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Spielfreies Wälzlager
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Die Erfindung betrifft ein spielfreies Wälzlager, bei dem in einem
Käfig geführte Wälzkörper zwischen einer starren Laufbahn und einer dünnwandigen,
insbesondere aus Blech gezogenen, radial nachgiebigen Laufhülse abrollen.
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Es ist ein spielfreies Wälzlager bekannt, bei dem die Laufbahn in
einer äußeren Laufhülse derart unrund ausgebildet ist, daß sich an drei über den
Umfang verteilten Stellen Lastzonen ergeben, in deren Bereich die Wälzkörper unter
Vorspannung stehen, wobei zwischen diesen Lastzonen Bereiche größeren Durchmessers
angeordnet sind, in denen die Wälzkörper entlastet werden. Diese bekannten Wälzlager
erfüllen ihre Funktion zur Zufriedenheit. Sie weisen jedoch den Nachteil auf, daß
mit steigender Drehzahl Geräusche und störende Vibrationen der Welle dadurch verursacht
werden, daß die einzelnen Wälzkörper jeweils beim Ein- und Auslaufen an den Lastzonen
stoßartige Belastungen auf die Welle ableiten. In bestimmten Drehzahlbereichen können
daraus Resonanzerscheinungen resultieren, die äußerst unerwünscht sind.
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Bei einem weiteren bekannten spielfreien Wälzlager ist die äußere
Laufbahn durch ein rundgerolltes Blechband gebildet, welches an einer Umfangsstelle
einen offenen Schlitz aufweist und wobei dieses Blechband in einer elastischen Kunststoffhülse
untergebracht ist, die das Blechband in federnde
Vorspannung zu
den Wälzkörpern setzt. Auch mit diesem bekannten Lager ist die erwünschte Spielfreiheit
erzielbar.
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Beim Überrollen des Schlitzes in dem Blechband werden jedoch insbesondere
bei höheren Drehzahlen Stoßbelastungen auf die den Schlitz überrollenden Wälzkörper
ausgeübt, welche ebenfalls zu unerwünschten Schwingungen und zu Geräuschentwicklungen
führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit konstruktiv und herstellungsmäßig
einfachsten Mitteln ein spielfreies Wälzlager zu schaffen, welches die beschriebenen
Nachteile nicht aufweist.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß in dem Käfig über
den Umfang verteilt drei bis maximal sechs Wälzkörper oder Wälzkörperpaare angeordnet
sind, wobei die Achsen der beiden Wälzkörper eines Wälzkörperpaares einen Abstand
von maximal zwei Wälzkörperdurchmessern aufweisen.
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Wenn man bei einem solchen Lager beispielsweise drei über den Umfang
verteilte Lastzonen vorsieht, in denen Välzkörper im Käfig angeordnet sind, dann
ergibt sich aufgrund der Vorspannung zwischen Wälzkörpern und deren Laufbahnen sowie
aufgrund der Tatsache, daß die Laufhülse radiale Verformungen zuläßt, eine deltaartige
elastische Verformung der Laufhülse. Im Gegensatz zu den bekannten Lagern, bei denen
die äußere Laufhülse bleibend in dieser Weise verformt ist, läuft diese deltaartige
Verformung in der Laufhülse Jedoch mit dem Käfig um. Die einzelnen Wälzkörper stehen
also während ihres gesamten Umlaufes ständig unter Vorspannung und das nachteilige
Ein- und Auslaufen der einzelnen Lastzonen, wie es bei den bekannten Lagern zu den
beschriebenen Folgen führt, entfällt.
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Nach der Erfindung ist es möglich, in Jeder Lastzone des Käfigs entweder
einen einzelnen Wälzkörper oder auch ein Wälzkörperpaar anzuordnen. Bei diesen Alternativen
ist gewährleistet, daß sämtliche Wälzkörper gleich hoch belastet werden.
Würde
man dagegen beispielsweise in einer Lastzone drei oder mehr Wälzkörper nebeneinander
anordnen, so wären jeweils nur der erste und letzte Wälzkörper hoch belastet, während
die dazwischenliegenden Wälzkörper infolge der auftretenden Verformung der Laufhülse
mehr oder minder entlastet wären.
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Um das mit der Erfindung angestrebte Ziel zu erreichen, muß gewährleistet
sein, daß die Wälzkörper die radial nachgiebige Laufhülse zu einem Vieleck verformen
können. Das bedingt, daß zwischen den über den Lagerumfang verteilten Wälzkörpern
bestimmte Mindestabstände eingehalten werden müssen. Mit Sicherheit kann das angestrebte
Ziel erreicht werden, wenn die Abstände der Achsen benachbarter Wälzkörper oder
Wälzkörperpaare nicht kleiner als drei Wälzkörperdurchmesser ist. Für die Funktion
der Erfindung ist es nicht erforderlich, daß die Wälzkörper gleichmäßig über den
Lagerumfang verteilt sind.
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Um der Laufhülse die erforderliche radiale Nachgiebigkeit zu geben,
kann diese so ausgebildet sein, daß sie nur in ihren axialen Endbereichen an einem
sie aufnehmenden Bauteil (Bohrung, Welle) anliegt, während sie in einem dazwischenliegenden
Bereich, auf dem die Wälzkörper abrollen, im Abstand von dem Bauteil verläuft.
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Bei einer solchen Ausbildung kann die erforderliche Nachgiebigkeit
des mittleren Bereiches noch dadurch erhöht werden, daß in den Übergangszonen zwischen
den Endbereichen und dem dazwischenliegenden Bereich der Laufhülse Durchbrechungen,
insbesondere sich in Umfangsrichtung erstreckende Schlitze, die sich teilweise überlappen,
vorgesehen sind.
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Je nach den durch die Einbausituation gegebenen Platzverhältnissen
kann die Laufhülse auch so ausgeführt sein, daß sie einen Bereich aufweist, mit
dem sie an dem sie tragenden Bauteil anliegt, und daß sich daran ein Endbereich
anschließt,
der frei auskragend von dem Bauteil verläuft und auf
welchem die Wälzkörper abrollen. Eine solche Ausführung läßt es zu, beiderseits
des Bereiches, welcher an dem Bauteil anliegt, Laufbahnbereiche vorzusehen, die
im Abstand von dem Bauteil verlaufen, wobei es möglich ist, in einer solchen Lagereinheit
eine Welle gleichzeitig an zwei Stellen zu lagern.
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Die Laufhülse kann auch aus einer elastischen Gummi- oder Kunststoffhülse
von annähernd H-förmigem Längsschnitt bestehen, in die eine Blechhülse, auf der
die Wälzkörper abrollen, eingesetzt ist. Im Gegensatz zu den bekannten Lagern bleibt
in diesem Falle die Blechhülse jedoch ungeschlitzt.
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Schließlich ist es auch möglich, die Laufhülse durch eine dünnwandige
Hohlwelle zu bilden, die in dem Bereich, in dem die Wälzkörper abrollen, eine wulstförmige
Aufweitung aufweist.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lager, Figur 2
einen Querschnitt nach Linie II-II der Figur 1, Figur 3 und 4 äußere Laufhülsen
entsprechend Figur 1 in zwei unterschiedlichen Ausbildungen in Abwicklung, Figur
5 einen Längsschnitt durch eine weitere Lagerung entsprechend der Erfindung, Figur
6 einen Querschnitt gemäß Linie VI-VI der Figur 5,
Figur 7 eine
äußere Laufhülse gemäß Figur 5 in Abwicklung und Figur 8 und 9 Längsschnitte durch
weitere Ausbildungen der erfindungsgemäßen Lagerung.
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Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Lager besteht aus der äußeren
Laufhülse 1, in der die in einem Käfig 2 untergebrachten zylindrischen Wälzkörper
3 abrollen. Wie Figur 2 erkennen läßt, sind dabei über den Umfang des Käfigs 2 insgesamt
drei Wälzkörper 3 untergebracht.
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Die äußere Laufhülse 1 weist zwei Endbereiche 4 auf, mit denen sie
fest in der Bohrung 5 des Gehäuses 6 sitzt, während der dazwischenliegende mittlere
Bereich 7 so nach innen abgesetzt ist, daß er in einem Abstand von der Bohrung 5
verläuft. Dieser mittlere Bereich 7 läßt damit radiale Verformungen, die durch die
Wälzkörper 3 ausgeübt werden, zu.
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Die Innenlaufbahn für die Wälzkörper 3 wird unmittelbar durch die
Oberfläche der Welle 8 gebildet.
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Die Figur 3 zeigt eine Innenansicht auf die Abwicklung einer äußeren
Laufhülse 1. Diese läßt erkennen, daß in den Zwischenzonen zwischen den Endbereichen
4 und dem mittleren Bereich 7 gegeneinander versetzte, in Umfangsrichtung verlaufende
Längsschlitze 9 vorgesehen sind, die diese Übergangszone weich machen und damit
dem mittleren Bereich 7 eine bessere radiale Verformbarkeit geben. Gemäß Figur 4
wird derselbe Effekt durch schräg verlaufende Schlitze 10 in der Übergangszone zwischen
den Endbereichen 4 und dem mittleren Bereich 7 erzielt.
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Bei dem in den Figuren 5 und 6 dargestellten Lager ist die äußere
Laufhülse 11 so ausgebildet, daß sie in einem zylindrischen Bereich 12 fest in der
Bohrung 13 des Gehäuses 14 anliegt, während sie in einem anschließenden, frei auskragenden
Bereich 15 im Abstand von der Bohrung 13 verläuft.
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In diesem letzteren Bereich rollen die zylindrischen Wälzkörper 3,
die in dem Käfig 2 untergebracht sind, ab. Wie Figur 3 zeigt, sind bei dieser Ausführung
in jeder Lastzone des Käfigs 2 jeweils zwei zylindrische Wälzkörper 3 in unmittelbarer
Nachbarschaft zueinander angeordnet.
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Wie die Figur 5, insbesondere aber die in Figur 7 dargestellte Abwicklung
der äußeren Laufhülse 11 zeigt, sind zur axialen Fixierung des Käfigs 2 über den
Umfang verteilte Lappen 16 und 17 vorgesehen, die gewährleisten, daß der Bereich
15 eine ausreichende radiale Verformbarkeit behält, was nicht der Fall wäre, wenn
an diesen Stellen umlaufende Borde vorgesehen wären, die eine radiale Versteifung
mit sich bringen würden.
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Figur 8 zeigt schließlich eine Ausführung, bei der in der Bohrung
18 des Gehäuses 19 die elastische Gummi- oder Kunststoffhülse 20 vorgesehen ist,
die im wesentlichen H-förmigen Längsschnitt aufweist. Diese Hülse 20 nimmt eine
in sich geschlossene Blechhülse 21 auf, auf der die Wälzkörper 3 abrollen, die in
dem Käfig 22 untergebracht sind. Eine ausreichende radiale Verformbarkeit der Blechhülse
21 wird bei dieser Ausführung insbesondere dadurch gewährleistet, daß in ihrem Bereich
zwischen der elastischen Hülse 20 und der Bohrung 18 eine Umfangsnut 23 verbleibt.
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In Figur 9 ist abschließend eine Variante dargestellt, bei der in
der Bohrung 24 eines Gehäuses 25 ein normales Nadellager untergebracht ist, welches
aus der äußeren Laufhülse 26 und den darin abrollenden, in einem Käfig 27 geführten
zylindrischen Wälzkörpern 28 besteht. Die Innenlaufbahn für die Wälzkörper 28 wird
gebildet durch die dünnwandige Hohlwelle 29, welche in dem Bereich, in dem die Wälzkörper
28 auf ihr abrollen, eine wulstförmige Aufweitung 30 aufweist, welche die erforderliche
radiale Nachgiebigkeit gewährleistet.
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