DE2909658A1

DE2909658A1 - Waelzlager

Info

Publication number: DE2909658A1
Application number: DE19792909658
Authority: DE
Inventors: Louis Pohl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-03-12
Filing date: 1979-03-12
Publication date: 1980-09-18
Also published as: DE2909658C2; JPS55123016A; FR2451497A1; GB2053380A

Description

Glawe, DeIfs, Moll & Pattner - ρ 9135/79 - Seite 3

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wälzlager mit wenigstens einer im wesentlichen achsparallel verlaufenden Wälzfläche. Radial tragende Wälzlager werden im allgemeinen spielfrei montiert, damit mehrere Wälzkörper gleichzeitig an der Kraftübertragung beteiligt sind. Wenn Spiel vorhanden ist, befindet sich nämlich der geringste Abstand zwischen den Lagerringen im Bereich der Kraftübertragung, wobei der Abstand beiderseits dieses Bereichs zunimmt, so daß die nicht innerhalb dieses Bereichs befindlichen Wälzkörper ihn nicht überbrücken können. Die Spielfreiheit verursacht Probleme in solchen Anwendungsfällen, in denen unterschiedliche Temperaturen an den beiden Lagerringen auftreten. Wenn der Innenring sich stärker dehnt als der Außenring, werden hohe zusätzliche Kräfte erzeugt, die zu vorzeitigem Ausfall des Lagers führen können. Wenn der Außenring heißer ist als der Innenring, entsteht zusätzliches Spiel mit entsprechender Reduzierung der Zahl der tragenden Wälzkörper und entsprechender Erhöhung der spezifischen Kräfte, die ebenfalls zu Lagerschäden führen können. Derartige Dehnungen können nur dann vorher konstruktiv durch Einräumung entsprechenden Anfangsspiels oder entsprechender Vorspannung berücksichtigt werden, wenn sie sich in gleichbleibender, bestimmter Höhe einstellen. Diese Voraussetzung ist aber nicht immer erfüllt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager zu schaffen, das unter allen Betrxebsumständen die Kraftübertragung über eine Mehrzahl von Wälzkörpern garantiert und weniger empfindlich ist gegenüber unterschiedlichen Wärmedehnungen der Lagerringe.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die im wesentlichen achsparallel verlaufende Wälzfläche von einem federnd nachgiebigen Ring gebildet ist.

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Glawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ 9135/7y - Seite 4

Wenn das Lager Spiel aufweist, wird durch eine gewisse ovale Verformung des Rings dafür gesorgt, daß mehrere Wälzkörper gleichzeitig tragen. Wenn Wärmedehnungen auftreten, die unter normalen Umständen zu einer unzulässigen Vergrößerung des Innenrings im Verhältnis zum Außenring führen würden, so werden diese Maßunterschiede im Falle der Erfindung durch polygonale Verformung des nachgiebigen Rings kompensiert. In beiden Fällen garantiert die Verformbarkeit des nachgiebigen Rings, daß die spezifischen Belastungen begrenzt bleiben.

Die Verformbarkeit des Rings wird dadurch gewährleistet, daß er in Radialrichtung so entsprechend dünn ausgeführt wird. Ferner muß dafür gesorgt sein, daß er in dem zu verformenden Bereich genügende Bewegungsfreiheit für diese Verformung besitzt. Insbesondere muß seine Einspannung in den ihn tragenden Teilen so gestaltet sein, daß sie die Verformung nicht behindert. Diese Voraussetzung ist beispielsweise dann erfüllt, wenn er in axialem Abstand von dem Wälzbereich gelagert ist. Diese Lösung kommt vornehmlich dann in Frage, wenn die Wälzkörper Kugeln sind. Ferner kann vorgesehen sein, daß er durch einen zweiten nachgiebigen Ring gehaltert ist. Diese Lösung kommt vornehmlich dann in Frage, wenn die Wälzkörper beträchtliche axiale Länge haben, also beispielsweise Zylinderoder Kegelrollen sind.

Bei Verwendung von Kugel - oder Zylinderrollen kann der nachgiebige Ring genau zylindrisch sein mit genau achsparallel verlaufender Wälzfläche. Wenn die Wälzkörper Kegelrollen sind, wird die Wälzfläche eine gewisse Abweichung von der achsparallelen Richtung zeigen. Diese Abweichung ist so lange ohne Belang, als dadurch die erwähnte Verformbarkeit nicht behindert wird. In diesem Sinne ist auch der Ausdruck "im wesentlichen achsparallel" des Anspruchs zu verstehen.

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Glawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ 9135/79 - Seite 5

Die Erfindung wird vorteilhafterweise dann angewendet, wenn die Wälzkörper im Verhältnis zu dem nachgiebigen Ring spielfrei angeordnet sind. Dann wird nämlich durch die Erfindung dafür gesorgt, daß Wärmedehnungen keine schädlichen Überbeanspruchungen hervorrufen können. Mit großem Vorteil wird die Erfindung aber auch dann angewendet, wenn die Wälzkörper im Verhältnis zu dem nachgiebigen Ring mit Spiel angeordnet sind oder infolge von Wärmedehnungen Spiel auftreten kann. Dann wird nämlich durch die Nachgiebigkeit gewährleistet, daß nicht nur ein Wälzkörper, wie bei den vorbekannten Lagern, sondern deren mehrere die Kräfte übertragen.

Im allgemeinen wird der Ring die radialäußere Wälzfläche bilden, weil dort mehr Platz für seine Halterung zur Verfügung steht. Eine radialinnere Anordnung ist im Rahmen der Erfindung jedoch nicht ausgeschlossen. Bei hoher Umdrehungsgeschwindigkeit des rotierenden Lagerteils ordnet man den nachgiebigen Ring zweckmäßigerweise auf der stationären Lagerseite an, um einer Unwucht bei dem rotierenden Lagerteil vorzubeugen.

Die Erfindung gestattet die Anordnung eines spielfrei arbeitenden, radial und axial tragenden Lagers, in dem dieses als mindestens doppeltes, zweckmäßigerweise aber dreifaches Dreipunktlager ausgebildet ist. Dabei sind einerseits die von dem nachgiebigen Ring gebildete, achsparallele Wälzfläche mit einer (bzw. zwei) im wesentlichen radialen Wälzfläche kombiniert, während andererseits zwei entgegengesetzt gleich geneigte Wälzflächen vorgesehen sind.

Neben der Möglichkeit einer spielfreien Lagerung und des Abbaus der auf die Kugeln wirkenden Spitzen-kräfte beim Durchgang durch die Druckzone, hat die Erfindung den Vorteil, daß Wälzlager für größere Verkantungskräfte geschaffen werden können

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Glawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ 9125/79 - Seite 6

und daß die Schlagempfindlichkeit herabgesetzt wird. Ferner wird die Schwingungsneigung von Wälzlagern verringert. Dies beruht wohl darauf, daß die Spitzenkräfte der Wälzlager beim Durchgang durch die Druckzone, deren periodische Wiederkehr Schwingungen anregt,· verringert werden.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, die vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Darin zeigen:

Figur 1 einen Radialschnitt durch ein herkömmliches Wälzlager,

Figur 2 einen schematischen Radialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Wälzlager,

Figur 3 einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kugellager und

Figur 4 einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zylinderrollenlager .

Fig. 1 veranschaulicht die Verhältnisse bei einem herkömmlichen Lager im Falle von Lagerspiel, das beispielsweise durch Wärmedehnungen des Außenrings 1 gegenüber dem Innenring 2 hervorgerufen ist. Zwischen Außenring und Innenring befinden sich die

Wälzkörper 3, von denen sich der Wälzkörper 4 der Druckzone 5 unter der Belastung 6 befindet. Der Mittenversatz der Ringe aufgrund des Spiels ist bei 7 angedeutet. Man erkennt aus der Figur, daß wegen des seitlich der Druckzone 5 zunehmenden Spiels die Kraft 6 jeweils nur durch einen oder wenige Wälzkörper 4 übertragen wird. Je weniger Wälzkörper ein Lager aufweist, umso geringer muß das Laufspiel sein.

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Glawe, DeIfs, Moll & Partner ■■ ρ 3135/75 - Seite 7

Wenn hingegen gemäß Fig. 2 die äußere Wälzfläche durch einen in Radialrichtung dünnen und daher nachgiebigen Ring 8 gebildet ist, der sich unter der Kraft 6 ein wenig oval verformt mit entsprechendem Mittenversatz 7, wird der Bereich 5, in welchem die Wälzkörper 4 den Radialabstand zwischen dem Innenring 2 und dem nachgiebigen Ring 8 kraftübertragend überbrücken, vervielfacht. Die von den in der Druckzone befindlichen Kugeln 4 bei stoßartiger Belastung zu übertragenden Kräfte werden durch die Nachgiebigkeit des Rings begrenzt. Es treten auch nicht beim Durchlauf der Wälzkörper durch die Druckzone zeitlich begrenzte Spitzenkräfte auf, die zu einer Schwingungsanregung führen.

Wenn anstelle des dargestellten Falles eines übermäßigen Laufspiels der gegenteilige Fall eintritt, daß nämlich der Innenring sich infolge unterschiedlicher Temperaturen gegenüber dem Außenring übermäßig dehnt, so nimmt der sich von Wälzkörper zu Wälzkörper spannende, nachgiebige Ring eine polygonale Form an und verhindert damit das Auftreten einer zu hohen Belastung der Wälzkörper. Ferner kommt eine gewisse Dehnbarkeit des Rings in Umfangrichtung hinzu.

Die Figuren 3 und 4 zeigen konstruktive Anordnungen des nachgiebigen Rings, die ihm eine Ausgleichsbewegung ermöglichen.

Gemäß Fig. 3 besteht ein Lager mit Kugeln 9 als Wälzkörper einerseits aus einem Außenring, der aus dem winkelförmigen Ring 10 zur Bildung einer ersten radialen Wälzfläche 11, einem Seitenring 12 zur Bildung einer zweiten radialen Wälzfläche 13 und einem dünnen nachgiebigen Ring 15 zur Bildung einer axialen Wälzfläche 14 zusammengesetzt ist, wobei der nachgiebige Ring 15 mit seinem Fuß 16 fest zwischen den Ringen 10 und 12 eingespannt ist, und einem Innenring 17 mit zwei gegeneinander konkav geneigten Wälzflächen 18 und 19. Dieses Lager kann dank der Nachgiebigkeit des Rings 15 radial spielfrei zusammengesetzt

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Glawe, DeIfs, Moll & Pattner - ρ 9135/79 - Seite 8

werden. Es ist in der Lage, radiale Kräfte als auch axiale Kräfte in beiden Richtungen aufzunehmen. In jedem Belastungsfall wirkt es als Dreipunktlager, wobei die in der unteren Hälfte der Fig. 3 mit Bezugsziffern bezeichneten Wälzspuren in folgender Weise zusammenwirken, wenn auf den Innenring die in der Mitte der Figur angedeuteten Kräfte einwirken.

Axialkraft 25: 20, 22, 23.

Axialkraft 26: 20, 21, 24.

Radialkraft 27: 20, 23, 24.

Kippkraft 28: unten 20, 22, 23; oben 20, 21, 24.

Daraus folgt erstens, daß unter allen Bedingungen ideale Abrollbedingungen herrschen. Zweitens ergibt sich daraus, daß die Wälzspur 20 an dem nachgiebigen Ring an der Kraftübertragung in allen Belastungsfällen beteiligt ist und daher die Vorteile des nachgiebigen Rings nicht etwa nur für radiale Belastung sondern für sämtliche Belastungsfälle verzeichnet werden können.

Die Verformbarkeit des nachgiebigen Rings 15 im Bereich der Wälzspur 20 ergibt sich daraus, daß der nachgiebige Ring axial versetzt gegenüber dieser Wälzspur bei 16 eingespannt ist. Eine solche Einspannung empfiehlt sich aber nur dann, wenn die Wälzkörper von Kugeln gebildet werden, während bei zylinder- oder kegelförmigen Wälzkörpern eine andere Befestigungsart für den nachgiebigen Ring, beispielsweise gemäß Fig. 4, gesucht werden muß. Man erkennt, daß bei der Ausführung gemäß Fig. 4 der nachgiebige Ring 29 über seine volle Breite gleiche Verformbarkeit aufweist, weil er durch den ebenfalls nachgiebigen Haltering 30 in der Mitte gestützt ist, der seinerseits ähnlich dem Ring 15 in Fig. 3 mittels seines Fußes 31 im Außenring eingespannt ist.

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Glawe, DeIfs, Moll G Partner - ρ 9"; 35/79 - Seite 9

Die Wirkung des nachgiebigen Rings 15 bzw. 29 erschöpft sich nicht in derjenigen einer Feder; die Verformung dieses Rings erfolgt nämlich nicht dem Hookeschen Gesetz. Dies liegt daran, daß die in Fig. 3 geschnittenen Partien dieses Rings nicht frei auslenkbar sind, sondern von den um-90° dazu versetzten Partien dieses Rings abgestützt werden. Wenn beispielsweise aufgrund zu großen Spiels wie in Fig. 2 eine Auslenkung der in dieser Figur unten erscheinenden Partien des nachgiebigen Rings nach unten erfolgt, so findet gleichzeitig eine nach innen gerichtete Verformung der um 90° dazu versetzten Partien auf. Wenn diese die Kugelbahn erreicht haben, ist eine weitere Verformung dieser Art nicht mehr möglich. Entsprechendes gilt für die polygonale Verformung des nachgiebigen Rings zum Ausgleich einer zu großen Dehnung des Innenrings; denn es ist offensichtlich, daß der Verformungswiderstand dieses Rings überproportional ansteigt, je mehr sich sein Umriß dem Polygon nähert.

Selbstverständlich wird die ovale bzw. polygonale Verformung des nachgiebigen Rings ergänzt durch eine gewisse Umfangsdehnung, die bei dem nachgiebigen Ring Dank seiner relativen Dünnheit möglich ist. In dem überwiegend vorkommenden Bereich geringer Verformungsgrade stehen jedoch die ovale und die polygonale Verformung im allgemeinen im Vordergrund, ohne daß dies als Beschränkung der erfindungsgemäßen Wirkung angesehen werden darf.

Daraus folgt, daß der erfindungsgemäße nachgiebige Ring nicht die Nachteile einer Feder hat, weil seine Nachgiebigkeit begrenzt ist.

Federnde Weichheit des Lagers braucht also nicht befürchtet zu werden, es sei denn, daß das Laufspiel ungewöhnlich groß wird. Es leuchtet jedoch ein, daß mit verhältnismäßig geringem Aufwand, der nicht vergleichbar ist mit der Einhaltung der für herkömmliche Lager zulässigen Toleranzen, in dem erfindungsgemäßen Lager das Spiel so gering gehalten werden

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Glawe, DeIfs, Moll * Partner - ρ 9135/79 - Seite 10

kann, daß die Nachgiebigkeit für die Lagerqualität nicht nachteilig spürbar wird.

Um übermäßige Verformung des nachgiebigen Rings zu vermeiden, wird er in geringer Distanz von einem als Anschlag fungierenden, starren Ring angeordnet. Man erkennt in Fig. 3, daß der nachgiebige Ring 20 mit einem verhältnismäßig geringen (in der Zeichnung übertrieben dargestellten) 32 im Verhältnis zu dem umgebenden, starren Ringteil 33 angeordnet ist. Wenn ein gewisser Verformungsgrad überschritten wird, legt sich der nachgiebige Ring an dem starren Ring an und wird auf diese Weise vor übermäßiger Deformation geschützt.

Entsprechendes beobachtet man auch in der Ausführung gemäß Fig. 4, wo allerdings der nachgiebige Ring 29 nicht unmittelbar mit dem umgebenden starren Ring 34 zusammenwirkt sondern vermittels des ihn haltenden Rings 30.

Unter einem Dreipunktlager ist im Sinne der Erfindung vorzugsweise ein solches zu verstehen, bei dem sich die Tangente in dem auf der einen Lagerseite vorgesehenen Lagerpunkt mit der Verbindungslinie der auf der anderen Lagerseite angeordneten Lagerpunkte in der Rotationsachse schneidet.

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Claims

Patentansprüche

(^ 1.: Wälzlager mit wenigstens einer im wesentlichen achsparallel verlaufenden Wälzfläche, dadurch gekennzeichnet, daß sie von einem federnd nachgiebigen Ring (15, 29) gebildet ist.
2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper Kugeln (9) sind und der dünn ausgeführte Ring (15) in axialem Abstand von der Wälzspur (20) eingespannt (16) ist.
3. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der dünn ausgeführte Ring (29) durch einen zweiten federnden Ring (30) gehalten ist.
4. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (3, 9) im Verhältnis zu dem nachgiebigen Ring (8, 15, 29) spielfrei angeordnet sind.
5. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (S,-9) im Verhältnis zu dem nachgiebigen Ring (8, 15, 29) mit Spiel angeordnet sind.

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BANK: DRESDNER BANK, HAMBURG. 4 030 «8 (BLZ 200 800 00) · POSTSCHECK: HAMBURG «7607-200 · TELEGRAMM: SPECHTZIES

Glawe, Delfs, Moll & Partner - ρ 9135/79 - Seite 2
6. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der nachgiebige Ring (8, 15, 29) die radial äußere Wälzfläche bildet.
7. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es als mindestens doppeltes Dreipunktkugellager ausgebildet ist mit der von dem nachgiebigen Ring (15) gebildeten, achsparallelen Wälzfläche (14) und einer im wesentlichen radialen Wälzfläche (11) einerseits und zwei entgegengesetzt gleich geneigten Wälzflächen (18, 19) andererseits.
8. Wälzlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es als dreifaches Dreipunktkugellager mit zwei einander gegenüberstehend angeordneten radialen Wälzflächen (11, 13) einerseits ausgestattet ist.
9. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der nachgiebige Ring (8, 15, 29) auf der stationären Lagerseite angeordnet ist.
10. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der nachgiebige Ring auf der den Wälzkörpern abgewandten Seite mit einem seine maximale radiale Auslenkung begrenzenden Radialspiel (32) einem ihn direkt oder indirekt abstützenden Ring (33, 34) benachbart ist.

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