DE2909658C2 - Dreipunkt-Kugellager - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein doppelt wirkendes Dreipunkt-Kugellager mit einem trsten Lagerteil, der eine achsparallele Wälzfläche und zwei im wesentlichen radiale Wälzflächen bildet, und einem relativ zu dem ersten Lagerteil drehbeweglichen zweiten Lagerteil,der zwei jeweils einer der beiden zuvor genannten radialen Wälzflächen und der achsparallelen Wälzfläche gegenüberliegende, gegensinnig gleich geneigte Wälzflächen bildet.

Bei einem älteren, nicht zum Stand der Technik zählenden Vorschlag (DEOS 27 ^8 186. Fig. 5) weist ein Lagerteil zwei parallele radiale Wälzflächen und dazwischen eine achsparallele Wälz .äche auf, während der andere Lagerteil zwei gegensinnig geneigte Wälzflächen besitzt. Je nach Belastungszustand wirken die achsparallele Wälzfläche mit einer radialen Wälzfläche einerseits und die diesem Wälzflächenpaar gegenüberliegende, geneigte Wälzfläche in der Art eines Dreipunkt-Kugellagers zusammen. Diese Anordnung hat große Vorteile wegen ihrer einfach definierten Wälzflächen und ihrer Fähigkeit, nicht nur radiale, sondern auch hohe axiale und kippende Kräfte aufzunehmen. Sie läßt sich auch leicht spielfrei herstellen. Dabei hat sie aber — wie alle aus starren Teilen zusammengesetzten Wälzlager — den Nachteil, daß Probleme in solchen Anwendungsfällen nicht zu vermeiden sind, in denen unterschiedliche Temperaturen an den beiden Lagerringen auftreten. Wenn der Innenring sich stärker dehnt als der Außenring, treten hohe zusätzliche Kräfte zwischen den Wälzflächen und den Kugeln auf. 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.

Es sind Rillenkugellager bekannt (FR-PS 5 16 502; US^PS 13 05 131), bei welchen dieser Nachteil dadurch Vermieden ist, daß eine oder beide Wälzflädhen elastisch nachgiebig ausgebildet sind« indem sie aus dünnen Schälen bestehen! die beiderseits der Kugellaufbahn an starren Bauteilen abgestützt sind und sich daher zwischen diesen Abstützungen durchbiegen können. Da diese Durchbiegung mit einer Verringerung des Krümmungsradius (gemessen in einem Axialschnitt) verbunden ist und der Krümmungsradius nicht kleiner werden darf als der Kugelradius, ist bei diesen bekannten Rillenkugellagern vorgesehen, daß die Wälzflächsn im Normalzustand einen beträchtlich größeren Krümmungsradius als die Kugeln au^rweisen,

ίο was zur Folge hat, daß diese Lager lediglich zur Übertragung von Radialkräften, nicht aber von Axialkräften geeignet sind.

Um die geometrischen Verhältnisse eines Rillenkugellagers trotz der Verwendung nachgiebiger Wälzfläohen mehr der sonst üblichen, auch zur Übertragung gewisser Axialkräfte geeigneten Lagerform anzugleichen, ist es auch bekannt (US-PS 37 49 460), einen der .eiden Lagerringe aus zwei dünnen, elastisch nachgiebigen, axial gegeneinander versetzten Teilringen zusammenzusetzen, die jeweils eine axiale Hälfte der diesem Lagerring zugeordneten Wälzfläche bilden und, da sie unabhängig voneinander nachgeben können, in ihren Wälzbereichen stärker geneigt sein können und daher größere axiale Kräfte als die zuvor erläuterten

2-, Rillenkugellager aufnehmen können, wobei die axiale Belastbarkeit aber immer noch sehr beschränkt ist und zudem der Nachteil tuftritt, daß das Lager unter axialer Belastung ziemlich stark elastisch nachgibt.

Schließlich kann man nach dem bereits genannten,

jo nicht zum Stand der Technik gehörigen Vorschlag (DE-OS 27 28 186, fig. 9 und 11) me rere Dreipunkt-Kugellager, bei denen zumindest eine radiale Wälzfläche federnd nachgiebig ausgebildet ist, spielfrei in einer Anordnung zusammenschließen. Offensichtlich hat aber

j5 diese Ausbildung einer radialen Wälzfläche denselben Nachteil bezüglich der Aufnahme axialer Kräfte wie die beschriebenen Rillenkugellager, daß nämlich die Lageranordnung gegenüber axialen Kräften zu stark nachgibt. Außerdem würde ein doppeltes Dr^ipunkt-Kugellager der Gattung, auf die sich die Erfindung bezieht, in solcher Anordnung nicht bei unterschiedlichen Temperaturen spielfrei ausbilden lassen, weil die nachgiebige radiale Wälzfläche keine Durchmesserunterschiede in Radialrichtung kompensieren kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Dreipunkt-Kugellager der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es sowohl bei variierenden Temperaturen spielfrei zu arbeiten vermag, als auch beträchtliche axiale und kippende Kräfte im wesentlichen starr aufnehmen kann.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die achsparallele Wälzfläche von einem in Radialrichtung elastisch nachgiebigen Ring gebildet ist.

Da die radial verlaufenden Wälzflächen starr sind, kann das Lager hohe axiale oder kippende Kräfte ohne wesentliche Verformung aufnehmen. Dabei ist eine Kompensation radialer Durchmesserunterschiede der Lagerteile aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnung ohne weiteres möglich. Das erfindungsgemäße Lager zeigt daher wesentlich günstigere Eigenschaften als die oben erörterten Kugellager anderer Bauart, bei denen entweder sämtliche Wälzflächen eines Lagerteils oder zumindest die radiale Wälzfläche elastisch nachgiebig ausgebildet sind.

6$ Vorzugsweise ist der erste Lagerteil, der die starren radialen Wälzflächen und die nachgiebige ächsparällele Wälzfläche aufweist, stationär angeordnet, um einer Unwucht bei dem rotierenden Lagerteil vorzubeugen.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die in einer Figur einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

Es ist ein Kugellager dargestellt mit Kugeln 9, einem Außenring, der aus einem 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 achsparallelen Wälzfläche 14 zusammengesetzt ist, wobei der nachgiebige Ring 15 mit seinem Fuß 16 fest zwischen den Ringen 10 und 12 eingespannt ist, und andererseits einem Innenring 17 mit zwei gegeneinander geneigten, eine Laufrille bildenden Wälzflächen 18 und 19. Der Durchmesser der Kugeln 9 entspricht dem lichten Abstand zwischen den Wälzflächen 11 und 13. Ferner liegen die Kugeln an den beiden Wälzfläcben 18 und 19 sowie an der Wälzfläche 14 an. Das Lager kann daher dank der Nachgiebigkeit des Rings 15 mindestens in Radialrichtung spielfrei zusammengesetzt werden. Es kann nicht nur radiale Kräfte, sondern auch insbesondere axiale Kräfte in beiden Richtungen aufnehmen. In jedem Belastungsfall wirkt es als Dreipunkt-Lager, wobei die in der unteren Hälfte der Zeichnung mit Bezugsziffern bezeichneten Wälzspuren in folgender Weise zusammenwirken, wenn auf den Innenring die in der Mitte der Darstellung durch Pfeile angedeuteten Kräfte einwirken:

Axialkraft 25: Wälzspuren 20,22,23.
Axialkraft 26: Wälzspuren 20,21,24.
Radialkraft 27: Wälzspuren 20,23,24.
Kippkraft 28: Wälzspuren 20,22,23 unten
bzw. 20,21,24 oben.

Unter einem Dreipunkt-Lager ist im Sinne der Erfindung vorzugsweise ein solches zu verstehen, bei dem sich die Tangente an die Kugeln in dem am einen Lagerteil vorgesehenen Lagerpunkt mit der Verbindungslinie der an dem anderen Lagerteil vorhandenen Lagerpunkte in der Rotationsachse des Lagers schneidet. Daraus folgt, daß unter allen Bedingungen ideale Abrollbedingungen herrschen.

Obwohl nur eine einzige Wälzfläche von insgesamt fünf vorhandenen Wälzflächen elastisch nachgiebig ausgebildet ist, hat die erfindungsgemäße Anordnung den Vorteil, daß die Elastizität dieser einen Wälzfläche sich für sämtliche Belastungsfälle, bei denen jeweils wechselnde Wälzflächen beteiligt sind, auswirkt. Dies gestattet es, von den fünf vorhandenen Wälzflächen vier starr auszuführen, wodurch die gesamte Lageranordnung eine verhältnismäßig starre Charakteristik erhält und dennoch die Vorzüge der Spielfreiheit aurh unter wechselnden Temperaturbedingungen bewahrt. Schließlich ist darauf hinzuweisen, daß zwischen der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der eine achsparallele Wälzfläche von einem elastischen Ring gebildet ist, ein prinzipieller Unterschied zu solchen Anordnungen besteht, bei denen eine radiale Wälzfläche elastisch ausgebildet ist. Während letztere in weiten Bereichen eine dem Hookeschen Gesetz folgende Charakteristik zeigen und daher bei hohen Kränen entsprechend stärker nachgeben als bei kleinen Krär'ten, folgt die erfindungsgemäße elastische Anordnung dem Hookeschen Gesetz nicht. Dies liegt daran, daß die in der Zeichnung geschnitten dargestellten Partien des elastischen R.ngs nicht frei auslenkbar sind, sondern von den um 90° dazu versetzten Partien dieses Rings abgestützt werden. Federnde Weichheit des Lagers braucht also im Gegensatz zu anderen Lageranordnungen nicht befürchtet zu werden, zumal die Möglichkeit besteht, eine übermäßige Verformung des nachgiebigen Rings dadurch zu vermeiden, daß man in geringer Distanz von ihm einen als Anschlag fungierenden, starren Ring anordnet. Man erkennt in der Darstellung, daß der nachgiebige Ring 20 mii einem verhältnismäßig geringen (in der Zeichnung übertrieben dargestellten) Spie! 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 dies·¹ Weise vor übermäßiger Deformation bewahrt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Doppelt wirkendes Dreipunkt-Kugellager mit einem ersten Lagerteil, der eine achsparallele Wälzfläche und zwei im wesentlichen radiale Wälzflächen bildet, und einem relativ zu dem ersten Lagerteil drehbeweglichen zweiten Lagerteil, der zwei jeweils einer der beiden zuvor genannten radialen Wälzflächen und der achsparallelen Wälzfläche gegenüberliegende, gegensinnig gleich geneigte Wälzflächen bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die achsparallele Wälzfläche (14) von einem in Radialrichtung elastisch nachgiebigen Ring (15) gebildet ist.

2. Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Lagerteil (10,12,15) stationär angeordnet isL