-
Kugelhalter für Axialkugellager Die Erfindung betrifft einen Kugelhalter
für Axialkupellager, ausgebildet als einteiliger, flacher Ringkörper aus Kunststoff
od.dgl..
-
Derartige Kugelhalter haben die Aufgabe, die Kugeln des Kugollagers
vorallem wäbrond des Betriebes in ihrer gegenseitigen Lage sowie in ihrer Lage zur
Lauffläche zu halten. Das elastische Kunststoffmaterial gibt die Möglichkeit, den
Kugelhalter einstückig in seiner edngültigen orn herzustellen und die Kugein danach
in ihre Aufnahmen einzudrücken. Im allgemeinen wird bei Kugellagern eine möglichst
dichte Kugelpackung angestrebt, um die Belastung der einzelnen Kugeln sowie die
Flächenprossung der Laufflächen möglichst klein und damit die Tragzahlen hoch zu
halten.
-
Es sind hereits Kugelhalter aus Kunststoff bekannt, bei denen jede
Kugel in einer Kugeltasche angeordnet ist, welche die Kugel eta im Bereich ihres
größten, rechtwinklig zur Belastungsrichtung der Kugeln liegenden Druchmessers umfaßt.
Bin iiachteil dieser Konstruktion wird darin gesehen, uaß die mögliche Anzahl der
Kugeln abhängig ist von der zwischen den Kugeltaschen erforc.erlichen .aterialstärke.
Diese kann nicht beliebig reduziert werden, da dadurch die Festigkeit und Stabilität
und damit die Funktion des Kugelhalters nachtraglich beeinflußt werden.
-
Es ist auch schon bekannt, axiale Kugellager vollkugelig, d.h. mit
der maximal auf dem Teilkreis unterzubringenden Kugelzahl auszuführen und den kugelhalter
ganz a.7egzulclssen.
-
Diese lösung konnte wegen der hohen Reihung der Kugeln aneinander
und der damit verbundenen geringeren Lebensdauer nicht befriedigen. Außerdern ergaben
sich durch Wechselbelastung Stoßbeanspruchungen, die sich ebenfalls ungünstig auf
die Lebensdauer sowie auch auf die Ger;uscabildung im Lager auswirkten.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Kugelhalter der eingangs genannten
Art zu schaffen, welcher eine zumindest annähernd vollkugelige Kugeldichte bei gleichzeitiger
hoher Festigkeit und Stabilität des Kugelhalters gewährleistet.
-
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelost, daß der Kugelhalter
Aufnahmen für die Kugeln aufweist, welche diese im wesentlichen beiderseits des
rechtwinklig zur Belastungsrichtung stehenden Großkreises der Kugeln unter Freilassung
dieses Großkreises wenigstens im bereich des Derührungskreises der Kugeln festhalten.
-
Großkreise sind jeweils größte Durchmesser einer Kugel.
-
Bei vollkugeliger Anordnunq berühren si die Kugeln mit ihren 5 senkrecht
zur Achsenrichtung stehenden Großkreisen.
-
Die Berührungspunkte' liegen auf dem sogenannten Berührungskreis,
dessen SIittelpunkt mit der Kugellagerachse zusammenfällt. ach der vorliegenden
Erfindung werden die Kugeln nicht mehr im Bereich ihres größten, quer zur Belastungsrichtung
der Kugeln liegenden Durchmessers gehalten, so daß sie im Kugelhalter theoretisch
vollkugelig, d.h. bis zur gegenseitigen Berührung angeordnet werden können, ohne
daß dadurch gleichzeitig die Festigkeit und Stabilität des Kugelhalters verringert
wird. In der Praxis wird jedoch ein geringer Abstand zwischen den einzelnen kugeln
belassen, der ausreichend ist, daß bei allen Betriebsbedingungen eine schädliche
Berührung der Kugeln vermieden wird.
-
Nach einem Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der Kugelhalter
im wesentlichen die Form eines zu einem Kreisring gekrümmten U--Profiles aufweist,
wobei der Boden sowie die durch die beiden Schenkel des U-Profils gebildeten Wände
einen Ringraum zur AuFna}lme der Kugeln bilden, und daß die den Ringraum in Achsrichtung
des Kugellagers begrenzenden wände bzw. der Boden jeweils mit einer der Anzahl der
Kugeln entsprechenden Anzahl von Durchbrüchen versehen sind, welche einen teilweisen
Durchtritt der Kugeln erlauben. Diese @usführungsform ist sehr einfach und preiswert
herzustellen.
-
Die Kugeln sind durch den Ringraum gehalten und innerhalb des Ringraumes
jeweils durch die Durchbrtiche an ihrem Platz fixiert. Die Durchbrüche erlauben
den Kugeln außerdem einen teilweisen Durchtritt, so daß sie mit den eigentlichen
Laufflächen des Kugellagers in Eeriihrung treten können.
-
Die Durchbrüche haben vorzugsweise einen derartigen Abstand voneinander,
daß sich die Kugeln annähernd berühren. Dadurch
ist die diechtestmögliche
Rugeldichte gewährleistet, ohne daß die Nachteile einer vollkugeligen unordnung
gegeben wären.
-
@ei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Öffnung des U-Profiles in axialer Richtung des Ixugellagers zeigt, wobei
die Durchbrüche zum Durchtritt der Kugeln im Eoden des U-Profils angeordnet sind,
daß die durch die beiden Schenkel des U-Profils gebildeten Wände etwa einen dem
Kugeldurchmesser entsorochenden Ahstand voneinander sowie eine derartige Länge haben,
ra. sie von den in dem Ringraum sitzenden Kugeln überragt werden, und daß wenigstens
eine der Wände des U-Profils in ihren Randbereich mit einem in de Ringraum ragenden,
die Öffnung des U-Profils einengenden und die Kugeln in axialer Richtung festhaltenden
Ranclwulst versehen ist.
-
Die Kugeln werden bei diesen Ausfilhrungsbeispielen in allen Richtungen
vom Kuyelhalter exakt gehalten. In axialer Richtung sind die Kugeln zwischen dem
sonden des U-Profils bzw.
-
den Ränuern der Durchbrüche einerseits und dem das U-Profil im öffnungsbereich
einengenden Randwulst andererseits fixiert.
-
Zur Halterung in radialer Richtung dienen die Wände des U-Profils,
zur Halterung in Umfangsrichtung die Durchbrüche, in denen die kugeln sitzen. Es
versteht sich von selbst, daß die axialen Abmessungen des Kugelhalters und die L)urchbrüche
so bemessen. sind, daß die Kugeln in axialer Richtung genügend weit huber dem Kugelhalter
vorstehen, so daß heispielsweise auch bei einer elastischen Abplattung der Kugeln
irs.
-
Betrieb der Kugelhalter selbst mit den Laufflachen nicht in Berührung
kommt.
-
Nach einem Merkmal der Erfindung sind bei einer Ausführung mit in
axialer Richtung eisender öffnuing des U-Profils die Durchbrüche im Boden des U-Profils
kreisförmig. Diese
gewährleisten einen guten Sitz der kugeln und
geben diesen IIalt in allen Richtungen quer zur Achsrichtung des Kugellagers.
-
Um den Kugeln einen zusätzlichen Halt in Umfangs richtung zu geben
und gleichzeitig die Stabilität des Kugelhalters zu erhöhen, sind nach einem anderen
Merkmal der Erfindung an der radial inneren und/oder äußeren Wand des U-Profils
jeweils zwischen die Kugeln ragende Vorsprünge vorgesehen.
-
In einer weiteren Kusgestaltung der Erfindung sind am Boden des U-Profils
jeweils zwischen den Durchbrüchen radiale, von einer Wand des L-Profils zur anderen
verlaufende Rippen angeordnet. Diese Rippen erhöhen die Stabilität und insbesondere
die Verwindungssteifigkeit des Kugelhalters beträchtlich.
-
Um das nahe Aneinanderrücken der Kugeln nicht zu behindern, sind nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung die Rippen etwa entsprechend der Umrißform
der in den burchbrüchen sitzenden Kugeln abgestuft und reichen höchstens bis untorhalb
der Höhe des größten Kugeldurchmessers.
-
Für Anwendungsfälle, die neben einem stabilen, verwindungs--¢reien
Kugelhalter auch noch eine gewisse Führungsgenau keit erfordern, ist nach einem
weiteren Werkmal der Erfindung vorgesehen, daß die Form der Rippen der Form der
anliegenden kugeln angepaßt ist und daß sie bis unterhalb der Möhe des größten Xugeltlurchmcssers
reichen. kiese Rinpe kann theoretisch an ihrer schwächsten Stelle so schmal gehalten
werden, daß die Kugeln sich körperlich berühren.
-
In der Praxis wird man eine Mindestrippenbreite vorsehen, cic es verhindert,
daß die Kugeln in direkte Berührung
geraten. Durch die hochgezogene,
der Kugelform angepaßte Rippe werden die Kugeln gehalten und damit wird der Kugeln
halter besser geführt.
-
Sie mit Rippen versehenen Kugelhalter behalten ihre ursprüngliche
Form auch dann, wenn bei größeren Belastungen und höheren Drehzahlen die Kugeln
große Fliehkräfte entwickeln.
-
Das ist gerade bei Axialicfigen von entscheidender Bedeutung, da diese
Flichkräfte einzig und allein vorn ig aufgefangen werden müssen.
-
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, daß die öffnung
des U-Profils radial nach außen zeigt, wobei jeweils Durchbrüche in den den Ringraum
axial begrenzenden Schenkeln des U-Profils vorgese}len sind, und die beiden Schenkel
einen derartigen @bstand voneinander haben, daß die Kugeln durch die Durchbrüche
in beiden Schenkeln hindurchtreten. Auch diese Ausführung ergibt eine leichte und
einfache Form für den Ixugelhalter. Dabei können die Durchbrüche erfindungsgemäß
im wesentlichen kreisförmig mit einem radial nach außen offenen Radnbereich sein,
so daß sich die Kugeln leicht einsetzen lassen. Weiterhin können am boden. des U-Profils
wiederum zwischen den Durchbrüchen jeweils von einen Schenkel zum anderen verlaufende
Rippen angeordnet sein, welche bis unterhalb der größten Durchmesser zweier benachbarter
Kugeln reichen. Diese Rippen erhöhen die Festigkeit und Formstabilität der Kugelhalter.
-
Formtechnisch schwieriger sind Kugelhalter mit einem radial nach innen
weisenden U-Profil. Diese können jedoch für besonders hohe Drehzahlen nützlich sein,
da der radial nach außen zeigende Boden des U-Profils die Kugeln auch bei hoher
Flieh]raft sicher hält.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, daß die
Aufnahmen für die Kugeln als radiale, die Kugeln mit einem Umfassungswinkel von
mehr als 180° umfassende Taschen ausgebildet sind und daß die gegen die Kugeln gerichteten
Flachen der Taschen die Kugeln im Bereich des rechtwinklig zur Belastungsrichtung
der Kugeln stehenden größten Durchmessers nicht berühren. Auch diese Form erlaubt
eine theoretisch vollkugelige Anordnungsdichte der Kugeln, die in der Praxis jedoch
nur annähernd verwirklicht wird.
-
mehrere Ausführungsbeispiele der ;rfintiuna sind in der Zeichnung
dargestellt.und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht
auf einen Kugelhalter in seiner einfachsten Ausführungsform mit in axialer Richtung
zeigender öffnung des U-Profils; rig 2 einen Querschnitt durch einen Kugelhalter
gemäß Fig. 1 entlang der Linie II-II; Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Kugelhalter
mit zusätzlichen Vorsprüngen zur Halterung der Kugeln in Umfangsrichtung; 4 einen
Querschnitt durch einen Kugelhalter gemäß ig. 3 entlang der Linie IV J; Fig. 5 eine
Draufsicht auf einen Kugelhalter mit Versteifungsrippen; Fig. 5 einen Querschnitt
durch einen Kugelhalter gemäß tia. 5 entlang der Linie Vi-VI;
Fig.
7 einen Teilschnitt durch einen Kugelhalter gemäß Fig. 5 entlang der Linie VII-VII;
Fig.8 eine Draufsicht auf einen Kugelhalter mit an die Kugelform angepaßten Versteifunasrincen;
Fig. 9 einen Querschnitt durch einen Kugelhalter gemaß Fig. 8 entlang der Linie
IX-IX; Fig. io einen Teilschnitt durch einen ugelhalter gemäß Fig. 8 entlang der
Linie X-X; Fig.11 eine teilweise Draufsicht auf einen Kugelhalter mit radial nach
außen ragender Öffnung des U-Profils; Fig.12 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles
XIII in , ig. 11; Fig.13 eine teilsweise Draufsicht auf einen Kugelhalter mit einzelnen
Kugeltaschen; Fig. 14 einen Querschnitt durch einen Kugelhalter gemäß Fig. 13 entlang
der Linie XIV-XIV; Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kugelhalter 2 besteht aus
einem zumindest leicht elastischen Kunststoffmaterial.
-
wie insbesondere aus Fig.2 hervorgeht, ist er als einteiliger, flacher
Ringkörper ausgebildet. rr hat im wesentlichen die Form eines zu einem Kreisring
gekrümmten U-P.rofiles 4 mit in axialer Richtung zeigender Öffnung 6. Der Boden
S sowie die durch die beiden Schenkel des U-Profiles gebildeten Wände 10, 12 bilden
einen Ringraum 14 zur Aufnahme der Kugeln 16. Dieser Ringraum hat eine etwa einem
Kugeldurchmesser entsprechende Breite.
-
Der oen ° des U-Profils 4 weist eine der Anzahl der mugeln entsprechende
Anzahl von Durchbrüchen 13 auf, welche einen teilweisen Durchtritt der Kugeln 16
erlauben. Diese Durchbräche sind im dargestellten Ausführungsbeispiel kreisfönig
ausgebildet, so daß sie rür Cie Kugeln einen guten Sitz bilden.
-
Die Wände 10, 12 des U-Profils 4 sind in ihrem Randbereich jeweils
mit einem in den Ringraum 14 ragenden, die öffnung des U- rofils einengenden und
die Kugeln in axialer Richtung festhaltenden Randwulst 20, 22 voerschen.
-
Die Kugeln 16 sind im Kugelhalter in allen Richtungen sicher fixiert.
Durch die Wände 10, 12 finden sie Halt in radialer wichtung. Die Fixierung in Umfangsrichtung
erfolqt durch die Durchbrüche 18, welche die Kugeln im Zusammenwirken mit den Randwälsten
20, 22 auch in axialer Richtung halten.
-
Der Abstand der Durchbrüche 18 kann so gewählt werden, da3 die ugeln
nahezu vollkugelig, ohne sich direkt zu berühren, im Kugelhalter angeordnet sind
Auf diese Weise kann die theoretisch größtmögliche Tragzahl erreicht werden, ohne
daß die bei früheren vollkugeligen Axiallagern beobachteten Nachteile des hohen
Verschleisses und geoßer Geräuschbildung auftreten.
-
Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
-
Der Kugelhalter 32 hat im wesentlichen einen Aufbau wie der in den
Fig. 1 und 2 dargestellte Kugelhalter 2. Der Ringraum 34 weist wiederum die Form
eines U-Profils 36 auf.
-
Die im Boden 33 angeordneten kreisförmigen Durchbrüche 40 sowie die
im Randbereich der Wände 42, 44 vorgesehenen Randwülste 4 6, 4 halten die Kugeln
in Umfangsrichtung.
-
Zur besseren Halterung der Kugeln in Umfangsrichtung sind zusätzlich
an den Wänden 42, 44 Vorspringe 52, 54 vorgesehen, welche in den zwischen den Kugeln
verbleibenden Zwischenraum hineinragen. ie insbesondere Fig. 4 zeigt, verlaufen
diese Vorsprünge entlang der ilantellinien der Wnde 42, 44 vom Boden 38 bis zur
Öffnung des U-Profils. Die Vorsprünge 52, 54 können in ihren Abmessungen so gehalten
sein, daß sie die Kugeln normalerweise, wenn sie fest in den Durchbrüchen 40 sitzen,
nicht berühren. Erst wenn sie durch in Umfangsrichtung wirkende Kräfte aus den Durchbrüchen
abgehoben werden, koinraen sie zur Anlage an die genannten Vorspringe, welche ein
weiteres Verschieben verhindern.
-
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, welches im wesehtlichen dem
Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3 und 4 entspricht. Der Kugelhalter Go hat wiederum
die Form eines zu einem Kreisring gebogenen U-Profils 62 mit einem Boden 64 und
Wänden 66, 68. rer Boden 64 ist mit kreisförmigen Durchbrüchen 7c zur Aufnahme der
Kugeln 72 versehen. Rand-;ülste 74, 76 verhindern, daß die Kugeln aus dem durch
das U-Profil gebildeten Ringraum herausfallen. An den Wänden 66, 68 vorgesehene
Vorsprünge 73, 8o geben den Kugeln einen zusätzlichen Halt in Umfangsrichtung.
-
Zur Versteifung des Kugelhalters sind jeweils zwischen den Durchbrüchen
70 Rippen 82 vorgesehen, welche sich von der Außena7and 66 bis zur Innenwand 68
in radialer Richtung erstrecken. Wie insbesondere Fig. 7 zeigt, sind die Rippen
32 abgestuft, so daß sie sich der Form der Kugeln 72 anpassen und ein nahes Zusammenrücken
der Kugeln 72 nicht behindern.
-
Fig. 8 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels qemaß äen Fig.
5 bis 7 und braucht deshalb nicht nochmals
genauer beschrieben
zu werden. Er hat ebenfalls die Form eines kreisringförmig gebogenen U-Profils 92
mit einem Boden 94,zwei 1nden 9G, 98 und ist mit Durchbrüchen 100 verschen. An den
Wänden angeordnete Vorsprünge 102, 104 geben den Kugeln 106 einen zusätzlichen alt
in Umfangsrichtung.
-
Die Rippen 108 sind der Form der Kugeln angepaßt und geben fliesen
einenexakten Sitz im Kugelhalter.
-
Wie insbesondere Fig. 10 zeigt, sind die Rippen 108 bis etwa Kugelmitte
hochgezogen. Theoretisch kann sie an ihrer schwächsten Stelle so schmal gehalten
werden, daß die Kugeln sich körperlich berühren. In der Praxis ist jedoch eine elindestrippenbreite
vorgesehen, die es verhindert, daß oie Kugeln in direkte Rerührung geraten.
-
Die mit den Rippen versehenen Ausführungsbeispiele sind für höhere
Delastungen und insbesondere für höhere Drehzahlen vorgesehen, bei cenen die Kugeln
große Fliehkräfte entwickeln, die vora Mugelhalter auf genommen werden müssen. Das
Ausführungsbeispiel gemäß den FiCT. S 8 bis 10 besitzt besonders gute Führungseigenschaften,
da die Kugeln in Kugelhalter selbst exakt geführt werden.
-
Die Fig. 11 und 12 zeigen eine Ausführungsform eines Kugelhalters
111, bei welcher die rjffnung des U-Profils 113 radial nach außen zeigt. Die Wände
110, 112 des U-Profils stellen die axialen Begrenzungen des Pingraumes dar, welcher
die Kugeln 114 aufnimmt. Für den Durchtritt der Kugeln sind die Wände des U-Profils
jeweils mit im wesentlichen kreisförmigen Durchbrüchen 116, 118 versehen, welche
den Kugeln gleichzeitig einen Halt in Umfangsrichtung sowie in radialer Richtung
geben.
-
Zur Erleichterung des Einfüllens der Kugeln in den Kugelhalter sind
(3ie Durchbrbche 116, 118 jeweils in ihrem radialen Pandbereich offen, wie insbesondere
Fig. 11 zeigt.
-
Am Bonden 119 des U-Profils sind Rippen 120 angeordnet, welche von
einer Wand ilozur anderen Wand 112 verlaufen. Diese geben dem Kugelhalter eine gute
Stabilität und den Kugeln einen zusätzlichen Halt in Umfangsrichtung, was sich günstig
auf die Führungseigenschaftendes Kugelhalters auswirkt, Wie insbesondere aus Fig.
12 ersichtlich ist, sind die Durchbrüche 116, 118 sowie die offenen Randbereiche
nach innen abgeschrägt, so daß sie sich der Kugelform besser anpassen.
-
Die Fig. 13 und 14 schließlich zeigen ein von den vorbeschriebenen
Ausführungsformen abweichendes Beisniel eines Kupelhalters 131, bei dem die Kugeln
in einzelnen Taschen 130 gehalten werden. Diese Ausführungsform ist formtechnisch
besonders einfach.
-
Auch hier ist das erfindungsgemäße Prinzip verwirklicht, nach welchem
die Kugeln 132 jeweils beiderseits des rechtwin];lig zur Belastungsrichtung stehenden
größten Durchmessers R gehalten werden. Zu diesem Zweck ist die den Kugeln zugewandte
Fläche 134 jeder der Taschen in der in Fig. 14 geschnittenenEBene konkav gekrümmt,
wobei der Krämmungsradius ];leiner als der Radius der Kugel ist. Auf diese Weise
berührt die Fläche 134 die Kugel 132 im Bereich des Durchmessers R nicht, so daß
diese nahezu vollkugelig. d.h. bis zur annähernden gegenseitigen Berührung im bereich
des Berährungskreises k angeordnet werden können.
-
- P a t e n t a n s p r ü c h e -