneren Hülse und

Fig. 7 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der Fig. 2.

Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen. Die. verbesserte reibungsarme Kugellager-Anordnung der Erfindung enthält reibungsarme Lagerkugeln 10, eine äußere Hülse 12 und eine innere Hülse 14, die als Lagerkugel-Halterung dient. Halteoder Arretiermittel, wie beispielsweise Sprengringe 16, sind an beiden Enden der Anordnung vorgesehen, um die innere und äußere Hülse axial relativ zueinander festzulegen und eine Einheit auszubilden. Die äußere Hülse 12 besteht aus einem Zylinder mit einer maschinell bearbeiteten oder abgedrehten Außenfläche, welche nicht unterbrochen 1st, mit Ausnahme von zwei Ringnuten 16, die neben den Enden oder Stirnseiten der

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äußeren Hülse ausgearbeitet sind und Halterungsmittel, wie beispielsweise Sprengringe (nicht gezeigt) aufnehmen, um die Kugellager-Anordnung-in einem Lagergehäuse zu verankern. Die äußere Hülse 12 weist eine Innenfläche auf, die mit einer Anzahl von axial verlaufenden Nuten 20 versehen ist, welche über den Umfang der Innenfläche weg im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, sind zwischen den Nuten 20 axial verlaufende konkave Lagerflächen 22 vorgesehen. Eine abgesetzte oder ausgesparte konkave Endfläche 24 kann neben jedem Ende der Fläche 22 vorgesehen sein. Die konkaven Endflächen 24 sind in bezug auf die Flächen 22 in der äußeren Hülse 12 abgesetzt. Zwischen den Flächen 22 und 24 ist mittels Abschrägunger. 25 ein glatter übergang geschaffen. Das Ausmaß der Abschrägung variiert unter anderem in Abhängigkeit vom Ausmaß des Spiels, das erforderlich ist, um die Kugeln in die Nuten 20 einführen zu können.. Eine Ringnut 28 ist an jedem Ende der Innenfläche der äußeren Hülse 12 vorgesehen und dient als Sitz für einen Haltering 16 oder ein anderes geeignetes Halte- oder Arretiermittel.

Die Ringe 16 verhindern eine axiale Bewegung der inneren Hülse in bezug auf die äußere Hülse. Sie können tellerförmig sein oder aus Sprengringen bestehen und aus Metall, Kunststoff oder einem anderen geeigneten Werkstoff hergestellt sein. Diese Ringe können in den Nuten 28 positioniert werden, um die innere Hülse 14 in der äußeren Hülse 12 zu sichern bzw. festzulegen. Fig. 3 zeigt Halte- bzw. Sicherungsringe 16, ein Halteflansch oder eine Halterippe kann jedoch leicht aus einem Stück mit der inneren Hülse an einem Ende derselben ausgebildet werden. Eine modifizierte'innere Hülse 14' ist in Fig. 6 gezeigt. Bei dieser ist ein ringförmiger Halteflansch 16* einstückig mit der inneren Hülse ausgebildet. Wenn man für die innere Hülse ein federndes oder nachgiebiges Kunststoffmaterial verwendet, ist es auch möglich, an beiden Enden der inneren Hülse einstückig einen Halteflansch oder eine Halterippe

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anzuformen. Ein einziger Kunststoff-Rippenvorsprung (nicht ge- ' zeigt) kann ebenfalls an der inneren Hülse 14 angeformt werden und in Eingriff mit einer Einstell-Aussparung (nicht gezeigt) gebracht werden, die aus der Innenfläche der äußeren Hülse an einer Stelle ausgearbeitet ist, welche den Umlauf der Kugellager nicht beeinträchtigt. '

In Fig. 3 ist eine innere Hülse 14 gezeigt, die zahlreiche ebene Teile 30 aufweist, welche ein Polygon bilden. Zahlreiche Kugeln 10 zirkulieren entlang den Führungsbahnen, die in den ebenen Teilen 30 ausgebildet sind. Jede Führungsbahn setzt sich zusammen aus einer Nut 33ünd einem Schlitz 34. Die Enden einer jeden Nut 32 sind gekrümmt und durch in ähnlicher Weise gekrümmte Enden der Schlitze 34 untereinander verbunden.

Die Schlitze 34 erstrecken sich vollständig durch die innere Hülse 14 und weisen eine Öffnungsbreite auf, die etwas kleiner als der Durchmesser der Lagerkugeln 10 ist. Beide gekrümmte oder gebogene Enden der Nut 32 sind mit einem Anstieg 36 versehen, damit die Kugeln in die Nuten 32 eintreten und austreten können. Die geradlinigen Teile der durchbrochenen Schlitze 34 bilden die Umlaufbahnen der Kugeln 10, während diese unter Last und in Berührung mit der Welle 36 und den konkaven Lagerflächen 22 stehen. Es wird dadurch eine im wesentlichen reibungslose Relativbewegung zwischen der Lageranordnung und Welle 38 erzielt.

Die Führungsbahnen 20 dienen dem Zweck, eine Drehbewegung der Hülse 14 innerhalb der Hülse 12 zu verhindern, und sie bilden mit den Nuten 32 den geradlinigen Teil der Bahn oder Spur, in der die Kugeln 10 nicht in Berührung mit der Welle 38 stehen. Dies dient auch dem Zweck, die axial verlaufenden Schiit* ze 34 der inneren Hülse mit den axial verlaufenden konkaven Lagerflächen 22 auszufluchten. Wie' aus den Figuren 1 und 7 zu ersehen ist, befinden eich die Kugeln an den Stellen In einem unbelasteten Zustand, d.h. el· Bind nicht in Wirkberührung mit

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der Welle 38, wo sie auf die Endfläche 24 treffen. Dies begünstigt bzw. erleichtert einen glatten oder einwandfreien Übergang in den durchbrochenen Schlitz 34 hinein und aus diesem heraus.

Aus obigem geht hervor, daß gemäß der vorliegenden Erfindung eine reibungsarme Kugellager-Anordnung geschaffen wird, die eine äußerst einfache Konstruktion und Formgebung aufweist sowie leicht und wirtschaftlich herzustellen und zusammenzubauen ist. Der Montagevorgang kann vollständig automatisiert werden, um die Gesamtkosten des Lagers weiter zu senken. Das Lager kann in der Weise zusammengebaut werden, daß man die innere Hülse bei in Einbaulage befindlichen Kugeln in die äußer- . re Hülse einführt. Dies kann in der Weise erfolgen, daß man die sich schneidenden ebenen Teile der inneren Hülse mit den Nuten 20 in Deckung bzw. zur Ausfluchtung bringt.

Außerdem wird hervorgehoben, daß die verschiedenen Bauteile der Lageranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung aus einem großen Bereich von Werkstoffen hergestellt werden können, einschließlich verschiedener Arten von Kunststoffen und Metallen. Die äußere Hülse 12 kann z.B. aus einem härtbaren Stahl, etwa einem Stahl SAE-5200, gefertigt werden.

Die innere Hülse kann infolge ihrer sehr einfachen Form sogar aus einem noch größeren Bereich von Werkstoffen ausgebildet werden, beispielsweise aus Leichtmetallen, einschließlich Aluminium und Zinklegierungen. Zur Fertigung der inneren Hülse können ferner auch Kunststoffe und andere verformbare Materialien benutzt werden

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Claims

- 8 Patentansprüche

Ί.) Reibungsarme Kugellager-Anordnung, die auf einer Welle Tiefestigbar ist und eine äußere Hülse und eine innere Hülse aufweist, welche konzentrisch innerhalb der äußeren Hülse eingesetzt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die innere Hülse (14) eine Anzahl von Spuren (32, 34) aufweist, die Bahnen für den Umlauf von Kugeln (10) zwischen den Hülsen (12, 14) und der Welle (38) während der Bewegung zwischen der Welle und der Lageranordnung bilden, daß die Außenfläche der inneren Hülse (14) eine polygone Form hat und daß die Innenfläche der äußeren Hülse (12) mit einer Anzahl von Führungsbahnen (20) versehen ist und die Schnittstellen der ebenen oder flachen Teile (30), die die Außenfläche der inneren Hülse (14) bilden, mit den Führungsbahnen (20) fluchten.
2. Kugellager-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der ebenen Flächen oder Teile (30) der Außenfläche der inneren Hülse (14) gleich ist der Zahl von Führungsbahnen (20).
3. Kugellager-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der äußeren Hülse (12) ferner mit einer Anzahl von im wesentlichen konkaven Lagerflächen (22) versehen ist, die auf die Spuren (32, 34) derart ausgefluchtet sind, daß sie für die Kugeln (10) eine Roll-Lagerflache bilden, während sich die Kugeln in ihrem belasteten Zustand befinden.
4. Kugellager-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konkaven Lagerflächen (22) gleiche Radien aufweisen.

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5. Kugellager-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Außenfläche der inneren Hülse (14) eine polygone Form aufweist.
6. Kugellager-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Außenfläche der inneren Hülse (14) eine polygone Form aufweist.

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