DE2338686A1

DE2338686A1 - Verfahren zur herstellung von rollenlagern

Info

Publication number: DE2338686A1
Application number: DE19732338686
Authority: DE
Inventors: Willard Lee Bowen
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1972-09-07
Filing date: 1973-07-31
Publication date: 1974-03-14
Also published as: JPS4964751A; US3765071A; CA975040A

Description

-U. /1/1·

The Torrington Company, Torrington, Connecticut (7.St.A.)

Verfahren zur Herstellung von Rollenlagern

Die Erfindung "bezieht sich auf die Herstellung von Rollenlagern, insbesondere zur Präzisionslagerung von rotierenden Wellen, die nur eine minimale radiale Auslenkung aufweisen dürfen.

Es sind Rollenlager bekannt, deren Rollen hohl ausgebildet sind, wobei die Hohlräume zu Schmierungszwecken dienen. In jüngster Zeit sind Rollenlager entwickelt worden, bei denen die Rollen aus elastischem Material hergestellt sind. Nach der US-Patent-

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schrift Hr. 2 842 410 ist es beispielsweise bekannt, die Rollen aus Gummi oder dergleichen herzustellen. Der Zweck dieser Rollenlager besteht jedoch darin, eine elastisch nachgiebige Lagervorrichtung zu schaffen, die einen Selbstdämpfungseffekt aufweist.

Ferner ist aus der US-Patentschrift Nr. 3 410 618 bekannt, hohle Rollen unter Vorspannung zwischen den Lagerflächen eines K.ollenlagers anzuordnen. Durch diese Maßnahme soll ein Rutschen der Rollen in den Lagern verhindert werden, was bei hochtourig laufenden Lagern ein Problem darstellt. Durch den Anpreßdruck der Rollen an die Lagerflächen wird der Rutschwiderstand verbessert und es wird eine Erhöhung der Lebensdauer der Lager erzielt.

Die Erfindung kam dadurch zustande, daß zunächst versucht wurde, in herkömmlichen Rollenlagern die aus vollem Material bestehenden Rollen durch Hohlrollen zu ersetzen. Dabei wurde daran gedacht, ein Rollenlager zu schaffen, bei welchem das radiale Spiel ausgeschaltet werden kann. Die Verwendung von Rollen, welche hohl ausgebildet sind und sich unter einer leichten Vorspannung biegen oder abflachen können, kann ein fester Kontakt zwischen den Rollen und beiden Laufflächen geschaffen werden. Das ist bei Rollenlagern mit vollen Rollen infolge der Herstellungstoleranzen nicht möglich.

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Besonders kritisch ist das radiale Spiel bei der Lagerung der Wellen von Schleifscheiben. Versuchsweise wurden daher in der Produktion eingesetzte Schleifscheibenwellen mit Rollenlagern versehen, die mit unter Vorlast eingesetzten hohlen Rollen versehen waren. Dabei wurde erarbeitet, daß nicht nur die normale radiale Auslenkung aufgrund des Toleranzspiels in dem Rollenlager beseitigt werden kann, sondern daß auch die radiale Auslenkung der Wellenachse aufgrund von Unrundheitsbedingungen der Lagerflächen innerhalb der Herstellungstoleranzen erheblich reduziert werden können. Dabei ist auch gefunden worden, daß die Qualität einer fertigen hohlen Rolle geringer sein kann als die einer vollen Rolle, ohne daß sich das auf die radiale Auslenkung der Achse der von dem Lager getragenen Welle wesentlich auswirkt.

Im folgenden wird Bezug genommen auf die Qualität von Lagern und Lagerteilen. Während in vielen technischen Bereichen lediglich oberflächliche Normen bestehen, haben die Lagerhersteller, insbesondere in den Vereinigten Staaten, ein Bündel von Normen akzeptiert, durch welche die Lager bestimmt werden und die Lager unterschiedlicher Hersteller leicht gegeneinander austauschbar sind. Diese Normen sind von der Anti-Priction Bearing Manufacturers' Association, Inc. entwickelt worden und sind als ΑΈΈΜΑ-Normen bekannt. Diese Normen sind grundsätzlich verbindlich, Jedoch werden von Zeit zu Zeit Änderungen vorgenommen, durch wel-

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ehe die Anforderungen verschärft werden.

Die APBMA-Normen sind in eine Vielzahl von Abteilungen aufgeteilt, von denen lediglich die Nummern 3, 4 und 5 auf die Erfindung anwendbar sind. Bei den AFBMA-Normen handelt es sich um eine öffentliche Druckschrift, die jedermann zugängig ist.

Die hier in Präge kommenden Abschnitte der APBMA-Normen lauten wie folgt:

Abschnitt Nr. 3, Revision Nr. 9, August 1967 Abschnitt Nr. 4, Revision Nr. 6, Oktober 1966 Abschnitt Nr. 5, Revision Nr. 5, Dezember 1962.

Abschnitt Nr. 3 der AFBMA-Normen bezieht sich auf die Toleranz-Klassifikation von Rollenlagern, und zwar kommen hier insbesondere die Seiten 6, 7, 8 und 9 in Präge. Lager werden nach ihrer Genauigkeit klassifiziert, und zwar durch den Toleranzbereich, in welchem ihre Teile, nämlich die inneren und äußeren Laufflächen, hergestellt werden. Die ToleranzbereidK sind in vier Klassen eingeteilt:

ABEC-1: größte Toleranz, geringste Genauigkeit ABEC-5: geringere Toleranz als 1

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JBEG-7: engere Toleranz als 5

ABEC-9: geringste Toleranz, größte Genauigkeit.

Die Erfindung befaßt sich damit, die normalen vollen Rollen durch hohle Rollen in solchen Rollenlagern zu ersetzen, die zur Lagerung von Wellen dienen, wobei die hohlen Rollen unter Vorspannung eingebaut werden. Es wurden Versuche unter Produktionsbedingungen an Tragwellen von Schleifscheiben gefahren, bei denen bisher trotz Verwendung von Präzisionsrollenlagern die radiale Auslenkung zu stark und die Lebensdauer der Lager zu kurz war. Durch das Austauschen der vollen Rollen durch hohle Sollen, die unter Vorspannung eingesetzt wurden, wurde die radiale Auslenkung erheblich reduziert, so daß engere Schleiftoleranzen erzielt wurden. Gleichzeitig stellte sich dabei heraus, daß die normale Lebenserwartung für das Rollenlager von 2 bis 5 Monaten bis zu einer Größenordnung von mindestens 15 bis 18 Monaten erhöht werden kann.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein Rollenlager, dessen Lagerflächen und Rollen in breiteren Toleranzgrenzen hergestellt werden, bei Anwendung der erfindungsgemäßen Konstruktion nicht nur eine geringere radiale Auslenkung sondern auch eine längere Lebensdauer als herkömmliche Präzisionsrollenlager gleicher Größe aufweist.

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Gemäß der Erfindung ist es erforderlich, für das Rollenlager eine Hohlrolle auszuwählen, die zur Kompensierung der maximalen Änderung des radialen Abstandes zwischen äen Lagerflächen eine ausreichende Flexibilität aufweist und darüber hinaus mit einer genügenden Steifigkeit versehen ist, um die nötige Belastung auszuhalten, ohne daß eine übermäßige Durchbiegung auftritt, durch welche die gegenüberliegenden Rollen den Kontakt mit den Laufflächen verlieren wurden. Wenn diese Rollen in Druckkontakt mit den Laufflächen unter allen normalen Arbeitsbedingungen des Lagers stehen, so kann natürlich keine radiale Auslenkung aufgrund eines Lagerspiels auftreten. Gleichzeitig wird, da sich die Rollen unter Last durchbiegen können, die erwartete Auslenkung der Welle infolge der Unrundheit sowohl der Welle bzw. der mit dieser verbundenen Lauffläche, als auch der äußeren Lauffläche, erheblich reduziert, denn infolge der Keilwirkung, die in Bereichen minimalen Abstandes auftritt, wird, anstatt daß die Welle außermittig verschoben wird, die verkeilte Rolle zusammengedrückt oder gebogen, so daß keine oder nur eine sehr geringe Querverschiebung der Welle auftritt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist diese in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

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Pig. 1 einen Teilschnitt durch eine typische Lageranordnung und Halterung einer Welle für eine Schleifscheibe- einer Produktionsschleifmaschine;

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung einen Querschnitt durch ein herkömmliches Rollenlager, bei dem die Mängel schematisch angedeutet sind;

Fig. 3 eine gleiche Ansicht wie Fig. 2 eines ähnlichen Rollenlagers, bei dem jedoch die vollen Rollen durch hohle Rollen ersetzt sind;

Fig. 4 eine schematische Teilansicht, in der die Durchbiegung einer Rolle veranschaulicht ist, wenn sich diese in einem Punkt minimalen radialen Abstandes zwischen den Laufflächen befindet;

Fig. 5 eine Teilansicht ähnlich wie Fig. 4, wobei sich eine Rolle in einem Punkt maximalen radialen Abstandes befindet;

Fig. 6 in vergrößertem Maßstab eine Ansicht, teilweise im Schnitt, eine Hohlrolle gemäß der Erfindung;

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Fig. 7 eine Ansicht ähnlich wie 'Fig. 6 einer modifizierten Ausführungsform der Rollenkonstruktion;

Fig. 8 ein Diagramm, in dem die Rollenabweichung über dem Außendurchmesser der hohlen Rolle aufgetragen ist, wobei eine maximale Spannung von 5600 kg/cm (80 000 psi) angenommen ist, und

Pig. 9 ein Diagramm, in dem die maximale Rollenbelastung über dem Außendurchmesser der hohlen Rolle aufgetragen ist. Die Prozentangaben in beiden Diagrammen beziehen sich auf den Hohlheitsgrad.

In Pig. 1 ist eine typische Lageranordnung für eine Schleifscheibe 10 einer Produktionssehleifmasdlne schematisch dargestellt. Die Schleifscheibe 10 sitzt dabei auf einer Welle 11, die ihrerseits drehbar in einem Support bzw. einem Gehäuse 12 mit Hilfe von zwei axial versetzt angeordneten Rollenlagern gelagert ist. Während die Rollenlager nur schematisch dargestellt sind und eine einzige Rollenreihe aufweisen, ist es auch möglich, die Rollenlager mit zwei oder drei Rollenreihen auszustatten und/oder mit Käfigen zu versehen. Ferner kann eine Druckschmierung für die Lager 13 vorgesehen sein, so daß eine kontinuierliche Schmiermittelzufuhr bei gewünschter Temperatur ge-

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währleistet ist. Anstatt der veranschaulichten fliegenden Lagerung¹ der Schleifscheibe kann auch eine Anordnung gewählt werden, bei der die Schleifscheibe 10 zwischen den Enden der Welle 11 sitzt und daß die Welle 11 an gegenüberliegenden Seiten der Schleifsoheibe 10 gelagert ist.

An dieser Stelle sei erwähnt, daß die Erfindung nicht auf Rollenlager zur Lagerung von Schleifscheibenwellen beschränkt ist, sondern daß die Schleifscheibenlagerung nur ein typisches Anwendungsbeispiel darstellt, da eine Schleifscheibe ein Maschinenteil ist, welches mit einer minimalen radialen Auslenkung gelagert sein nuß. Yerständlicherweise bewirkt bei einer Schleifscheibe jegliche radiale Auslenkung einen ungünstigen Effekt während eines Schleif Vorgangs und beeinfkißt bei dem Werkstück sowohl die gewünschte Größe als auch das gewünschte Endprodukt nachteilig»

Während eine Yielzahl von Schleifscheibenherstellern im Hinblick auf das Problem der radialen Auslenkung Rollenlager zur Lagerring der So-fcfeifscheibenwelle verwenden, benutzen andere Schleifscheibenhersteller zur Herabdrückung der radialen Auslenkung noch Gleitlager«

Bekanntlich werden Produktionsschleifmaschinen zur Herstellung

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von Lagerteilen verwendet, die als Massenprodukt sehr geringe .Toleranzgrenzen aufweisen müssen. Z.Zt. werden spitzenlose Schleifmaschinen verwendet, t>ei denen das Schleifrad 10 eine Breite von etwa 200 mm (8 inches) und einen Durchmesser von etwa 350 mm (14 inches) aufweist. Die Tragwelle 11 der Schleifscheibe 10 der spitzenlosen Schleifmaschine ist in ihrem Lagergehäuse 12 mit Hilfe von Präzisionsrollenlagern gelagert, die volle Lsgerrollen aufweisen. Die Einzelteile dieser Rollenlager sind mit Toleranzen hergestellt, die eine minimal zulässige Veränderung erlauben. Die radiale Auslenkung der Schleifscheibe, die man so gering wie möglich zu halten versucht, soll möglichst noch weiter reduziert werden» Ferner beträgt die mittlere Lebensdauer der Lager, die die Schleifscheibenwellen lagern, etwa zwei bis drei Monate.

Die Gründe für die radiale Auslenkung der Welle 11 werden aus dem in Fig. 2 dargestellten Schema deutlich. Das dargestellte Rollenlager 13 weist einen äußeren Laufring 14 auf, dessen Innenfläche die äußere Lauffläche 15 bildet. Die dargestellte Welle 11 weist eine äußere Oberfläche auf, die die äußere Laufbahn 16 bildet. Die Welle 11 könnte natürlich auch mit einem gesonderten inneren Laufring versehen sein, dessen äußere Fläche die äußere Lauffläche 16 bildet. Die Welle 11 ist innerhalb des äußeren Lagerrings 14 über eine Mehrzahl von Rollen 17 drehbar

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gelagert, die entweder in vollbesetzter Anordnung oder mit Hilfe eines Käfigs getrennt angeordnet sein können.

Obgleich das dargestellte Lager 13 ein Präzisionslager ist, ist es verständlich, daß die Laufbahn 16 einen kleineren Durchmesser A und einen größeren Durchmesser B aufweist. Entsprechend weist die Lauffläche 15 trotz der Präzisionsbearbeitung einen kleineren Durchmesser G und einen größeren Durchmesser D auf. Wenn der größere Durchmesser B der inneren Lauffläche 16 zu dem kleineren Durchmesser C der äußeren Lauffläche 15 fluchtet, so tritt zwischen den Laufflächen 15 und 16 ein minimaler radialer Abstand auf. Wenn in entsprechender Weise der kleinere Durchmesser A der inneren Lauffläche 16 mit dem maximalen Durchmesser D der äußeren Lauffläche 15 fluchtet, so entsteht zwischen den Laufflächen 15 und 16 ein maximaler radialer Abstand. Vorausgesetzt, daß das Lager kein diametrales Spiel aufweist, so entsteht durch den Unterschied im radialen Abstand eine Mindestauslenkung der Lageranordnung 13, da die Welle 11 um ihr wirkliches Zentrum rotiert.

Selbst in Präzisionslagern muß es eine Toleranz im Rollendurchmesser geben, auch wenn die Toleranz nur in der Größenordnung von Bruchteilen eines hundertstel Millimeters liegt. Folglich gibt es in allen Rollenlagern, selbst in Präzisionslagern, ein diametrales Spiel. Unter diesem Gesichtspunkt wird selbst bei

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Präzisionslagern bei einem Wellendurchmesser in der Größenordnung von 75 mm (3 inches) eine Wellenauslenkung in der Größenordnung vo η 0,007 bis 0,003 mm (0,0003 bis 0,00012 inches) auftreten.

Aus Pig. 3 ist zu ersehen, daß die Lageranordnung 23 gegenüber der Lageranordnung 13 aus Pig. 2 modifiziert worden ist. Die Lageranordnung 23 unterscheidet sich von der Lageranordnung 13 lediglich dadurch, daß die vollen Rollen 17 der Lageranordnung 13 durch hohle Rollen 24 ersetzt worden sind. Die Lageranordnung 23 kann den gleichen äußeren Laufring 14 aufweisen, und die Rollen 24 können in gleicher Weise wie bei dem in Pig. 2 veranschaulichten Lager unmittelbar mit der Lauffläche 16 der Welle in Berührung stehen. Selbstverständlich kann auf der Welle 11 auch ein innerer Laufring angeordnet sein, dessen äußere Pläche die Lauffläche 16 bildet.

Es sind Versuche mit Rollen gemacht worden, deren Hohlheitsgrad zwischen 50 und 81 $ lag. Der Hohlheitsgrad einer Rolle ist definiert durch den Durchmesser der Bohrung in Prozent des äußeren Rollendurchmessers. Allgemein kann gesagt werden, daß Rollen mit einem Hohlheitsgrad von über 70 % eine zu geringe Steifigkeit aufweisen, um üblichen Belastungen standzuhalten, obgleich sie in Zusammenwirkung mit Rollen eines geringeren Hohlheitsgrades in demselben Lager verwendet werden können. Pur übliche Anwendungs,-

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gebiete der Lager liegt der vorteilhafteste Bereich des Hohlheitsgrades zwischen 55 und 65 $, wie Versuche bestätigt haben. Jedoch können die Rollen von Speziallagern in Abhängigkeit von den entsprechenden Erfordernissen auch Hohlheitsgrade in der Größenordnung von 50 bis 80 $ aufweisen.

Aus dem in Eig. 8 veranschaulichten Ablenkungsdiagramm, geht klar hervor, daß bei einer gegebenen Belastung die Ablenkung umso größer ist, je größer der Hohlheitsgrad der Rolle ist. In umgekehrter Weise gilt, wie in dem in Fig. 9 veranschaulichten Diagramm dargestellt, daß die Belastbarkeit der Rolle umso geringer ist, je größer der Hohlheitsgrad ist.

Es ist leicht zu ersehen, daß es bei der Bestimmung des Hohlheitegrades der in dem Lager zu verwendenden Rolle nötig ist, daß die Rolle eine geeignete Abweichungscharakteristik aufweist, aufgrund der sich die Rolle zu jeder Zeit in engem Kontakt mit den Laufflächen 15 und 16 befindet. Die zulässige Abweisung der Rolle muß daher mindestens gleich der durch die Vorspannung erzeugten Verformung der Rolle plus der maximalen Änderung des radialen . Abstandes zwischen den Laufflächen 15 und 16 sein. Gleichzeitig muß die Rolle natürlich auch die auftretende Belastung aushalten.

Es ist gefunden worden, daß bei geeigneter Anwendung einer hohlen Rolle die Auslenkung der Welle gegenüber einem Präzisionsrollen-

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lager auf 1/5 "bis 1/10 gesenkt werden kann. Gleichzeitig kann die zu erwartende Lebensdauer des Lagers um etwa das 5 bis 6-fache gesteigert werden. .

Bei der oben beschriebenen Wellenanordnung einer spitzenlosen Schleifmaschine müssen die Lager alle 2 bis 3 Monate ausgewechselt werden. Wenn in der gleichen Anordnung hohle Rollen verwendet werden, liegt die Lebensdauer der Lager zwischen 15 und 18 Monaten.

Es ist ferner gefunden worden, daß es bei Lagern mit hohlen Rollen nicht nötig ist, daß die Rollen mit der gleichen Präzision hergestellt werden, die bei normalen vollen Rollen erforderlich ist. Ferner kann die Oberflächengüte einer hohlen Rolle auf der Mikro-Skala etwa um 5 bis 6 Punkte höher liegen als die Oberflächengüte einer normalen festen Rolle. Beispielsweise hat eine Spindelwelle mit einem Durchmesser von etwa 75 mm (3 inches) eine Auslenkung von nur 0,25 Tausendstel mm (10 Millionstel eines inch), wenn eine in Fig. 3 veranschaulichte Lageranordnung mit Hohlrollen verwendet wird, wobei die Rollen eine Durchmessertoleranz von 0,00125 mm (0,00005 inch) aufweisen.

Aus I*ig. 4 ist zu ersehen, daß, wenn der maximale VTellendurchmesser B mit dem minimalen Durchmesser C der äußeren Lauffläche

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fluchtet, der radiale Abstand zwischen den Laufflächen 15 und 16 ein Minimum darstellt und die Rollen körperliche Abweichungen aufweisen bzw. zusammengedrückt sind, obgleich die Abweichung der Rollen 24 in Fig. 4 übertrieben dargestellt ist.

Es ist auch einzusehen, daß der geringere Wellendurchmesser A in einer bestimmten Stellung zu dem maximalen Laufbahndurchraesser D ausgerichtet ist, wobei dann der radiale Abstand zwischen den Laufflächen 15 und 16 ein Maximum darstellt. Dieser Fall ist in Fig. 5 veranschaulicht. Dabei sei hervorgehoben, daß jedoch infolge der Vorspannung der Rollen 24 die in dem Bereich des maximalen radialen Abstandes befindliche Rolle immer noch zu einer unrunden Gestalt zusammengedrückt wird, obgleich die Abweichung nicht so groß ist. Auch in Fig. 5 ist die Abweichung übertrieben dargestellt. ' .

Es ist zu ersehen, daß eine direkte Abhängigkeit der Auslenkung der Welle 11 von einer Unrundheit sowohl der Welle 11 als auch der Lauffläche 15 besteht, wobei diese Ablenkung durch die massiven Rollen, beispielsweise die Rollen 17, nicht ausgeglichen werden kann. Die hohlen Rollen 24 vermögen jedoch die normale Tendenz der Welle, exzentrisch zu ihrer Achse zu rotieren, wirksam zu kompensieren, wobei die Neigung zur Ablenkung durch das Zusammendrücken der Rollen 24 entsprechend dem sich ändernden

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radialen Abstand zwischen den Laufflächen 15 und 16 während der Drehung der Welle 11 ausgeglichen wird.

Obgleich eine Erhöhung der Lebensdauer des Lagers in einem gewissen Grad den Anti-Gleit-Eigenschaften der hohlenRollen zuzuschreiben ist, wie in der US-Patentschrift Nr. 3 410 618 erwähnt, ist gefunden worden, daß das Anwachsen der Lebensdauer von anderen Paktoren abhängt. Da die hohle Rolle im eingesetzten Zustand keine zylindrische Oberfläche aufweist, wie beispielsweise die volle Rolle, sondern zwischen den beiden Laufflächen abgeflacht ist, ist der an den Laufflächen anliegende Oberflächenbereich einer hohlen Rolle wesentlich größer als der entsprechende Oberflächenbereich einer vollen Rolle. Dadurch ist die Neigung einer hohlen Rolle, den gewöhnlich zwischen den Rollen und der Lauffläche vorhandenen Ölfilm zu unterbrechen, wesentlich geringer. Demgemäß tritt ein Metall-Metall-Kontakt wesentlich seltener auf.

Ein weiterer Vorteil einer hohlen Rolle gegenüber einer vollen Rolle besteht darin, daß die Weichheit oder Biegsamkeit der hohlen Rolle Stoßbelastungen federnd aufnimmt und auf Schmutz oder Fremdteilchen im Lager mit geringerer Oberflächenspannung reagiert. Gleichzeitig schaltet praktisch der Pederungseffekt auch die Unterbrechung des schmierenden Ölfilms infolge Stoßbelastungen aus.

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Normalerweise weist eine Hohlrolle 24 eine durch sie hindurchgehende zylindrische Bohrung 25 auf, wie besonders in Fig. 6 dargestellt. Jedoch kann es unter bestimmten Bedingungen wünschenswert sein, die Form der Bohrung zu modifizieren. In Fig. 7 ist eine hohle Rolle 26 dargestellt, die zwei geneigte Bohrungen 27 aufweist, welche sich in der Mitte der Rolle schneiden. Dadurch hat die Rolle 26 in der Mitte einenaximale Wandstärke, während die Wandstärke an den beiden Enden ein Minimum darstellt. Dadurch wird die Belastbarkeit der Rolle erhöht, ohne daß die Lebensdauer absinkt. Der dünnere Wandquerschnitt an den Enden der Rolle ermöglicht eine größere Ausbiegung ohne übermäßige Spannungen an den Rollendenden.

Es ist verständlich, daß die Laufflächen außer einer Unrundheit auch einen geringen Grad an Neigung aufweisen. Der radiale Abstand zwischen den Laufflächen eines Rollenlagers ändert sich daher niofe/fe nur in ümfangsrichtung mit der Wellendrehung, sondern ändert sich auch in axialer Richtung. Dadurch, daß die hohle Rolle 26 mit geneigten Bohrungen 27 versehen wird, kann sich diese an ihren Enden stärker biegen, um die Laufflächenneigung zu kompensieren, während gleichzeitig der mittlere Teil eine genügende Stärke aufweist, um die nötige Abstützung zu geben.

Gemäß dem Yorstehenden und insbesondere unter Bezugnahme auf die

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Ai¹BMA-NOr me η sei darauf hingewiesen, daß das Lager mit Hohlrollen gemäß der Erfindung eine größere Genauigkeit erbringt, als die Einzelteile aufweisen (äußerer Laufring, innerer Laufring und Rollen). Das kann man mit regulären Lagern mit massiven Rollen nicht erreichen, bei denen jede Ungenauigkeit sich im fertigen Produkt widerspiegelt, und diese Ungenauigkeiten plus des erforderlichen Laufspiels sind akkumulativ. Ein Lager mit massiven Wälzkörpern kann also nicht besser sein als die Teile, auf denen es gefertigt ist.

nichtsdestoweniger ist festgestellt worden, daß die Verwendung von hohlen Rollen viele der TJngenauigkeitsprobleme beseitigt, dadurch nämlich, daß die flexible Rolle Laufflächenungenauigkeiten auffangen und mitteln kann, beispielsweise Unrundheiten, radiale Audlenkungen und Obex^flächendeffekte. Die Vorteile, die man aus dem erfindungsgemäßen Lager mit hohlen Rollen ableiten kann, lassen sich ohne weiteres unter Bezugnahme auf die vorstehend genannten APBMA-Oiorr.en aufzeigen.

Wenn man ein 100-mm-Lager bezüglich der APBMA-Uormen betrachtet: ein innerer Laufring der Qualität ABEC-5 hat eine Bohrungstoleranz von pXis O minus 0,075 mm und eine maximal zulässige exzentrische Auslenkung zwischen der äußeren und der inneren Fläche von 0,00625 mm.

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Ein äußerer Laufring mit der Qualität ABEC-5 hat eine Außendurehmessertoleranz von plus O minus 0,0075 mm und eine maximale zulässige radiale Auslenkung von 0,01 mm.

Ein Wälzlager, das mit ABEC-5-Toleranzen montiert wird, kann keine radiale Auslenkung haben, die besser als 0,01 mm ist, wobei angenommen wird, daß einer der laufringe steht. Wenn ein solches Lager mit massiven Rollen versehen wird und das normale Laufspiel von 0,025 mm hat, das dieser kleinsten Auslenkung von 0,001 mm hinzugefügt werden muß, beträgt also die normale Auslenkung eines Lagers der Qualität ABEC-5 0,035 mm.

Wenn jedoch ein Lager gemäß der Erfindung hergestellt wird, deren Laufringe nach denselben Toleranzen der vorstehenden Qualität ABEC-5 hergestellt werden, hat es eine viel geringere Auslenkung. Das Lager mit hohlen Rollen hat zwei ausgezeichnete Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Lager mit massiven Rollen.

Zum einen ist das Hohlrollenlager vorbelastet, das heißt die Rollen haben einen Preßsitz zwischen den äußeren und den inneren Laufringen und halten diese Vorspannung unter allen Betriebsbedingungen aufrecht. In Anbetracht dessen entfällt sofort das Laufspiel von 0,025 mm, das für Massivrollenlager erforderlich ist. Das ist natürlich auch ein erwartetes Ergebnis des Lagers,

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das aus der genarrten US-Patentschrift Nr. 3 410 618 bekannt ist.

Der festgestellte ausgeprägte Vorteil des Hohlrollenlagers gegenüber dem Massivrollengegenstück besteht in der Fähigkeit der Rollen, sich beim Drehen auszubiegen und die Unrundheit der rotierenden lauffläche aufzunehmen, wobei es sich bei dieser Lauffläche normalerweise um die des inneren Laufrings handelt. Ein innerer Laufring mit einer radialen Auslenkung von 0,0625 mm (ABEC-5—Toleranz) zeigt also, daß bestenfalls nur eine Abweichung von der Hälfte (0,003 mm) auftritt, da die Rollen mindestens die Hälfte und häufig mehr der Auslenkung absorbieren. In der Praxis ist festgestellt worden, daß die Auslenkung auf ein Yiertel bis ein Fünftel derjenigen verringert wird, die normalerweise von den Herstellungstoleranzen erwartet werden, mit denen in Bezugnahme auf die Bauteile der Qualität ABEC-5 gearbeitet wird. Lager gemäß der Erfindung sind hergestellt worden, bei denen die Laufringe auf eine Toleranz von 0,01 mm geschliffen sind und trotzdem die Wellenauslenkung des montierten Lagers nur 0,0005 mm Gesamtanzeige für eine Wellenabweichung von nur 10 Millionstel (0,000010) betrug. Gemäß den AFBMA-Normen hat ein Hundertmillimeterlager der Qualität ABEG-Normen eine maximal zulässige Auslenkung von 0,0025 mm. Lager gemäß der Erfindung unter Verwendung von Lagerbauteilen der Qualität ABEC-5 bringen eine gleiche oder eine geringere Auslenkung als die zulässige Auslenkung für

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ein lager der Qualität ABEC-5 mit sich, gewöhnlich eine Abweichung in radialer Richtung von 0,00125 mm.

In Anbetracht des Vorstehenden liegt ohne weiteres auf der Hand, daß erst dann, wenn man die Beseitigung des radialen Spiels betrachtet, das bei einem Wälzlager benötigt wird, bei dem massive Rollen verwendet werden, wie das geschieht, wenn man Hohlrollen in einem vorgespannten Zustand verwendet, die Ergebnisse unerwartet sind, das heißt die Ergebnisse sind besser als die, die

zu erwarten wären, wenn man die kleinst mögliche Auslenkung berechnet.

Es soll in diesem Zusammenhang nicht darauf ankommen, in welchen Größenordnungen die Vorspannung, der Hohlheitsgrad, das Verhältnis von Rollendurchmesser zum Wellendurchmesser usw. vorliegen. Auf jeden !Fall muß jedoch die Vorspannung der Rollen immer so groß sein, daß bei freier Belastung eine Rollenbiegung entsteht, die mindestens gleich der maximalen Änderung im Rollendurchmesser entspricht. Ferner muß die gesamte zulässige Biegung der Rolle mindestens so groß sein wie die Vorlastbiegung plus der Änderung des radialen Abstandes zwischen den Laufflächen. Zusätzlich muß die Rollenbiegung berücksichtigt werden, die aufgrund von Betriebsbelastungen entsteht. Es ist offensichtlich, daß der Hohl-

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heitsgrad der Rolle nur eine Präge der niaschinenbaulichen Lagerkonzeption ist.

Die beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lagers eignet sich nicht nur zur Lagerung von Schleifscheibenwellen, sondern ist für alle möglichen Lagerungen anwendbar, insbesondere wenn die Wellenauslenkung einen kritischen Faktor darstellt. Schließlich können auch andere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Lagers zur Anwendung kommen, wobei die Rollen eine andere Gestalt aufweisen, als in Pig. 6 und Fig. 7 dargestellt.

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Claims

Patentansprüche

ί1. Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers mit geringer radialer Auslenkung, dadurch, gekennzeichnet, daß Lagerbauteile geringerer Maßgenauigkeit verwendet werden, wobei in Verbindung mit einer anerkannten Norm für die Einstufung von Lagern und Iagerbauteilen die Qualität der Lager und Lagerbauteile in einer bestimmten Folge eingestuft sind, daß zusammenpassende Lagerringe bekannter schlechter Qualität entsprechend der genannten Norm gewählt werden, daß Hohlrollen einer bekannten Qualität entsprechend der genannten Norm gewählt werden, die einen Durchmesser aufweisen, der größer als der maximale Abstand zwischen den Laufringen ist, daß die Rollen im vorgespannten Zustand derart zwischen die Laufringe gebracht werden, daß ein Lager entsteh^ das die Auslenkungscharakteristiken eines Lagers in einer Qualität entsprechend der Norm hat, die derjenigen überlegen ist, welche von einem Lager erwartet wird, bei dem Laufringe der bekannten schlechteren Qualität und Rollen der bekannten Qualität ohne Spiel zwischen der jeweiligen Rolle und den Laufringen verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Auslenkung des Lagers geringer als

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die zulässige Auslenkung für nur einen der Laufringe nach der Norm der Qualität des ausgewählten Laufrings ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Auslenkung des Lagers geringer als die Hälfte der kombinierten zulässigen Auslenkung der Laufringe nach der Norm der Qualität der ausgewählten Laufringe ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Auslenkung des Lagers geringer als ein Viertä. der kombinierten zulässigen Auslenkung der Laufringe gemäß der Norm der Qualität der ausgesuchten Laufringe ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Rollen und die Laufringe die gleiche Qualität haben.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daßdie anerkannten Normen die bekannten AE¹BMA-Normen sind und daß deren Qualitäten numerische Stufen sind, wobei Lager und Bauteile der Stufe 1 die größte !Toleranz und die geringste Genauigkeit und Lager und Bauteile der Stufe

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9 die gerippte Toleranz und die größte Genauigkeit haben.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die gewählten Laufringe Toleranzen der Stufe 5 haben, die ausgewählten Rollen Toleranzen mindestens der Stufe 5 haben.und die Auslenkung des entstehenden Lagers innnerhalb der zulässigen Toleranzen eines Lagers der Stufe 9 liegt.
U. "Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Rollen Toleranzen der Stufe 5 haben.
9. Wälzlager mit überlegenen Auslenkcharakteristiken für die Maßkontrolle der Bauteile desselben entsprechend einer angerkannten Norm für die Qualität von Lagern und Lagerteilen, bei der die Qualität der Lager und Lagerteile in einer bestimmten ]?olg3 eingestuft ist, gekennzeichnet durch zusammengehörige Lagerringe bekannter schlechterer Qualität entsprechend der Norm und Hohlrollen einer bekannten Qualität, wobei die Hohlrollen einen Durchmesser haben, der größer als der maximale Abstand zwischen den Laufringen ist und die Rollen sich in einem vorgespannten Zustand zwischen den Laufringen befinden, wobei das Lager die Auslenkcharakteristiken eines Lagers in einer Qualität entsprechend der Norm hat, die

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besser als die ist, welche für ein Lager erforderlich ist, bei dem Laufringe der bekannteren schlechteren Qualität und Rollen der bekannten Qualität ohne Spiel zwischen der jeweiligen Rolle und den Laufringen verwendet werden.

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