DE2447908A1

DE2447908A1 - Waelzlager

Info

Publication number: DE2447908A1
Application number: DE19742447908
Authority: DE
Inventors: Erik Magnus Dr Tech Kellstroem
Original assignee: SKF Industrial Trading and Development Co BV
Current assignee: SKF Industrial Trading and Development Co BV
Priority date: 1973-10-09
Filing date: 1974-10-08
Publication date: 1975-04-17
Also published as: GB1481085A; DE2447908C2; JPS5926809B2; IT1024593B; JPS5077747A; FR2246765A1; US3963285A; FR2246765B1; SE397715B; SE7412437L

Description

Patentanwälte
Dipl.-Ing. W.Beyer
Dipl.-Wirtsch.-Ing.B.Jochem

Frankfurt an Main Staufenstrasse 36

In Sachen:

SIiF Industrial Trading &
Development Conp. B.V.
JUTPHAAS /Holland
Plettenburgerweg

Wälzlager

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit durch einen Käfig geführten, länglichen Wälzkörpern.

Derartige Wälzlager sind z.B. Zylinderrollenlager, und an Hand eines solchen wird nachstehend die Erfindung erläutert werden. Die Neuerung ist jedoch auch auf andere Arten von Wälzlagern anwendbar, z.B. solche mit balligen oder Kegelrollen als Wälzkörpern.

Während des Laufs eines herkömmlichen Rollenlagers, berühren die Wälzkörper die anderen Teile des Lagers, nämlich den äußeren und inneren Lagerring, und, in einigen Fällen, den Käfig und/oder Borde oder Flanschen an den Lagerringen. Durch diese Berührung entstehen Reibungskräfte, welche normalerweise dazu tendieren, daß sich die Rollen schräg zur Rollrichtung einstellen, so daß gleichzeitig mit iem Rollen eine Gleitbewegung parallel zur Achse der Wälzkörper stattfindet. Der Winkel, unter dem sich die Wälzkörper schräg stellen, wird Schränkwinkel genannt. Er ist definiert als der Winkel zwischen der Drehachse der rollenförmigen Wälzkörper und einer normal zur Bahn der Relativbewegung der den Wälzkörpern gegenüberliegenden Laufbahnen liegenden Ebene. Bei ringförmigen Rollenlagern liegen die Wälzkörper unter einem Schränkwinkel schief,

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wenn die Drehachse der Rollen nicht in eine gemeinsame Ebene mit der Achse des Lagers fällt.

Bei herkömmlichen Rollenlagern, neigen die Rollen dazu, einen negativen Schränkwinkel anzunehmen, d.h. einen solchen, bei welchem die axialen Komponenten der Reibungskräfte zwischen den Rollen und ihren Laufbahnen der von den Rollen zu übertragenden axialen Kraft gleichgerichtet sind, also der letzteren nicht entgegenwirken. Es hat sich gezeigt, daß negative Schränkwinkel zu erhöhter Reibung und kürzerer Lebensdauer führen, verglichen mit anderen Wälzlagern, bei denen die genannten ungünstigen Verhältnisse nicht vorliegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, welches sich

. durch sehr geringe Reibung und eine lange Lebensdauer auszeichnet.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wälzkörper während des Umlaufs wenigstens in der Lastzone durch den Käfig in Schrägstellung mit positiven Schränkwinkel gehalten sind, wobei die axiale Komponente der von den Wälzkörpern auf ihre Laufbahnen ausgeübten Reibungskraft einer Axiallast entgegengerichtet ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 einen Querschnitt durch ein herkömmliches Zylinderrollenlager ,

Fig. 2 eine Teil-Draufsicht auf einen schräg im Käfig sitzenden Wälzkörper des Lagers nach Fig. 1,

Fig. 3 und 4 Ansichten entsprechend Fig. 1 und 2 eines ersten Ausführungsbeispiels eines Wälzlagers gemäß der Erfindung,

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Fig. 5 und 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel im Querschnitt und in Draufsicht.

In.Fig. 1 und 2 ist ein herkömmliches Zylinderrollenlager dargestellt und insgesamt mit 1o bezeichnet. Es besteht aus einem inneren Laufring 12 und einem äußeren Laufring 14, deren gegenüberliegende 'Laufbahnen 16 bzw. 18 einen·Ringraum begrenzen, in welchem eine Vielzahl von Rollen. 2o umläuft. Das Lager ist mit einem herkömmlichen Käfig versehen, der Taschen 22 aufweist, in denen.die Rollen 2o mit Zwischenabstand gehalten und geführt sind. Die Käfigtaschen sind parallel zur Lagerachse A

b ausgerichtet. Wie in der Zeichnung dargestellt, sitzen die Rollen 2o. mit allseitigem ausreichenden Spiel in den Käfigtaschen 22. Das hat zur Folge, daß unter normalen Laufbedingungen, wobei die Ringe 12 und 14 z.B. in der in der Zeichnung angedeuteten Richtung relativ zueinander umlaufen, jede Rolle um ihre mit Ά bezeichnete Achse entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert und eine Schrägstellung einnimmt. Wegen der Schräglage, hat die Mantelfläche der Rollen 2o bei der Berührung mit den Laufringen, z.B. an den Punkten A und B,des inneren Laufrings 12 und den Punkten C und D des äußeren Laufrings eine axiale Ge- - ■ schwindigkeitskomponente ν bzw. ν . Die Laufringe haben keine entsprechende Geschwindigkeitskomponente. Deshalb wirken axiale Reibungskräfte f^ und f_c auf den inneren bzw. äußeren Laufring. Diese Reibungskräfte sind so gerichtet, daß sie einer Axiallast P, welche die Wälzkörper zu übertragen haben,nicht entgegenwirken. Wenn diese Bedingungen herrschen, wird der von den Rollen eingenommene Winkel als negativer Schränkwinkel*&& bezeichnet. Es ist zu beachten, daß die axialen Reibungskräfte ihre Richtung ändern, wenn sich die Richtung oder das Vorzeichen des Schränkwinkels ändert. Dieser wird als positiv bezeichnet, wenn die axialen Komponerten der Reibungskräfte so gerichtet sind, daß sie der axialen Last P, welche auf die Wälzkörper wirkt, entgegengerichtet sind·

In Fig. 3 und 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Er-

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findung dargestellt, bei welchem die vorstehend erörterten Zusammenhänge zwischen Schränkungswinkel und Reibung berücksichtigt worden sind. Das Lager besteht aus einem inneren Laufring und einem äußeren Laufring 34, deren Laufbahnen mit 32a bzw. 34a bezeichnet sind. Die Wälzkörper sind Zylinderrollen 4o. Das Lager ist so ausgelegt, daß es auch eine axiale Last aufnehmen kann. Zu diesem Zweck hat der äußere Laufring einen seitlichen Bord und der innere Laufring 32 auf der axial gegenüberliegenden Seite einen Bord 52.

Um die Rollen mit einem nicht-negativen Schränkwinkel zu führen, ist ein derart gestalteter Käfig vorgesehen, daß er während des Betriebs die Rollen an vorbestimmten Stellen berührt, so daß Kräfte zwischen dem Käfig und den Rollen erzeugt werden, welche auf die Wälzkörper ein diese in Schräglage mit positivem Schränkwinkel stellendes Drehmoment ausüben, so daß die zwischen den Rollen und den Laufbahnen wirksamen Reibungskräfte mit ihren axialen Komponenten in den Berührungszonen entgegen der von den Rollen zu übertragenden axialen Last wirken. Gemäß Fig. 3 und 4 wird dies dadurch erreicht, daß der Käfig des Lagers Teile oder Bereiche hat, die ständig auf beiden Seiten an den Stirnflächen der Rollen an mit X und Y bezeichneten Stellen anliegen, und zwar, wie Fig. 3 zeigt, auf mit bezug auf die Mittelachse A der Rollen unterschiedlichen Seiten. Dazu besteht der Käfig aus einem Paar durch über den Umfang verteilte Stege 64 miteinander verbundenen Ringen 6o, 62. Die Stege und die Ringe begrenzen Taschen 66 für die Rollen.

Die Ringe 6o, 62 sind in jeder Tasche 66 mit Segmenten 68 und 7ο ausgebildet, welche radial auf gegenüberliegenden Seiten der Drehachse A der Rollen den axialen Endflächen der letzteren gegenüberstehen und diese an den Punkten X und Y berühren. Im vorliegenden Beispielsfall berührt das Segment 68 die eine axiale Stirnfläche der dargestellten Rolle radial außerhalb der Drehachse A und das Segment 7o die gegenüberliegende Stirnfläche der Rolle radial innerhalb der Drehachse A_r· Der

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Abstand D zwischen den Segmenten 68 und 7o ist vorzugsweise geringfügig kleiner als das maximale axiale Maß L der Rollen. Somit drückt der Käfig leicht gegen die Rollen an den Punkten X und Y, und es entstehen dadurch Reibungskräfte f und f ,

welche die in Fig. 3 angegebenen Richtungen haben. Die Kräfte f und f erzeugen ein positives Drehmoment auf die Rollen, χ y *

wodurch die axialen Reibungskraftkomponenten f und f , welche

a c

zwischen den Rollen und den Laufbahnen wirken, so gerichtet werden, daß sie der von den Rollen übertragenen axialen Last P entgegenwirken. Es sollte bemerkt werden, daß diese Käfigausführung die Rollen unabhängig von deren Drehrichtung in eine Schräglage mit positivem Schränkwinkel bringt. Mit anderen Worten, wenn die Relativdrehung der Lagerringe umgekehrt wird, was eine Drehung der Rollen in die der gezeigten entgegengesetzte Richtung, nämlich im Uhrzeigersinn, zur Folge hat, erzeugen auch wieder die Reibungskräfte f und f , welche an den

χ y

Berührungspunkten X und Y zwischen den Wälzkörpern und dem Käfig entstehen, ein positives Drehmoment auf die Rollen und stellen diese mit einem positiven Schränkwinkel β schräg, so daß auch in diesem Fall die axiale Komponente der Reibungskräfte f, und f zwischen den Rollen und dem inneren und äußeren Laufring der Axiallast, welche von den Rollen zu übertragen ist, entgegenwirkt.

In Fig. 5 und 6 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem der Käfig des Lagers dazu benutzt wird, die Rollen mit positivem Schränkwinkel einzustellen. In diesem Beispielsfall besteht der Käfig auch wieder aus einem Paar Ringe 8o, 82, die durch über den Umfang verteilte Stege 84 miteinander verbunden sind und rechteckige Taschen 86 für die Rollen begrenzen. Diesmal sind jedoch die Taschen 86 so ausgerichtet, daß die Drehachse A der Rollen relativ zur Lagerachse A_fa auf einen bestimmten Schränkwinkel festgelegt ist. Zu diesem Zweck sind die Seitenkanten 84a der die Taschen begrenzenden Stege schräg zur Lagerachse A. gerichtet. Der Winkel β ,unter dem die Seitenkanten 84a der

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Stege angeordnet sind, ist der gewünschte positive Schränkwinkel der Rollen. Er liegt vorzugsweise im Bereich von O bis 2°. Es hat sich gezeigt, daß bei positiven Schränkwinkeln über 2° die Reibungskräfte größer werden, aber in geringerem Maße als bei entsprechenden negativen Schränkwinkeln, und daß annehmbare Verhältnisse noch bis zu Schränkwinkeln von ungefähr 6 erhalten werden. Wenn die Rollen in dieser Lage durch den Käfig gehalten werden, wirkt die axiale Komponente der Reibungskräfte zwischen den Rollen und den Ringen der aufgebrachten Axiallast der Lageranordnung entgegen, wenn die relative Drehbewegung der Ringe so, wie in der Zeichnung angegeben, gewählt wird. Es ist jedoch festzustellen, daß bei einer mit bezug auf Fig. 5 umgekehrten Drehrichtung der Rollen und der Relativbewegung der Wälzlagerringe die Käfigtaschen so auszubilden sind, daß ihre Neigungsrichtung ebenfalls umgekehrt wie nach Fig. 6 ist.

Patentansprüche /

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Claims

Patentansprüche

1.) Wälzlager mit durch einen Käfig geführten länglichen Wälzkörpern, dadurch- gekennzeichn et, daß die Wälzkörper (4o, 88) während des Umlaufs wenigstens in der Lastzone durch den Käfig (6o, 62, 64 bzw. 8o, 82, 84) in Schrägstellung mit positivem Schränkwinkel gehalten sind, wobei die axiale Komponente der von den Wälzkörpern auf ihre Laufbahnen ausgeübten Reibungskraft einer Axiallast entgegengerichtet ist.

2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekenn ζ e i c h η e t , daß der Käfig die Wälzkörper an vorbestimmten Stellen (X, Y) berührt, an denen Reibungskräfte auftreten, die ein die Wälzkörper in Schräglage mit positivem Schränkwinkel stellendes Moment erzeugen.

3. Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet , daß der Käfig mit Segmenten (68, 7o) ausgebildet ist, welche an den axialen Endflächen der Wälzkörper oder deren ümfangsflächen nahe den Enden zur Anlage kommen, wobei jeweils zwei axial gegenüberliegende Segmente den dazwischen befindlichen Wälzkörper mit bezug auf dessen Drehachse radial auf gegenüberliegenden Seiten berühren.

4. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Käfig für eine bestimmte Drehrichtung mit unter einem positiven Schränkwinkel schräg angeordneten, im wesentlichen rechteckigen Taschen (86) ausgebildet ist.

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