DE2453313A1

DE2453313A1 - Pendelrollenlager

Info

Publication number: DE2453313A1
Application number: DE19742453313
Authority: DE
Inventors: William John Derner; Eugene Everett Pfaffenberger; Connor Edward Price
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1973-11-12
Filing date: 1974-11-11
Publication date: 1975-05-22
Also published as: FR2250915A1; ZA747202B; GB1487579A; IT1023204B; CA1017782A; US3910656A; BR7409474A; JPS5249541B2; DE2453313C2; SE7413981L; FR2250915B1; JPS5079648A

Description

Patentanwälte DiPL₁-IiNG. RWesckmann,

Dipx.-Ing, H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

DIPL₁-ING-EA₁WeICKMANN, DlPL.-ChEM. B. HUBER

8 MÜNCHEN 86, DEN"

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRÄSSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

St/Sfc

F M C Corporation
f 105 Goleman l^emxe,, S^n Jose, Calif. 95106, V.St.A.

Pendielrollenilager

Die Erfindung betrifft reibungsfreie Lager und insbesondere selbstausrichtende Pendelrollenlager mit symmetrischen, faßförmigen Rollen zwischen einer konkav gekrümmten Laufbahn eines Außenringes und einer konkav gekrümmten Laufbahn eines Innenringes .

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Pendelrollenlager mit einem äußeren und einem inneren, eine konkav geformte Laufbahn aufweisenden Lagerring und einer Anzahl von durch einen Lagerkäfig in Umfangsrichtung in Abstand' gehaltenen, ballig-konvexen Rollen, die eine kontinuierliche glatte Hüllkurve aufweisen.

Die Erfindung bezieht sich darüberhinaus auf die Rollen derartiger Pendelrollenlager als solche und auf deren Anwendungsformen, insbesondere auch auf zweireihige Pendelrollenlager.

Selbstausrichtende Pendelrollenlager sind beispielsweise aus den US-Patentschriften "1.223.592, 1 28o.664, 1.35o.263, 1.447.7O4, 1.5o5.454, 1,91:4.548, 2.OQ&.336, 2.611.669 und 3. 3o6 687 bekannt.

Die folgenden US-Patente beschreiben Rollenlager mit einer oder mehreren zylindrischen Laufbahnen in Verbindung in einer Anzahl von f a ß f örmigen Ro1len: 1.19 3.ο19, 3.37o.9oo, 3.57 2.8 6ο und 3.642.3 3ο.

Ferner beschreiben die folgenden US-Ps*en Lösungen zum Ausgleichen der Berührungsflächen mit den inneren und äußeren Laufbahnen der Rollenlager oder zur Vermeidung ungünstiger Druckkonzentrationen an den Enden der Rollen der Rollenlager: 1.915.585, 1.967.65ο, 2.ο82.39α, 2.142.474, 2.642.322 und 3.37o.9oo.

Bei herkömmlichen, selbstausrichtenden Pendelrollenlagern, die bisher verwendet worden sind, war es allgemein üblich, die Enden der Rollen und die konvex-geformten Umfangsflächen der Rollen zu schleifen, jedoch wurden die Kanten, die die gekrümmte Umfangsfläche mit den Enden verbinden, nicht geschliffen.

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Wenn ein Lager stark belastet wird, so daß eine Berührung in der gesamten geschliffenen Umfangsfläche der Rolle und der zugeordneten Laufbahn eintritt, können hohe Spannungskonzentrationen am Übergang der geschliffenen Oberfläche zu der ungeschliffenen Kante an den Enden der Rolle entstehen., durch die die Belastbarkeit des Lagers stark begrenzt wird.

Es ist bekannt, daß Lundberg 1937 einen Ausdruck für ein unverformtes Profil einer balligen Rolle entwickelte, der bei einer vorgegebenen Last eine in Längsrichtung gleichmäßige und in Querrichtung halbelliptische Druckverteilung über eine rechtwinklige Berührungsfläche liefert (G. Lundberg "Elastische Berührung zweier Halbräume", Forsch, Ingenieur w., 1o, 1939 2o1-211). Das Lundberg-Profil liefert eine gleichmäßige Druckverteilung bei nur einer Last. Jede höhere Last als die der Konstruktion zugrunde liegende Last führt zu einer Kantenbelastung, und geringere Lasten als die vorgesehene Last bewirken, daß der Berührungsdruck in der Mitte der Berührung am höchsten ist.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, ein Pendelrollenlager zu schaffen, bei dem die Rollen nicht an ihren Enden aufgrund vorzeitiger Ermüdung zerstört werden. Die Hüllkurve des Lagers, insbesondere eines selbstausrichtenden Pendelrollenlagers soll derart gewählt sein, daß zerstörerische Spannungskonzentration'en an den Enden der Rolle ausgesch]cBsen werden. Ferner sollen bei geringeren oder normalen Betriebslasten die Belastungsspannungen verringert werden, so daß die Lebensdauer und/oder Betriebssicherheit der Lager in einem weiten Belastungsbereich erhöht wird. Im übrigen soll auch die Maximalbelastung des Lägers erhöht werden.

Das erfindungsgemäße Pendelrollenlager ist dadurch gekennzeichnet, daß die glatte Hüllkurve einen Mittelbereich im Mittelbereich der Rollenlänge aufweist, dessen konvexer Radius im wesentlichen dem konkaven Radius der zugeordneten Laufbahn des inneren Lagerringes entspricht, daß die Endbereiche der Hüllkurve angrenzend an die Enden der Rolle einen verringerten

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Krümmungsradius aufweisen und daß die Enden der Rolle zwischen der Rolle und der zugeordneten Laufbahn im lastfreien Zustand einen Anschmiegungsabstand aufweisen, der proportional zu der gesamten elastischen Verformung der Rolle und der zugeordneten Lauffläche unter maximal vorgesehener Belastung des Lagers ist.

Erfindungsgemäß wird also die Hüllkurve der tonnenförmigen Rollen nicht durch einen einzigen Radius gebildet, sondern durch eine kontinuierliche Kurve mit vergrößerter Änderungsrate der Neigung bei Annäherung an die geschliffenen Kanten der Rolle. Die Krümmung der Rolle im Mittelbereich von etwa der Hälfte bis zum 3/4 der Rollenlänge entspricht im wesentlichen der konkaven Krümmung der zugeordneten Laufbahn, die durch einen Kreisbogen gebildet wird. Außerhalb dieses Mittelbereiches hat» die'Hüllkurve der Rollenoberfläche eine zunehmende oder zumindest eine erhöhte Änderungsrate der Neigung, so daß der Anschmiegungsabstand zwischen der unbelasteten Rolle und der zugehörigen inneren Laufringfläche an den Enden der Rolle im Bereich des o,9o - 1,75-fachen der gesamten elastischen Verformung der Rolle und der durch diese berührten Laufbahn unter maximal vorgesehener Belastung liegt. Dadurch wird eine angemessene Berührungslänge bei geringen Lasten sichergestellt und die andernfalls auftretenden hohen Spannungskonzentrationen an den Enden der Rolle bei schwereren Lasten werden vermieden. Auf diese Weise wird die Lebensdauer und/oder die Zuverlässigkeit der Lageranordnung in einem weiten Belastungsbereich verbessert, und die praktische Belastungsgrenze der Lageranordnung wird erheblich ausgedehnt. Die Lageranordnung ist weniger empfindlich gegenüber verschiedenen Ungenauigkeiten bei der Montage oder gegenüber anderen Störungen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist eine teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung eines Lagerbockes mit einem zweireihigen Pendelrollenlager gem. der vorliegenden Erfindung;

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Fig« 2 ist eine vergrößerte Sehnittdarsteilung

eines Teiles eines herkömmlichen Lagers und zeigt einen Teil einer herkömmlichen' Rolle and der zugeordneten Laufbahn des Außenringes r

Fig. 3 . ist eine schematisehe Darstellung der Spannungsbedingungen zwischen der Rolle und der zugeordneten Laufbahn des Lagers der -Fig. 2 bei Berührung unter Last;·

Fig., 4 ist eine vergrößerte S'chnittdarstellung eines - . Teiles des Lagers der Fig. 1i und zeigt die erfindungsgemäße Rolle und den zugeordneten äußeren Lagerring;;

Fig., S ist eine schematisehe Darstellung zur Veranschaulichung der verbesserten SpannungsbedingtEngen zwischen der Rolle der Fig., 4 und der zugeordneten Laufbahn bei Berührung

unter Last;

Fig., 6 ist ein vergrößerter Querschnitt durch die erfindungsgemäSe Rodle und einen Teil der zugeordneten Laufbahn des Innenringes;

Fig. 7 ist eine schematis;ehe Darstellung der Rolle

bei Berührung mit dem Innenring in lastfreiem Zustand?

Fig. B ist eine Darstellung ähnlieh Fig., 7 und zeigt die Rolle auf dem Innenring bei Maximallast.

Fig. 1 zeigt einen Lagerbock .to mit einem. selbstausriehtenden., doppelreihigen Pendelrollenlager 12_P das in einem geteilten Gehäuse 14 angeordnet ist. Die doppelreihige Lageranordnung umfaßt ein Paar äußere Lagerringe 16 mit konkaven Laufbahnen 17,, einen inneren Lagerring 18 (Fig. 6) mit einem Paar konkaver Laufbahnen (1:90', eine Anzahl von

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faßförmigen oder konvexen, balligen Rollen 2o zwischen den 'Laufbahnen,, den beiden Reihen und ein Paar Lagerkäfige 21, die in Fig. 6 zur Verdeutlichung forgelassen sind und die die Rollen ttennen. Der innere Lagerring 18 weist eine Bohrung 2 2 auf, in der eine Weile angeordnet sein kann. Wellendichtungen 24 'greifen in die axialen Außenseiten des Gehäuses 14 (ein. Die Erfindung ist ebenso anwendbar auf ein Pendelrollenlager mit einer einzigen Rollenreihe und entsprechenden Laufbahnen anstelle des: dargestellten doppelreihigen Lagers, und ebenso auf doppelreihige Lager mit einem einteiligen Außenring anstelle der darstellten getrennten Außenringe.

Bei einem herkömmlichen Lager, das in Fig., 2 dargestellt ist, ist die Hüllkurve der konvexen Rollen 2o' eng an die konkave Kurve 17* der äußeren Laufbahn 16' und der nicht gezeigten inneren Laufbahn angepaßt und stellt eine geschliffene, gekrümmte Oberfläche mit einem einzigen Radius bis zu einem Punkt in der Mähe Jeden Endes der Rolle dar. Die Rollenkante, die die geschliffene Oberfläche und die Enden der Rolle verbindet, ist im allgemeinen nicht geschliffen und hat keinen definierten Übergangsradius. Vielfach wird lediglich eine Abschrägung an der Rohrolie vor der Endbearbeitung vorgesehen. Es hat sich gezeigt, daß bei sehr hoher Belastung eine Berührung über die gesamte geschliffene Länge der Rollen auftritt, und daß sehr hohe Spannungskonzentrationen an der Stelle eintreten, an der die geschliffene Rollenoberfläche in die ungeschliffene Kantenfläche übergeht« Die S'pannungskonzentration der Rolle der Fig. 2 ist in Fig. 3 wiedergegeben, in der die Abszisse X' die axiale Lage entlang der Rolle und die Ordinate Y^r die Größe der Spannung wiedergibt« An der Kante W^r der Rolle 2o' ist die Größe der Spannung durch den Abstand des Punktes W '* in Fig. gegenüber der Abszisse X' ausgedrückt, die Kurve C' gibt die Spannung entlang der Länge der Rolle wieder.

Eine Anschmiegung tritt auf, wenn zwei gleichmäßig gekrümmte Oberflächen einander berühren. Als Anschmiegungsabstand wird im vorliegenden Zusammenhang der Abstand zwischen der konvex gekrümmten Rollenoberfläche und der konkav gekrümmten Laufbahn an den Enden der Rolle verstanden. Der Anschmiegungsabstand GC

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ist in lastfreiem Zustand in Fig. 7 gezeigt, und der Ausdruck "Anschmiegungsabstand" soll sich im vorliegenden Zusammenhang auf den Abstand im lastfreien Zustand beziehen, sofern nichts anderes angegeben ist. Der Anschmiegungsabstand nimmt den Maximalwert ein bei Lastfreiheit und nimmt mit Aufbringung einer Last ab. Der Anschmiegungsabstand wird vollständig aufgehoben, wenn die Last eine bestimmte Größe erreicht, die von der genauen Geometrie der in Berührung stehenden Teile abhängt. Dieser Abstand wird genau gesteuert durch Begrenzung der Herstellungstoleranzen der verwendeten Teile von Qualitätslagern dieser Art.

Es hat sich gezeigt, daß durch einen Anschmiegungsabstand (OC, Fig. 7) am Ende der Rollen der auf die kombinierten elastischen Verformungen der beiden sich berührenden Teile unter der maximal vorgesehenen Last bezogen ist, die Möglichkeit einer Kantenbelastung und einer hohen Spannungskonzentration an den Enden der Rollen ausgeschaltet werden kann. Dadurch kann die praktische Belastungsgrenze der Lageranordnung stark erhöht und die Zuverlässigkeit und/oder Lebensdauer der Lageranordnung über einen weiten Belastungsbereich verbessert werden.

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Teils des Lagers der Fig. 1 mit dem Profil der Rolle 2o und der zugehörigen Laufbahn 17 des äußeren Ringes in erfindungsgemäßer Ausbildung. Das Lager der Fig. 4 ist bei einer Belastung gezeigt, die der maximal vorgesehenen Last entspricht, jedoch steht nicht die gesamte Länge der Rolle mit der Laufbahn 17 in Eingriff, da der anfängliche Anschmiegungsabstand größer war (etwa das 1,25-fache) als die gemeinsame elastische Verformung der Rolle und der Laufbahn.

Fig. 5 ist ein schematisches Spannungsdiagramm für das Lager der Fig. 4, wobei die Abszisse X die axiale Lage auf der Rolle und die Ordinate Y die Größe der Spannung wiedergibt. Die Kurve C gibt den Spannungswert über die Länge des Lagers an. Das Diagramm der Fig. 5 läßt erkennen, daß die Spannung am Punkt W der Rolle gleich Null ist und dass die Spannung in der Rollenoberfläche erst in einem Zwischenpunkt B beginnt.

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Bei einer optimalen Lösung liegt, der Anschmiegungsabstand OC am Ende der Rolle ohne Belastung im Bereich des o,9o bis 1,75-fachen der gemeinsamen elastischen Verformung der beiden Teile bei maximal vorgesehener Belastung. Da die Berührung der Laufbahn des Innenringes mit der Rolle im allgemeinen kritischer ist als diejenige der Laufbahn des Außenringes, ist der oben erwähnte Anschmiegungsabstand der Abstand auf der Seite der Laufbahn des Innenringes des Lagers. Bei Lastfreiheit beträgt der Anschmiegungsabstand OC das 1 /o-£ache der gemeinsamen elastischen Verformung der beiden Teile unter maximal vorgesehener Last. Die beiden Teile, d.h. die Laufbahn und die Rolle, stehen an den Endpunkten W und Z miteinander in Berührung, jedoch treten an diesen Punkten keine Spannungen in der Rolle auf. Wenn der Anschmiegungsabstand geringer als das 1,o-fache der gemeinsamen elastischen Verformung der beiden Teile bei maximal vorgesehener Last ist, sind die Teile an den Endpunkten bei geringer Spannung miteinander in Berührung. Wenn der Anschmiegungsabstand größer als das 1,o-fache der gesamten elastischen Verformung der Teile an den Endpunkten W und Z der Rolle unter maximal vorgesehner Belastung ist, berühren sich die Teile an den Punkten W und Z (Fig. 4) nicht, und die Spannung in der Rolle an den Enden ist gleich Null. Die Krümmung der Rollen-Hüllkurve dieser verbesserten Rolle bei Lastfreiheit ist definiert als kontinuierliche Kurve WZ (Fig. 6), die sich über die gesamte Länge der Rolle erstreckt und die Zwischenpunkte M und N einschließt.

Der Mittelbereich MN, der sich zwischen diesen beiden Punkten der Kurve erstreckt, fällt im wesentlichen zusammen mit dem Krümmungsradius der zugehörigen Laufbahn, die im wesentlichen einem Kreisbogen entspricht. Die Endbereiche WM und NZ haben eine vergrößerte Neigungsänderung zwischen den Punkten MN sowie WZ der Rolle 2o. Die Änderungsrate der Neigung der Kurve WZ in den End-,I bereichen WM und NZ kann im wesentlichen konstant sein, obwohl sie größer als im Mittelbereich MN ist, oder über den Bereich E zwischen den Punkten M und W sowie N und Z zunehmen. In jedem Falle sollte die Kurve WZ kontinuierlich ohne plötzliche Änderungen ausgebildet sein. Der Mittelbereich MN hat eine Breite von P im Bereich des o,5o bis o,75-fachen der Länge L parallel zu der Drehachse der Rollen.

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Mit anderen Worten, bei Lastfreiheit ist die Laufbahn 17 .über die gesamte Länge L der Rolle 2o kreisbogenförmig mit einem Radius RRC (Fig. 6). Die RdIe besitzt bei Lastfreiheit einen mittleren Oberflächenbereich MN mit einem Radius RRC, der dem Radius der Laufbahn entspricht, und Endbereiche WM und NZ mit einem Radius RRE, der geringer als der Radius RRC ist, oder mit einem Krümmungsradius RRE, der progressiv nach außen von den Enden MN des Mittelbereiches der Rolle zu den äußeren Enden WZ der Rolle abnimmt. Bei maximal vorgesehner Belastung und unter der Annahme, daß der Anschmiegungsabstand gleich der gesamten elastischen Verformung der Rolle und der Laufbahn ist, sind der elastisch verformte Radius der Rolle und der elastisch verformte Radius der Laufbahn über die gesamte Länge L.gleich, wie aus Fig. 8 hervorgeht.

Es ist darauf hinzuweisen, daß das zuvor erwähnte Lundberg-Profil einer balligen Rolle sehr hohe Berührungsdrücke in der Mitte der Rolle unter Belastungen bedingt, die geringer als die vorgesehene Maximalbelastung sind. Dies zeigt an, daß ein Unterschied zwischen dem Radius der zugehörigen konkaven Laufbahn und dem konvexen Radius der Rolle in deren Mittelbereich besteht, so daß keine Linienberührung eintritt.

Bei der verbesserten Rolle der Erfindung ist der Radius RRC (Fig. 6) des konvexen Profils der Rolle im Mittelbereich zwischen den Punkten MN im wesentlichen derselbe, und zwar ohne Belastung und bei Maximalbelastung, wie der konkave Radius RIR der zugehörigen Lauffläche des Innenringes. Da der Mittelbereich MN der Kurve WZ der Rolle über die mittlere Länge P im wesentlichen kreisförmig ist, und da die Lauffläche über die gesamte Länge L ebenfalls kreisförmig ist, tritt über einen weiten Belastungsbereich im wesentlichen im Mittelbereich MN der Rolle eine Linienberührung ein. Bei einer Belastung unterhalb der konstruktionsmäßig vorgesehenen Belastung hat die erfindungsgemäße Rolle einen größeren Berührungsbereich und daher in der Mitte eine geringere Flächenbelastung als eine Lundberg-Rolle.

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Zwischen dem Mittelbereich MN und den Enden WZ der Rolle, d.h. im Bereich E, liefern die Abschnitte WM und NZ der Kurve WZ einen vorbestimmten Anschmiegungsabstand in unbelastetem Zustand (Fig. 7) an den Enden der Rollen. Bei maximal vorgesehner Belastung (Fig.8 )entsteht über die gesamte Länge der Rolle eine Berührung, wenn der Anschmiegungsabstand OC gleich oder geringer als die gesamte elastische Verformung der Rolle und der Laufbahn an den Enden der Rolle ist, und damit eine bessere und gleichförmigere Lastverteilung (Fig. 5) ohne Kantenbelastung und deren übliche hohe Spannungskonzentration (Fig. 3). Da das Profil der Rolle 2o auf der gesamten elastischen Verformung der Rolle und der Laufbahn in Berührung unter Maximalbelastung basiert, ist keine Kantenbelastung oder nur eine geringe Kantenbelastung bei beliebiger Belastung des Lagers zu erwarten.

Nunmehr soll ein typisches Beispiel eines herkömmlichen Pendelrollenlagers gem. dem Typ 22216 LB betrachtet werden. Der äußere Lagerring dieses Beispiels hat einen Außendurchmesser von 14,o1 cm (5.518") und eine Gesamtlänge von 3,29 cm (1,2972"), einen Kugelradius der Laufbahn des Außenringes von 6,34 cm (2,4976 ") und einen maximalen Innendurchmesser in der Mitte der Laufbahn von 12,68 cm (4,9952 "). Der Lagerinnenring hat eine Bohrung von 8,oo cm (3,1496") , und die beiden konkaven inneren Laufbahnen haben einen Radius von 6,34 cm (2,4976"), einen kleinsten Diagonaldurchmesser über den Boden der beiden Laufbahnen von 9,81 cm (3,8656") entlang einer Achse, die um 8°59' gegenüber der senkrechten Mittellinien geneigt ist, sowie eine Gesamtbreite von 3,29 cm (1,2972 "). Die Rollen haben eine Gesamtlänge von 1,21 cm (o,4779"), einen maximalen Durchmesser in der senkrechten Mittellinie von 1,42 cm (o,5628") und einen konvexen Radius der gekrümmten äußeren Fläche von 6,o7 cm (2,3898 ").

Angenäherte Werte der herkömmlichen und der erfindungsgemäßen Lager ergeben eine bessere Veranschaulichung der Verbesserungen der Erfindung gegenüber den Möglichkeiten herkömmlicher Lageranordnungen. Wenn eine maximale Belastung von 9.o7o kg verwendet wird, die über die Möglichkeiten dieser herkömmlichen Lageranordnung hinausgeht, beträgt die gesamte elastische Verformung der herkömmlichen Rolle in-·Berührung mit der Laufbahn des Innenringes etwa o,oo25 cm (ο,οο.Ίο ") , und es würde eine theoretische Hertz'sehe Spannung von 23.7oo kg/cm² (336.ooo p.s.i) entstehen. Darüber-

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hinaus würde diese Lageranordnung erhebliche Spannungskonzentrationen aufgrund der Kantenbelastung der Rollen (Fig. 3) aufweisen. Zum Vergleich würde bei einer geringeren Betriebsbelastung von etwa 1 .o2o kg (2.25o pound) bei dem herkömmlichen Lager eine gesamte elastische Verformung der beiden in Berührung stehenden Teile auf der Seite der inneren Laufbahn von etwa o,ooo58 cm (o,ooo23") und eine theoretisch · Hertz'sehe Spannung von etwa 11.2oo kg/cm² (162.ooo p.s.i.) auftreten.

Bei der verbesserten erfindungsgemäßen Rolle (Fig. 4-8) würde sicheine gesamte elastische Verformung bei der Berührung mit der inneren Laufringflache von etwa o,oo2 cm (0,008 ") bei einer Belastung von 9.o7o kg (2o.ooo pound)ergeben. Gemäß dem zuvor erwähnten optimalen Konstruktionskriterium ist der Anschmiegungsabstand OC am Ende der Rolle gegenüber der inneren Laufbahn bei Verwendung des zuvor erwähnten Multiplikatorbereiches von o,9o bis o,175 in diesem Falle o,oo18 cm (o,ooo7")bis o,oo36 cm (o,oo14"). Dies würde zu einer theoretischen Hertz'sehen Spannung der beiden in Berührung stehenden Teile von 17.6oo kg/cm² (25o.ooo p.s.i.) führen, wobei keine 'Spannungskonzentrationen auftreten würden (Fig.5 ). Ferner gestattet es-die Erfindung, das Lager über dem gesamten Bereich.von ο bis 9.o7o kg (2o.ooo pound) zu belasten und dabei eine optimale und sehr günstige Spannungsverteilung zu erzielen, die bei Profilen außerhalb der oben erwähnten Hüllkurve nicht möglich sind. Wenn nur eine Belastung von 1.o2o kg (2.25o pound) auftritt, hat das erfindungsgemäße Lager eine maximale elastische Gesamtverformung am Innenring von o,ooo43 cm (o,ooo17") und eine Hertz'sche Spannung von etwa 9.14o kg/cm² (13Ο.ΟΟΟ p.s.i). Daher ist das erfindungsgemäße Lager nicht nur zur Aufnahme von extrem hohen Belastungen besonders geeignet, sondern es bietet auch eine verringerte Spannung bei geringeren oder üblicheren Betriebsbedingungen, die zu einer verbesserten Lebensdauer und/oder erhöhten Zuverlässigkeit führt.

Die beschriebene Krümmung der Hüllkurve der erfindungsgemäßen Rollenoberflache lehnt sich nicht an eine einzige, einfache

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Formel an, die für alle Lagergrö3en geeignet ist. Vielmehr bestimmt sich eine Kurve für jede Lagergröße aus dem elastischen Verhalten der besonderen Kombination der Elemente innerhalb des Lagers unter Lastbedingungen, für die das Lager ausgelegt ist. Die wesentlichen Koordinaten einer Kurve, die einem optimalen Anschmiegungsabstand entspricht, können für jede Lageranordnung errechnet werden. Diese Kurve kann eine Kurve mit einem einzigen Radius RE (Fig. 6) an den Enden der Rolle 2o einschließen, ist jedoch nicht auf diese beschränkt, welche Kurve an den Punkten M oder N in die Tangente an eine Kurve mit einem Radius RRC im Mittelbereich der Rolle übergeht. Die Rollenkurve verläuft ebenfalls durch die errechneten Koordinaten für den gewünschten Anschmiegung sabstand OC an den Punkten W oder Z. Für die Rolle des Beispiels beträgt der normale konvexe Radius RRC der Rolle im Mittelbereich oder in einem Bereich einer Breite von o,61 cm (o,2389")bis o,91 cm (o,3584"), 6,34 cm (2,4976") entsprechend der Krümmung der Lauffläche in den Ringen. Die Kurve für die Rollenenden WM und NZ kann eine Kurve mit einem sich ändernden Radius sein, die tangential an den Punkten MN an den Enden des Mittelbereiches der Rolle einläuft, oder sie kann einen einzigen Radius RRE aufweisen, der in die Kurve MN an den Punkten M und N übergeht. Beide Kurven würden ebenfalls durch die errechneten Koordinaten verlaufen, die den gewünschten Anschmiegungsabstand OC in unbelastetem Zustand im Bereich von o,oo18cm ( o,ooo7") bis o,oo36 cm (o,oo14") an den Enden der Rolle, d.h. den Punkten W und Z ergeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Rolle für das Pendelrollenlager wird zunächst die gesamte elastische Verformung der Rolle, die die zugeordnete innere Ringlauffläche berührt, unter maximal vorgesehener Belastung bestimmt. Sodann wird der gewünschte Bereich des Anschmiegungsabstandes zwischen den Enden der Rolle in unbelastetem Zustand und der Innenring-Laufbahn als das o,9o bis 1,75-fache der obigen gesamten elastischen Verformung ermittelt. Die Koordin ten, die eine kontinuierliche, glatte Kurve für das konvexe Profil der Rolle in unbelastetem Zustand bilden, werden als nächstes festgelegt. Diese Profilkurve ist eine Tangente an den konvexen Radius der Rolle im Mittelbereich. An den Endbereichen der Rolle verläuft diese Kurve durch die Punkte, die durch den ausgewählte Anschmiegungsabstand bestimmt sind. Der Mittelbereich der Rolle wird durch

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den axialen Abstand des o,5o bis o,75-fachen der Längserstreckung der Rolle bestimmt und liegt symmetrisch in Bezug auf den Längsmittelpunkt der Rolle. Der konvexe Radius der Rollenkrümmung im Mittelbereich ist im wesentlichen gleich dem konkaven Krümmungsradius der Lauffläche des Innenringes. Die Krümmung der Rollenprofilkurve in den bei den Endbereichen der Rolle nimmt vom Mittelbereich zu den beiden Enden der Rolle vorzugsweise zu. Die Rolle wird auf annähernde Abmessungen aus herkömmlichen Lagerstahl, wie A.S.T.M.-Stahl Typ 521oo vorbearbeitet. Sodann wird sie durch Wärmbehandlung auf eine Härte im Bereich von 60 bis 62 ROCKWELL "C" gebracht. Eine Schleifscheibe wird auf eine konkave Krümmung eingestellt, die entgegengesetzt und spiegelbildlich zu der gewünschten kontinuierlichen glatten Kurve des konvexen Profils der Rolle ist. Unter Anwendung des Einstechschleifverfahrens wird die wärmebehandelte Rolle sodann fertiggeschliffen auf das gewünschte konvexe Profil. Das konvexe Profil der fertiggeschüffenen Rolle kann durch eine geeignete Prüfeinrichtung überprüft werden.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Pendelrollenlager mit einem äußeren und inneren, eine konkav geformte Laufbahn aufweisenden Lagerring und einer Anzahl von durch einen Lagerkäfig in Umfangsrichtung in Abstand gehaltenen, ballig-konvexen Rollen, die eine kontinuierliche, glatte Hüllkurve aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß/ die glatte Hüllkurve einen Mittelbereich P im Mittelbereich der Rollenlänge aufweist, dessen konvexer Radius RRC im wesentlichen dem konkaven Radius RIR der zugeordneten Laufbahn(19) des inneren Lagerringes (18) entspricht, da i? die Endbereiche E der Hüllkurve angrenzend an die Enden W, Z der Rolle (2o) einen verringerten Krümmungsradius RRE aufweisen, und daß die Enden W,Z der Rolle (2o) zwischen der Rolle und der zugeordneten Laufbahn in lastfreiem Zustand einen Anschmiegungsabstand OC aufweisen, der proportional zu der gesamten elastischen Verformung der Rolle und der zugeordneten Lauffläche unter maximal vorgesehener Belastung des Lagers ist.

Pendelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelbereich P der kontinuierlichen, glatten Hüllkurve der Rolle (2o) in Richtung der Längsachse der Rolle eine Länge von deren o,5o bis 0,75-fachen aufweist.

Pendelrollenlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Anschmiegungsabstand OC im Bereich des o,9o bis 1,75-fachen der gesamten elastischen Verformung der Rolle (2o) und.der Laufbahn (19) des inneren Lagerringes (18) unter maximal vorgesehener Belastung des Lagers liegt.

Pendelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endbereiche E der kontinuierlichen glatten Hüllkurve, ausgehend vom Mittelbefeich P in Richtung der Enden W,Z der Rolle (2o)

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eine zunehmende Nexgungsänderung aufweist.

5. Verfahren zur Herstellung einer balligen Rolle für ein Pendelrollenlager gem. einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Bestimmung der gesamten elastischen Verformung der Rolle und ihrer zugeordneten ^Laufbahn unter maximal vorgesehener Belastung;

b) Ermittlung der Koordinaten einer kontinuierlichen, glatten, konvexen Hüllkurve für das Profil der Rolle, die einen-axialen Mittelbereich im Bereich des o,5o bis o,75-fachen der Länge der Rolle mit einem Krümmungsradius, der im wesentlichen dem Radius der zugeordneten Laufbahn des inneren Lagerringes, und zwei Endbereichen mit einer Krümmung progressiv zunehmender Neigung an den Enden zur Bildung eines Anschmiegungsabstandes in unbelastetem Zus.tand im Bereich des o,9o bis 1,75-fachea der gesamten elastischen Verformung der Rolle und der zugeordneten Laufbahn des Innenringes unter maximal vorgesehener Last umfaßt;

c) Vorbearbeitung einer Rolle aus warmzubehandelndem Stahl auf annähernde''Abmessungen;

d) Einrichtung einer Schleifscheibe auf eine konkave Krümmung entgegengesetzt und spiegelbildlich in Bezug auf das konvexe Profil der Rolle;

e) Wärmebehandlung der Rolle auf eine ROCKWELL-C-Härte im Bereich von 6o - 62 und

f) Fertigschleifen des konvexen Profils der äußeren Oberfläche der vorbearbeiteten Rolle mit Hilfe der Schleifscheibe.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die fertig geschliffene Rolle mit Hilfe einer geeigneten Prüfeinrichtung auf die gewünschte Genauigkeit des Profils überprüft.

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