DE2935023C2

DE2935023C2 - Rollenlager

Info

Publication number: DE2935023C2
Application number: DE2935023A
Authority: DE
Inventors: Colin G. Radnor Pa. Hingley; Tibor E. Dipl.-Ing. Newton Square Pa. Tallian
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1978-09-01
Filing date: 1979-08-30
Publication date: 1983-09-08
Also published as: FR2434954A1; IT7923237A0; DE2935023A1; GB2033494B; JPS5834686B2; IT1162535B; FR2434954B1; GB2033494A; JPS5533983A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kombiniertes Radial-Axial-Rollenlager. bestehend aus einem Innen- und einem Außenring und einer Vielzahl von zwischen den Laufbahnen des Innen- und Außenringes angeordneten Rollen nach dem Oberbegriff von Anspruch I.

Zur Aufnahme von kombinierten axialen und radialen Kräften finden Rollenlager der verschiedensten Ausführungen Anwendung. Bei den gebräuchlichsten Anordnungen werden die RoUkörper durch einen Seitenbord 5 oder einen losen Führungsring geführt Die Rollkörper sind dabei sowohl mit dem Außenring, dem Innenring und dem Käfig als auch mit dem Seitenbord oder Führungsring in Berührung. Die Rollen in einem solchen Lager stehen sich gewöhnlich unter einem bestimmten Winkel zur Drehachse des Lagers schräg, d.h. sie schränken.

Dieses Schränken der Rollkörper resultiert dabei aus dem Schränkmoment der Berührungszone zwischen dem Rollkörper und der Laufbahn des Außenringes und dem Schränkmoment der Berührungszone zwischen Gern Rollkörper und der Laufbahn des Innenringes. Es wird dabei von einem positiven Schränkwinkel der Berührungszone gesprochen, wenn die Reibungskraftkomponenten, die in axialer Richtung auf die Rollkörper wirken, so gerichtet sind, daß sie in der gleichen Richtung wie die Axialkomponente der Normalkraft die auf die Roiikörper in der Berührungszone ausgeübt wird, wirken, d. h. diese verstärken.

Der Schränkwinkel der Rolle wird dann als positiv bezeichnet, wenn das positive Schränkmoment das die eine Laufbahn auf den Rollkörper ausübt größer ist als das negative Schränkmoment, das die andere Laufbahn auf den Rollkörper ausübt

Zum besseren Verständnis sollen einige Aussagen über die Druckverteilung, die Kräfte sowie über die Wirkungen unterschiedlicher Schränkwinkel vorausgeschickt werden. Hierzu wird auf die Zeichnungen verwiesen, wobei Fig. 1 bis 19b zur Erläuterung der allgemeinen Zusammenhänge dienen und sich die Fig.20a bis 23 auf den Gegenstand der Erfindung beziehen. Es zeigt
F i g. 1 die Druckverteilung,
F i g. 2 die Gleitgeschwindigkeitsverteilung,
F i g. 3 die Reibungskraftverteiiung und
Fig.4 die Reibungskräfie, die «.nn Reibmoment erzeugen, in einer Berührungsfläche zwischen einer belasteten Rolle und einer Laufbahn,

Fig.5 eine schematische Darstellung einer zur Lagerachse geneigten symmetrischen Rolle eines Pendelrollenlagers mit den Punkten des reinen Rollens und den wirkenden Kräften,

F i g. 6 ein ähnliches Bild wie F i g. 5 einer asymmetrischen Rolle mit den Reaktionskräften eines Flansches auf die Rollen.

^o Fig.7 einen Teilquerschnitt durch ein übliches zweireihiges Pendelrollenlager,

F i g. 8 die Spannungsverteilung in der Berührungszone einer Laufbahn mit einem bestimmten Krümmungsradius und einer Rolle mit unterschiedlicher elliptischer Gestalt,

F i g. 9 bis 12 Verteilungen ähnlich der in F i g. 1, 2, 3 und 4 bei Vergrößerung des Schränkmoments über der Mittellinie der Berührungsfläche, wenn die Rollenform immer mehr elliptischer gestaltet wird,
F i g. 13 in schematischer Darstellung den Einfluß des veränderten Krümmungsradius einer Laufbahn auf die Druckverteilung bei Berührung mit einer elliptischen Rolle,

Fig. 14a, 15a und 16a teilweise schematische

t>5 Querschnitte eines Pendelrollenlagers, mit den Kräften

in einem axial belasteten Lager, die bei positivem Schränkwinkel, bei Schränkwinkel 0 und bei negativem Schränkwinkel wirken,

F i g. 14b, 15b und 16b vereinfachte Darstellungen der Verhältnisse der Kräfte, die in den Lagern gemäß den F i g. 14a, 15a und 16a entstehen,

F i g. 14c, 15c und 16c vereinfachte Vektordiagramme, des Kräftegleichgewichts für einen Ringausschnitt unter Belastung bei den Lagern nach F i g. 14a, 15a und 16a,

Fig. 14d, 15d und 16d schematische Diagramme der relativen Größe der Umfangsspannungen im Außenring der Lager gemäß Fig. 14a, 15a und 16a, die die Reaktionskräft 2 der Kräfte Fnr in den Diagrammen 14c, 15c und 16c liefern,

Fig. 17a, 18a und 19a vereinfachte Diagramme ähnlich den Fig. 14b, 15b und 16b, wobei die Kräfteverhältnisse dargestellt sind, die in einem Lager unter reiner Radialbelastung entstehen,

Fig. 17b, 18b und 19b sind vereinfachte Vektordiagramme, die die Verhältnisse bei den Lagern nach Fig. 17a, 18a und 19a bei positivem Schränkwinkel, bei Schränkwinkel 0 und negativem Schränkwinkel zeigen,

Fig.20a und 20b die grafische Darstellung einer bimodalen Druck- oder Spannungsverteilung in der Berührungszone des Außenringes mit der Rolle bei einem Rollenlager nach der vorliegenden Erfindung,

Fig.21a und 21b die grafische Darstellung einer unimodalen Spannungsverteilung in der Berührungszone des Innenringes mit der Rolle im erfindungsgemäßen Lager,

F i g. 22 und 23 Teilquerschnitte durch ein erfindungsgemäßes Rollenlager mit bestimmten geometrischen Verhältnissen.

Wenn eine bogenförmig profilierte Rolle gegen eine bogenförmig profilierte Laufbahn geringerer Krümmung (mit einem größeren Krümmungsradius) gepreßt wird, dann ist die normale Druckverteilung in der Berührungszone im Profil elliptisch; maximaler Druck entsteht über der Mittellinie der Krümmung und die Druckverteilung ist symmetrisch zu dieser Linie (siehe Fig. 1).

In weitaus der Mehrzahl der in der Praxis ausgeführten Pendelrollenlager (es sind solche mit "to symmetrisch profilierten Rollen) wird aufgrund von Gesichtspunkten der Konstruktion verhindert, daß die Tangenten des Profils am Berührungspunkt durch den Apex, das ist der Schnittpunkt der Mantellinie des idealen Kegels mit der Lagerachse gehen. Wenn eine ^ Belastung aufgebracht wird und di*; elastische Verformung der Oberflächen stattgefunden hat, bildet sich eine Druckfläche endlicher Breite. Das verformte Profil kann nur eine Linie durch den Apex in den beiden Punkten H\ und //2 (siehe F i g. 5) durchdringen. Wenn das Lager in > <> Drehung versetzt wird, stellen diese zwei Punkte Gebiete innerhalb der Dpickfläche dar, wo ein reines Rollen erfolgt. Alle anderen Gebiete der Druckfläche oberhalb dieser Linie stellen Gebiete des Gleitens in der einen Richtung ur.d die Gebiete unterhalb dieser Linie stellen Gebiete des Gleitens in entgegengesetzter Richtung dar (siehe F i g. 2). Dieses Gleiten ruft natürlich Reibungskräfte auf den Flächen in Richtung des Gleitens hervor (siehe F i g. 3). Die genaue Lage der Mantellinie des idealen Kegels und ihrer Schnittpunkte «> Hi und H₂ ist se, daß die resultierende tangentielle Reibungskraft 0 ist (hierbei werden die Käfigreibung und die Schmierfilmreibung, die diese Gleichgewichtsbedingung geringfügig ändern, vernachlässigt). Flächenmäßig müssen die Gebiete A und C zusammen gleich *>5 dem Gebiet B in F i g. 3 sein.

Zur Veranschaulichun", sind die Größen der Gleitreibungskräfte in Fig.3 proportional den normalen Berührungskräften unter Bedingungen der Coulombschen Reibung dargestellt. Andere Verhältnisse zwischen Reibungs- und Normalkräften können angenommen werden, ohne daß diese allgemeine These ungültig wird.

Obwohl die Reibungskräfte im Gleichgewicht sind, ist es offensichtlich, daß die asymmetrische Lage von H\ und //2 in bezug auf den Mittelpunkt 0 der Berührungszone ein Ungleichgewicht der Momente hervorruft Die Größe des resultierenden Reibungsmomentes um den Punkt 0 kann grafisch dadurch ermittelt werden, daß, wie in Fig.4 dargestellt, die ausgeglichenen Gebiete subtrahiert werden. Für den dargestellten Fall ergibt sich ein im Uhrzeigersinn wirkendes Moment Eine ähnliche Analyse der Berührung der gleichen Rolle mit der anderen Laufbahn führt zu einem Moment in der entgegengesetzten Richtung. Das tatsächliche Verhalten der Rolle ist somit eine Antwort auf die Unterschiede in den Momenten, die an den beiden Berührungsstellen herrschen.

Bei der vorgehend beschriebener ietrachtung wurde angenommen, daß die Roiienachse 'n der gleichen Ebene liegt wie die Achsen der Laufbahnen. Wenn nun ungleiche Reibungsmomente entstehen, wird die Rolle sich in die Richtung schiefstellen, in die das größere Reibu;>gsmoment wirkt

In jeder Berührungszone wird dann eine weitere Gleitgeschwindigkeit in Richtung der Mantellinie des idealen Kegels erzeugt Diese zusätzlichen Gleitgeschwindigkeiten modifizieren die Richtung der Gleitreibung und aufgrund der Änderungen der Richtung der Ebenen der Hauptkrümmung der Rollen auch die Druckverteilung in der Berührungszone und somit auch die Größe der Kräfte gemäß F i g. 3. Damit wird auch das Reibungsmornent in jeder Berührungszone geändert Ob nun dort wo die Reibungsmomente gleich und entgegengesetzt gerichtet sind, ein das Gleichgewicht erzeugender Schränkwinkel herrscht, ist ganz von der Geometrie, der Belastung und den Schmierbediugungen abhängig, die an den beiden Rollenberührungspunkten herrschen.

Line Untersuchung hat gezeigt, daß konventionelle Lager dieser Art (mit symmetrischen Rollen) entweder Rollengleichgewicht bei einem negativen Sdiränkwinkel zeigen oder instabil in der negativea Richtung sind, wobei die Schiefstellung der Rollen durch die Käfigtaschen begrenzt wird.

Bei einer anderen Art von Pendelrollenlager^ werden asymmetrisch profilierte Rollen verwendet, so daß die Mittellinie in der Tat eine Tangente zur Mantellinie des idealen Kegels k-t und folglich die Coulombschen Gleitreibungskräfte gemäß Fig.3 im Gleichgewicht sind, so daß kein Schrätikmoment in diesen Berührungszont.i antsteht (»Die Wälzlager« von W. Jürgensmeyer, S. 133/134). Die Geometrie solcher Lager verhindert jedoch, daß die Normalkräfte der zwei Beiührungszonen kollinear sind, und somit bedarf es einer dritten Kraft, um das Rollengleichgewicht herzustellen. Diese Reaktionskraft wird durch einen Flansch erzeugt, der an einer der Laufbahnen vorgesehen ist (siehe F i g. 6). Bei jeder dieser Ausführungen entsteht an der Berührungsfläche des Flansches eine unvermeidliche Gleitgeschwindigkeitskomponente, die eine tangentiale Reibungskraft auf das Rollenende erzeugt, weiche ein Schränkmoment auf die Rolle ausübt, und zwar wiederum in der negativen Richtung. Ob diese negative Schränkkraft ein Gleichgewicht hervorrufen kann, hängt nicht nur von der Laufbahnberührung, sondern

auch von der Geometrie des Rollenendes und der entsprechenden Anlauffläche ab. Das Fehlen eines resultierenden Momentes in den asymmetrischen Kontaktflächen gilt nur für die angenommenen einfachen Coulombschen Reibungsbedingungen. Die realistischeren Reibungskräfteverhältnisse haben einen von der Viskosität abhängigen Term, der wiederum von der Geschwindigkeit abhängt. Wenn diese Reibungsverhältnisse in Betracht gezogen werden, zeigt die Analyse, daß wieder ein asymmetrisches Feld der Art wie in Fig. 3 dargestellt entsteht und Schränkmomente hervorgerufen werden. Auf diese Weise werden auch Lager mit asymmetrischen Rollen durch den unerwünschten negativen Schränkwinkel negativ beeinflußt.

Es ist ein einreihiges Pendelrollenlager bekanntgeworden, bei dem ellipsenförmige Rollen im Mittelabschnitt mit einer gekrümmten Laufbahn in Berührung stehen (FR-PS 4 25 081). Jede Rolle hat im Bereich der Berührung, d. h. der Überdeckung mit der Laufoahn mit konstantem Krümmungsradius, eine Mantelfläche mit einem ebenfalls konstanten Krümmungsradius. Erst außerhalb der Laufbahn der Lagerringe ändert sich der Krümmungsradius der Mantelfläche der Rolle, wobei diese Endabschnitte von entsprechend ausgebildeten Käfigringen od. dgl. umfaßt und geführt werden, die ihrerseits auf zylindrischen Schultern der Lagerringe geführt werden.

Bei einem weiteren bekannten einreihigen Pendelrollenlager wird eine aus einem Umdrehungsellipsoid scheibenförmig ausgeschnittene Rolle verwendet (AT-PS 83 309). Die Mantelfläche der Rolle ist über die axiale Länge der Rolle mit unterschiedlichen Krümmungsradien ausgeführt, und zwar sind die Krümmungsradien an den Enden kleiner als im Mittelabschnitt der Rolle. Die Länge der Rolle ist so gewählt, daß der Abstand der diametral gegenüberliegenden Kanten der Rolle nur urn ein geringes Maß größer ist als der Abstand der Laufbahnen, die ebenfalls mit über die Länge unterschiedlichen Krümmungsradien ausgeführt sind.

Weiterhin ist ein Pendelrollenlager bekanntgeworden, bei dem durch eine spezielle Formgebung der Laufbahnen von Außen- und Innenring sowie der Mantelfläche der Pendelrollen ein Schränken der Rollen vermieden, d. h. der Schränkwinkel Null eingestellt werden SoII(DE-PS 7 02 175). Zu diesem Zweck werden die Laufbahn des Außenringes sphärisch ausgebildet, die Laufbahnen des Innenringes rinnenförmig unterteilt, die in der Hauptsache balligen Rollen seitlich verjüngt, wobei nur die balligen Abschnitte auf dem Außenring und die verjüngten Seitenteile der Rolle auf den Rinnenfiächen des Innenringes laufen, und der öffnungswinkel der Rinne so groß ausgeführt, daß das rückdrehende Moment größer als das Schränkmoment ist Dieses bekannte Lager erfordert einen hohen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand, wobei der erzielbare Schränkwinkel Null keine optimalen Ergebnisse hinsichtlich geringster Reibung und höchstmöglicher Lebensdauer unter Radial-Axialbelastung ergibt

Schließlich ist ein Rollenlager bekanntgeworden, bei dem Maßnahmen getroffen sind, das »Schränken«, d. h. die Schiefstellung der Rollen, zu steuern (US-PS 39 90 753). In dieser Vorveröffentlichung werden als eine Maßnahme zur Erzielung einer gewünschten Rollenschränkung die unterschiedlichen Schränkmomente in den Berührungsstellen zwischen den Rollen und den Laufbahnen beschrieben. Es wird dort angeführt, daß eine geringfügige positive Rollenschränkung sich günstig auf die Lagerreibung, die Wärmeerzeugung und schließlich auf die Lagerlebensdauer auswirkt. Dabei werden verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt, um einen positiven Schränkwinkel zu erzielen. Diese Möglichkeiten haben alle Änderungen der Laufbahnen zum Inhalt. Beispielsweise wird als eine Möglichkeit angeführt, den Reibungskoeffizienten durch unterschiedliche Rauheit der Oberfläche der

ίο Laufbahnen unterschiedlich zu gestalten. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Änderung der Schmiegung der Laufbahnen, und eine dritte Möglichkeit hat die Anordnung von Entlastungsbereichen in einer oder beiden Laufbahnen zum Gegenstand. So ist in Fig. 7

ii dieser Druckschrift ein Lager dargestellt, bei dem die Außenringlaufbahn im Mittelbereich der Rolle mit einer seichten Ausnehmung und die Innenlaufbahn im Bereich der Enden der Rolle mit sochen seichten Ausnehmungen versehen sind. Diese Ausbildung der Laufbahnen ruft eine bimodale (zweigipfelige) Druckverteilung in der Berührungsstelle zwischen der Außenlaufbahn und der Rolle und eine unimodale (eingipfelige) Druckverteilung zwischen der Innenlaufbahn und der Rolle hervor. Diese Druckverteilungen erzeugen Reibungskraftmo-

?i mente, die die Rolle so einstellen, daß ein positiver Schränkwinkel entsteht. Bei all diesen Möglichkeiten wird das Profil der Rollen in konventioneller Weise ausgebwdet. Obwohl gefunden wurde, daß all diese Vorschläge im Prinzip ausführbar sind und nutzbringend

μ verwendet werden können, um den gewünschten positiven Schränkwinkel zu erreichen, ist es in der Praxis schwierig, sie mit der genügenden Genauigkeit herzustellen, um sicher zu sein, daß der gewünschte kleine positive Schränkwinkel der belasteten Rollen über einen weiten Belastungs- und Geschwind'igkeitsbereich sowie bei unterschiedlichsten Schmierbedingungen auch tatsächlich erreicht und beibehalten wird.

Bei den durch die vorgenannte Vorveröffentlichung bekannten Verfahren wurde gefunden, daß, wenn die

■•o geometrischen Verhältnisse zwischen den Rollen und den Laufbahnen sich während des Betriebes des Lagers unter Belastung verändern, die Druckverteilung geändert wird und die theoretisch entwickelten statischen Verhältnisse zur Erzeugung des gewünschten kleinen

•»5 positiven Schränkwinkels in Wirklichkeit einen größeren positiven Schränkwinkel oder gar einen negativen Schränkwinkel erbringen. Beides ist unerwünscht. Die geometrischen Änderungen können z. B. in einem zweireihigen Pendelrollenlager dadurch hervorgerufen werden, daß der Innenring sich gegenüber dem Außenring aufgrund der Betriebsbedingungen verschiebt und so eine Änderung der Kräfteverhältnisse hervorruft Das bekannte Verfahren zur gewünschten Veränderung der Reibungskoeffizienten der Laufbahnen findet seine Grenzen in der gegenwärtig sehr beschränkten Auswahl von Lagerwerkstoffen. Darüber hinaus bedarf die Erzeugung unterschiedlicher Reibungskoeffizienten durch unterschiedliche Ausbildung der Oberflächenrauheit einer schwierigen Herstellungstechnik. Außerdem ändert sich die Oberflächenrauheit während der Lebensdauer eines Lagers aufgrund des eintretenden Verschleißes, wodurch sich natürlich auch der Schränkwinkel ändert Auch wird die Reibung sehr stark durch den Grad des sich aufbauenden elastohydrodynamischen Filmes beeinflußt, der wiederum die Wirkung der Oberflächenrauheit als ein Hilfsmittel zur Einstellung des Schränkwinkels beeinflußt.
• Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, ein

Rollenlager zu schaffen, das die Möglichkeit der Einstellung des für alle Betriebszustande vorteilhaften Schränkwinkels der Rollen bietet, sich den unterschiedlichen Betriebsbedingungen hesser anpaßt, geringe Reibung und Verschleiß sowie ein Maximum an Gebrauchsdauer aufweist, aber trotzdem mit relativ geringem Fertigungsaufwand in der Serienfertigung herstellbar ist.

Dies« Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß mindesten!! einige der Rollen mit einer Mantelfläche versehen sand, die im Axialschnitt mindestens drei ohne scharfe oder abgerundete Kanten längs des gesamten Rollenprofils ineinander übergehende Abschnitte mit unterschiedlichen Krümmungsradien aufweist, daß Innenlaufbahn und Außenlaufbahn mit unterschiedlichen Krümmungsradien ausgebildet sind und daß auch die Außenlaufbahn einen vom Mittelabschnitt der Mantelfläche der Rolle abweichenden Krümmungsradius aufweist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Außenlaufbahn einen kleineren Krümmungsradius auf als die Mantelfläche der Rolle im Bereich des Mittelabschnittes.

Die Mantelfläche der Rolle weist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zu beiden Seiten des Mittelabschnittes Abschnitte mit Krümmungsradien auf, die kleiner sind als der Krümmungsradius im Mittelabschnitt selbst. Die zu beiden Seiten des Mittelabschnittes liegenden Abschnitte der Mantelfläche der Rolle können nach weiteren Merkmalen der Erfindung Krümmungsradien gleicher oder verschiedener Größe aufweisen.

Schließlich ist es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zweckmäßig, die nebeneinanderliegenden Abschnitte der Mantelfläche der Rolle mit unterschiedlichen Krümmungsradien über gemeinsame Tangenten ineinander übergehen zu lassen.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird das Rollenprofil gezielt geändert, und die geometrischen Verhältnisse zwischen den Rollen und den Laufbahnen verbleiben konstant selbst bei Einstellbewegungen der Laufbahnen zueinander, wie sie in einem Pendelrollenlager auftreten. Es hat sich auch herausgestellt, daß die Maßnahmen nach der vorliegenden Erfindung auch die Einstellbewegungen im Lager aufgrund der normalerweise vorhandenen Lagerluft und auch der geometrischen Änderungen, die auftreten, wenn das Lager veränderlichen Belastungen ausgesetzt wird, kompensieren.

In einem Lager gemäß der vorliegenden Erfindung bleiben die Berührungsverhältnisse der Rollen mit der Außenlaufbahn die gleichen, selbst wenn die Achse des Außenringes nicht mit der Lagerachse koaxial ist. Auf diese Weise arbeitet das Lager mit Rollen mit nicht negativen Schränkwinkeln selbst dann, wenn der Innen- und der Außenring nicht um eine gemeinsame Achse rotieren. Darüber hinaus kann der Innenring einfach auf konventionelle Weise mit einem konstanten Krümmungsradius hergestellt werden, wenn das Rollenprofil variable Krümmungen aufweist Einige Ausführungsbeispiele der Rollenmantelflächen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erzeugen im wesentlichen die gleiche bimodale-unimodale Druckverteilung, wie sie oben erwähnt wurde. Die relative Druckverteilung bleibt jedoch im wesentlichen die gleiche, um einen positiven Schränkwinkel selbst unter verschiedenen Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten.

Zusammenfassend ist festzuhalten, daß die vorliegende Erfindung eine gezielte Einstellung des Schränkwinkels ermöglicht, wobei die geometrischen Verhältnisse zwischen den Rollen und den Laufbahnen sowohl während der Schiefstellung als auch unter Belastung gleich bleiben. Folglich bleibt das gewünschte Verhältnis der Schränkmomente, das den kleinen positiven Schränkwinkel erzeugt, im wesentlichen unbeeinflußt.

Das Prinzip, das den besonders profilierten Rollen gemäß der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, beruht darauf, daß das Druckfeld in den zwei Berührungszonen der Laufbahnen den Anforderungen der Rollenschränkung angepaßt werden kann, obwohl das Laufbahnprofil selbst bogenförmig bleibt und damit die Forderungen erfüllt, daß die Kontaktgeometrie nicht durch die Lagcrschiefstellung beeinfluß wird.

Im Anschluß an einige weitere allgemeine Ausführungen soll die Erfindung näher erläutert werden.

Wie bereits früher beschrieben, ergeben bogenförmige Profile eine elliptische Verteilung der Normalkräfte über der Berührungsfläche. Dieser Systemzwang kann dadurch umgangen werden, daß eine der Berührungsflächen mit einer veränderlichen Profilkrümmung versehen wird. Das vielleicht einfachste Beispiel eines solchen Profils ist eine Ellipse, obwohl die Möglichkeiten nicht auf einzelne Klassen von Kurven beschränkt sind. Die einzigen praktischen Bedingungen sind Kontinuität der Krümmungen (keine Linien unendlicher Krümmung), um örtliche Spannungskonzentrationen zu vermeiden, und die Herstellungsmöglichkeiten.

Aus Gründen der Spannungsverteilung kann das nicht bogenförmige Profil entweder bei den Laufbahnen oder bei den Rollen vorgesehen werden. Die beste Wahl wird durch die allgemeine Lagerausführung bestimmt. Wenn die übliche Ausführung eines Pendelrollenlagers nach F i g. 7 betrachtet wird, dann entsteht in der Berührungszone zwischen Außenlaufbahn und Rolle das positiv gerichtete Schränkmoment und in der Berührungszone zwischen innenringiaufbahn und Rolle das negative Schränkmoment. Ein positiver Schränkwinkel der Rolle

•»ο kann nun erreicht werden entweder durch Erhöhung des Schränkmoments im Bereich der Berührung mit der Außenringlaufbahn oder durch Verringerung des Schränkmomentes an der Berührungsstelle mit der Innenringiaufbahn oder durch eine Kombination dieser beiden Möglichkeiten. Bei diesem Lager fordert die Einstellbarkeit, daß die Außenringlaufbahn hohlkugelförmig ausgebildet ist Jede Änderung des Profils dieser Laufbahn würde die Hohlkugelform stören und außerdem einen Winkelfehler bis zu 3° in bezug auf die Rolle hervorrufen, wenn der Außenring im Betrieb schiefgestellt wird.

Eine Anpassung des Profils kann auch bei der Innenringiaufbahn erfolgen, so daß die Breite der Druckfläche und somit das negative Schränkmoment reduziert wird. Hierdurch wird jedoch die maximale Druckspannung erhöht Nachdem auch die Lastrichtung sich ändert, wird sich die axiale Lage der Rollen auf der inneren Laufbahn ändern, was zu Lagefehlern der Innenringiaufbahn in bezug auf die Rolle führt

ω Wenn die Profiländerung in der hier beschriebenen Weise bei der Rolle vorgenommen wird, dann kann das gewünschte Schränkmomentgleichgewicht durch die vorteilhafte Einstellung der Normalkraftverteilung in beiden Berührungszonen und folglich in den resultierenden Gleitreibungsgebieten erreicht werden.

Zur Illustration ist in Fig.8 die Normalspannungsverteilung (oder -druckverteilung) dargestellt, die bei der Berührung von Rollen verschiedener Form mit einer

bogenförmigen Laufbahn mit einem genau festgelegten Krümmungsradius unter Belastung entsteht. Die Kurve 1 ist der Spezialfall einer Ellipse mit gleich langen Hauptachsen, also einem Kreis, der die bekannte elliptische Druckverteilung ergibt. Die Kurve 2 stellt die Normalspannungsverteilung bei der Berührung einer Ellipse dar, deren größter Krümmungsradius dem Krümmungsradius der Laufbahn entspricht. Diese Kurve gibt ei.ie flache Druckverteilung. Die Kurven 3 und 4 zeigen zunehmende Zweigipfeligkeit der Druckverteilung (bimodale Druckverteilung) bei zunehmender Länge einer der Hauptachsen der Ellipse. In Übereinstimmung mit den Darstellungen nach Fig. 1 bis 4 ist anhand der Fig.9 bis 12 festzustellen, daß aufgrund der breiter werdenden Berührungsflächen verbunden mit der größer werdenden Hauptachse der Ellipse der Rolle ein größeres Schränkmoment über der Berührungsfläche entsteht. Da jedoch die zwei Laufbahnen von gleicher Krümmung sind, werden die Reibungsmomente an beiden Berührungssteüen in 2;·, ähnlichem Umfang vergrößert, so daß diese Bedingung allein nicht ausreicht, um das gesteckte Ziel der gewünschten vorteilhaften Schränkung der Rolle zu erreichen.

In Fig. 13 ist der Einfluß der Veränderung des :>i Krümmungsradius einer Laufbahn, die gegen eine, um die Druckverteilung in der Berührungsfläche zu beeinflussen, elliptisch profilierte Rolle gepreßt wird, dargestellt. Wenn die Innenlaufbahn mit einem geringfügig größeren Krümmungsradius als die Außenlauf- jo bahn ausgeführt wird, dann kann der gewünschte Unterschied in der Druckverteilung in der Berührungszone und damit auch der gewünschte Rollenschränkwinkel erreicht werden. Ein besonderer Vorteil dieser Maßnahme ist nach F i g. 13, daß die Maximalspannung an der Innenlaufbahn (die meistens die höchsten Spannungen aufweist und somit empfindlich gegen Ermüdung ist) nicht so spitz ausgeprägt ist, sondern gleichmäßig verteilt, und daß die Tendenz zu einem bimodalen (zweigipfeligen) Spannungsfeld auf die Außenlaufbahn beschränkt wird, wo die Spannungen in der Regel aufgrund der Berührungsverhältnisse niedriger sind.

Bei dem beschriebenen Beispiel wurden allein die Änderungen in den Profilen der Druckverteilung betrachtet. Natürlich muß auch das Gleichgewicht der Gleitkräfte in Betracht gezogen werden. Die Verschiebungen der Punkte reinen Rollens H\ und H₂ sind relativ gering innerhalb der praktischen Änderung der Profile, aber selbst dabei neigt ihre Verschiebung dazu, die gewünschte Momenteinstellung an den entsprechenden Berührungsstellen zu vergrößern.

Nun noch einige Aussagen zur Wirkung eines positiven und negativen Schränkwinkels.

In Fig.7 ist ein zweireihiges Pendelrollenlager dargestellt, das aus einem Innenring 9 mit zwei Laufbahnen 10 und einem Außenring 11 mit einer Laufbahn 12 und einer Anzahl von Rollen 13 besteht, die in dem Zwischenraum zwischen den Laufbahnen 10 und 12 angeordnet sind. Die in zwei Reihen zwischen dem Innenring 9 und dem Außenring 11 angeordneten Rollen 13 werden in einem Käfig 14 gehalten.

Das Lager ist selbsteinstellend ausgebildet Zu diesem Zweck ist der Außenring 11 so ausgeführt, daß er um eine Achse quer zur Rotationsachse des Innenringes 9 schwenken kann. Dies wird dadurch erreicht, daß die Außenringlaufbahn 12 mit einem Profil versehen ist, das einen konstanten Krümmungsradius aufweist Der Innenring 9 ist so ausgebildet, daß die Laufbahnen 10 symmetrisch zu einer Mittellinie senkrecht zur Drehachse des Lagers liegen. Die Innenringlaufbahnen 10 sind zur Drehachse des Lagers geneigt. Wie in manchen zweireihigen Pendelrollenlagern üblich, ist ein Führungsring 15 zwischen den beiden Rollenreihen auf dem Innenring 1 angeordnet, der dazu dient, die Rollenreihen voneinander zu trennen.

Das Lager ist so ausgelegt, daß die Rollen im Betrieb einen nicht negativen Schränkwinkel einnehmen. Der Schränkwinkel ist der Winkel zwischen der Drehachse der Rollen und einer Ebene, die durch die Rollen und die Drehachse des Lagers geht. Der Schränkwinkel kann positiv, negativ oder 0 sein. Der Schränkwinkel ist positiv, wenn die Reibungskraftkomponenten, die in axialer Richtung auf die Rollen wirken, so gerichtet sind, daß sie in der gleichen Richtung wie die Axialkomponente der Normalkraft, die auf die Rollen in der Berührungszone ausgeübt wird, wirken, d. h. diese verstärken. Wie bereits weiter oben angefüiii i, wild mi Betrieb eines Lagers mit Rollen, die einen positiven Schränkwinkel innerhalb eines vorgegebenen Bereiches einnehmen, die Gesamtreibung im Lager erniedrigt und die Gebrauchsdauer des Lagers erhöht.

Wenn ein Lager, dessen Rollen unter einem positiven Schränkwinkel angeordnet sind, im Betrieb belastet wird, dann entstehen in der belasteten Zone zwischen den Rollen und den inneren und äußeren Laufbahnen Reibungskräfte, die durch die relative Gleitbewegung zwischen den Oberflächen der Laufbahn und der Oberfläche der Rolle hervorgerufen werden. Um dies zu erklären, soll auf Fig. 14a hingewiesen werden, in der der die Laufbahn 12 tragende Außenring 11 sich aus der Zeichenebene herausbewegen soll, während der Innenring 9 sich in die Zeichenebene hineinbewegt und die Rolle 13 sich um ihre Achse 16, wie durch den Pfeil angedeutet, dreht. Auf diese Weise kann die Rolle 13 in ihrem Berührpunkt mit der Außenlaufbahn 12 als rückwärts in die Zeichenebene rollend betrachtet werden. Aufgrund der Schrägstellung der Rolle 13 ist jedoch die Richtung der Rollbewegung der Rolle 13 nicht senkrecht zur Zeichenebene. Vieln.ehr hat die Rollbewegung eine Komponente, die abweicht von einer Ebene M, die durch den Innen- und Außenring 9 bzw. 11 und die Mitte der Rolle 13 gezeichnet ist. Nachdem der Außenring 11 nur eine Bewegung um die Lagerdrehachse aufnehmen kann, ist seine Bewegung in der Berührungsstelle mit der Rolle 13 genau senkrecht zur Zeichenebene. Folglich muß die äußere Laufbahn 12 über die Fläche der Rolle 13 in Richtung auf die Ebene M gleiten. Diese Bewegung erzeugt eine Reibungskraft Ft, die auf die Rolle 13 einwirkt und die in eine axial gerichtete Komponente Fta zerlegt werden kann. Aufgrund der gleichen Überlegung entsteht bei der Berührung der Rolle 13 mit der inneren Laufbahn 10 eine Gleitreibungskraft der gleichen Größe aber entgegengesetzter Richtung (— Ft)-

Wenn nun eine äußere Axialkraft Pa auf den Außenring 11 wirkt, dann wird eine gleiche aber entgegengesetzt gerichtete Reaktionskraft - P_A auf den Innenring 9 erzeugt Diese Kräfte bewirken eine Normalkraft Fn, die durch die Außenlaufbahn 12 auf die Rolle 13 einwirkt Wie aus F i g. 14a ersehen werden kann, hat die Normalkraft F_n eine radiale Komponente Fsr und eine axiale Komponente F_NA. Wenn nun die axiale Komponente Fna der Normalkraft F_n in gleicher Richtung wirkt wie die axiale Komponente Fta der Reibungskraft Ft, die auf die Rolle 13 einwirkt,dann hat

die nolle einen positiven Schränkwinkel. Natürlich gilt eine ähnliche Überlegung für die Kräfte an der inneren Laufbahn 10, die sich ergibt aus der Reaktionpkraft -Pa, die nach links auf den Innenring 9 einwirkt und der äußeren Axialkraft Pa entgegenwirkt, die nach rechts auf den Außenring 11 gerichtet ist.

Beim Lager nach Fig. 16a ist die Rolle 13 unter einem negativen Schränkwinkel angeordnet. Wie zu erkennen ist, gleitet der Außenring 11 relativ zur Rolle 13 und ruft die Gleitreibungskraft Fta hervor, die entgegengesetzt zu der entsprechenden Gleitreibungskraft Fta beim Lager nach F i g. 14a mit einem positiven Schränkwinkel ist.

Als ein Hilfsmittel zum Verständnis der Vorgänge, die in einem Lag°r herrschen, dessen Rollen einen positiven Schränkwinkel einnehmen, soll auf die Fig. 14b, 15b und 16b hingewiesen werden, die die Kräfte, die auf den Außenring Ii einwirken, zeigen. Zum Zwecke der besseren Darstellung sind die verschiedenen Kräfte auf die Ebene M bezogen, obwohl, wie nachstehend noch gezeigt werden soll, die Kräfte aufgrund ier bimodalen Druckverteilung am Außenring nicht genau an diesen Stellen im Lager wirken.

Wenn zunächst das in F i g. 15a dargestellte Lager, bei dem die Rollen einen Schränkwinkel 0 einnehmen, betrachtet wird, dann ist aus Fig. 15b ersichtlich, daß die äußere Axiallast Pa eine Normalkraft — Fn erzeugt, die eine Axialkomponente — Fna hat, die mit der äußeren Kraft Pa im Gleichgewicht steht. Die Normalkraft — Fn hat auch eine radiale Komponente — Fnr-Das Kräftegleichgewicht ist in F i g. 15c dargestellt

Bei dem in Fig. 14a dargestellten Lager mit positivem Schränkwinkel erzeugt, wie aus F i g. 14b zu ersehen ist, die äußere Axialkraft Pa die Normalkraft

— Fn, die auf den Außenring 11 wirkt. Die Normalkraft

— Fn hat eine axiale und eine radiale Komponente

— Fna bzw. —Fnr. Außerdem wirkt die Reibungskraft

— F_T auf den Außenring Ii in einer Richtung entgegen der äußeren Kraftkomponente P_A.

Der Einfluß der Reibungskraft -Fr auf das Kräftegleichgewicht im Lager kann am besten aus Fig. 14c ersehen werden, in der die Reibungskraft - Frvektoriell von dem Vektor der äußeren Kraft Pa subtrahiert ist. Die Wirkungslinie des Vektors der Normalkraft - F_n ist parallel zum Vektor der Normalkraft - F_n (in gestrichelten Linien angedeutet) und bis zur Spitze der Reibungskraft - Frgezogen. Die resultierende Normalkraft -F_n (durchgehend ausgezogen) ist wesentlich kleiner als die Kraft, die auf den Außenring bei einer Rolle, die einen Schränkwinkel 0 hat, ausgeübt wird (vergleiche Fig. 14c und 15c). Die niedrigere Normalkraft hat zur Wirkung, daß die Ermüdungslebensdauer des Lagers vergrößert wird. Auch die Umfangsspannungen im Außenring cind geringer (vergleiche F i g. 14d und 15d).

Ein Lager mit negativem Schränkwinkel der Rollen hat höhere Umfangsspanungen und eine kürzere Ermüdungslebensdauer als Lager, bei denen die Rollen einen positiven Schränkwinkel oder den Schränkwinkel 0 einnehmen. Dies kann aus einem Vergleich der Fig. 14c, 15c und 16c ersehen werden.

Wie aus F i g. 16b ersichtlich, wirkt die Reibungskraft -Ft, die durch die Rollen auf den Außenring ausgeübt wird, in der gleichen Richtung wie die äußere Axialkraft Pa-AIs Ergebnis wird die Reibungskraft -Frvektoriell zu der Axiallastkomponente P_A addiert (Fig. 16c). Der resultierende Normalkraftvektor — F_n (ausgezogen dargestellt) ist somit wesentlich größer als der Normalkraftvektor — Fn bei einem Schränkwinke. 0 (gestrichelt dargestellt). Als Folge daraus wird die Ermüdungslebensdauer dieses Lagers verringert (vergleiche Fig. 15c und 16c).

Die vorstehende Untersuchung gilt für Lager unter reiner Axiallast. Wenn ein Lager ('to-nventionell innerhalb geringer Berührungswinkel konstruiert) mit einem positiven Schränkwinkel der Rollen arbeitet und reinen Radiallasten unterworfen ist, dann werden

ίο geringfügig größere Normalkräfte erzeugt verglichen mit einem ähnlichen Lager, bei dem die Roilen den Schränkwinkel 0 einnehmen. In einem ähnlichen Lager, dessen Rollen einen negativen Schränkwinkel einnehmen, werden geringfügig kleinere Normalkräfte in der

ib Berührungszone erzeugt verglichen mit einem Lager, dessen Rollen den Schränkwinkel 0 einnehmen. Dies kann aus den F i g. 17b, 18b und 19b entnommen werden, die die Kräfte in einem radial belasteten Lager mit den verschiedenen Schränkwinkeln, ähnlich wie zu den κ ι g. 14a, 15a und 16a beschrieben, aufweisen.

Im Gegensatz zu axial belasteten Lagern, weisen Lager unter reiner Radiallast keine wesentlichen Umfangsspannungen in ihren Außenringen auf. Vielmehr werden die Außenringe solcher Lager in axialer Richtung zwischen den beiden Rollenreihen beansprucht Dieses Verhältnis von äußeren Kräften zu inneren Kräften und Spannungen für Lager mit positivem Schränkwinkel, Schränkwinkel 0 und negativem Schränkwinkel der Rollen ist in den Diagrammen nach Fig. 17a, 18a und 19a dargestellt. Wie am besten aus den F i g. 17b, 18b und 19b ersichtlich ist, rufen reine Radialbelastungen die axialen Kräfte F_Ha zwischen den Ringhälften hervor, wobei die Größe vom Schränkwinkel der Rollen abhängt. Zum Beispiel ist, wie in F i g. 18b bei einem Lager mit Schränkwinkel 0, die Axialkraft von einer bestimmten Größe, die durch den Vektor Fha dargestellt ist. Dieselbe axiale Kraft Fha ist größer nach F i g. i 7b entsprechend der Reibungskraft - Fr, die durch den positiven Schränkwinkel der Rollen hervorgerufen wird. Im Gegensatz dazu ist dieselbe axiale Kraft Fha kleiner nach Fig. 19b aufgrund der Reibungskraft — Ft, die bei negativem Schränkwinkel der Rollen hervorgerufen wird. Durch Vergleich der Fi,<j. 17b, 18b und 19b kann ersehen werden, daß die C.öße der Normalkraft — Fv bei positivem Schränkwinkel geringfügig größer ist als die bei einem Schränkwinkel 0, und die Normalkraft — Fn bei negativem Schränkwinkel ist geringfügig geringer als die bei Schränkwinkel 0. Aus diesem Grunde weisen Lager mit positivem Schränkwinkel bei reinen Radialbelastungen nicht die wesentlichen Vorteile auf, wie sie unter reiner Axiallast erzielt werden.

Wenn die äußere Belastung eines Lagers eine Kombination aus radialen und axialen Lastkotnponenten darstellt dann werden die Normalkräfte in den Berührungszonen, die vorwiegend aus der Axiallastkomponente entstehen, reduziert Aufgrund des kleinen Berührungswinkels (= Neigungswinkel der Rollenachsen zur Lagerachse) bei den meisten konventionellen zweireihigen Pendelrollenlager liegt dieser Vorteil so lange vor, wie das Verhältnis der Axiallastkomponente zur Radiallastkomponente größer als ungefähr 1 :5 ist

Erfindungsgegenstand

Nachdem nun das allgemeine Konzept der vorliegenden Erfindung diskutiert wurde, soll nun die Aufmerksamkeit auf eine besondere Ausführung eines Lagers gerichtet werden, bei dem die Rollen in besonderer

Weise profiliere sind In Übereinstimn.ung mit der vorliegenden Erfindung sind die Rollen in einer Art profiliert, daß sie eine vorher bestimmte variable und nicht konstante Krümmung aufweisen, während die Innen- und die AuTenlaufbahnen mit Krümmungen mit konstantem Radius zusgeführt sind.

In Fig.22 ist eine besondere Ausführung nach der Erfindung vergrößert und in den geometrischen Verhältnissen vereinfacht dargestellt Es ist ersichtlich, daß die Außenlaufbahn 12 einen konstanten Krümmungsradius Ro und die Innenlaufbahn 10 einen konstanten Krümmungsradius R, aufweisen. Der Krümmungsradius R₁ ist größer als der Krümmungsradius R₀. Jede Rolle 13 hat eine Mantelfläche 17 mit einer veränderlichen Krümmung, die im vorliegenden Beispiel gegenüber der Mittelebene M nach außen hin sich vergrößert. Im dargestellten Beispiel besteht die variable Krümmung der Mantelfläche 17 der Rolle 13 aus Radien mit zumindest zwei verschiedenen Größen. Ein Krümmungsradius R_r2 ist den Endabschnitten der Rollen zugeordnet und geht an den Punkten ΛΊ und X₂ in den Radius R_r\ über, wobei die beiden Punkte X\ ( nd Xt von der Rollenmittelebene M gleich weit entfernt sind. Der Krümmungsradius Rn ist kleiner als der Krümmungsradius R, der Innenringlaufbahn, aber größer als der Krümmungsradius R₀ der Außenringlaufbahn. Der Krümmungsradius R_ri ist geringer als der Krümmungsradius der Außenlaufbahn R₀. Mit anderen Worten, der Krümmungsradius R, der Inncnringlaufbahn ist über die Länge der Rolle überall (einschließlich der Zone im Bereich der Rollenmittelebene M) größer als der Krümmungsradius der Mantelfläche der Rolle, und der Krümmungsradius R₀ der Außenringlaufbahn ist geringer als der Krümmungsradius R_n der Mantelfläche der RoIIr in der Mittelebene M aber größer als der Krümmungsradius Rri der Mantelfläche der Rolle im Bereich der Enden der Rollen. Dies kann durch folgende geometrische Verhältnisse ausgedrückt werden:

I. R, > RrX > Ro

II. R_r2 < Ro

Diese Bedingungen werden erfüllt durch eine Rolle, die eine Mantelfläche aufweist, die dem Bogen einer Ellipse entspricht, deren kleine Halbachse in der Rollenmittelebene M liegt.

Die verschiedenen Krümmungsradien der Rolle haben gemeinsame Tangenten an ihren Übergangsstellen in den Punkten Xi und Xi. Mit anderen Worten, das Rollenprofil ist dadurch gekennzeichnet, daß keine scharfen Kanten oder abgerundeten Kanten längs des gesamten Rollenprofils vorhanden sind.

Die in F i g. 22 dargestellte Rolle ist ein Beispiel eines Profils, das eine sich nicht vergrößernde Krümmung aufweist, weil der Krümmungsradius Rr ι der Mantelfläche der Rolle im Bereich der Rollenenden kleiner ist als der Krümmungsradius R_r\ im Bereich Rollenmittelebene M. Bei dieser Ausführung ist der Bezugspunkt auf der Mittelebene M der Rolle 13 angeordnet, und die Rolle 13 ist symmetrisch zu diesem Bezugspunkt. Folglich kann die Rolle 13 als symmetrisch ausgebildet bezeichnet werden.

Es mag Anwendungen geben, bei denen eine asymmetrisch profilierte Rolle gegenüber der vorstehend beschriebenen symmetrisch profilierten Rolle Vorteile aufweist. Ein Beispiel des Rollen- und Laufbahnprofils in einem Lager, das eine asymmetrisch profilierte Rolle aufweist, ist in Fig. 23 dargestellt. Wie ersichtlich, hat die Rolle 13 eine Mantelfläche 17 mit einer veränderlichen Krümmung, die aus drei verschiedenen Krümmungsradien R_rX, R_r2 und Ä_r3 besteht Der Bezugspunkt ist mehr nach rechts auf das eine Ende der Rolle verschoben. Der Radius R_r\ geht in den Radius R_r2 an einem Punkt X\ zur linken der Bezugsebene M über, und der Radius /J₁-1 geht in den Radius R_r3 an einem Punkt X₂ rechts der Bezugsebene M über. Der Abstand des Punktes X\ von der Bezi>gsebene M ist größer als der Abstand des Punktes X₂. Wie ersichtlich,

ίο ist der Radius R_r\ größer als die Radien ^r₂ und R_r3.

Natürlich gelten die obenerwähnten Verhältnisse der Profile der Innen- und der Außenringlaufbahn auch für Rollenlager mit asymmetrischen Rollen.

In Obereinstimmung mit der geometrischen Beziehung I und II berührt in beiden Ausführungsformen das Rollenprofil die Innenlaufbahn in der Bezugsebene \f (X=O) unter leichter Belastung mit einem Schmiegungsverhältnis

R₁ (X=O)

< 1,

das für viele Pendelrollenlager ungefähr 0,98 ist Es ist bekannt daß, wenn sich die Last an der Berührungsstelle von Innenringlaufbahn und Rolle erhöht der Druck sich in einer vorgegebenen Weise längs des Rollenprofils verteilt Zum Beispiel ist zwischen Rollen und Laufbahnen von gleicher Krümmung die Hertzsche Spannungsverteilung eine elliptische Funktion von X, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:

wobei P(X) der Druck in der Entfernung X vom Berührungsmittelpunkt P(O) der Druck im Beriihrungsmittelpunkt, Xder Abstand vom Berührungsmittelpunkt

und —der Abstand des Berührungsmittelpunktes von

dem Rollenende ist

Bei der vorliegenden Erfindung wird, weil der Krümmungsradius der Mantelfläche der Rolle mit zunehmendem X geringer wird, das Material der Rolle im zunehmenden Maße weggedrückt, wenn X sich vergrößert. Auf diese Weise entsteht ein schärferer Abfall im Druck, wenn X sich vergrößert, als bei der

so Rollen-Laufbahnberührung gemäß Gleichung Hl. Als ein Ergebnis ist festzuhalten, daß die Druckverteilung an der Innenringlaufbahn viel spitzer ausgebildet ist als die Hertzsche Druckverteilung (siehe Fig. 21 a und 21b).

Gemäß der geometrischen Verhältnisse I und Il berührt unter leichter Belastung die Rollenmantelfläche die Außenringlaufbahn bei X=O nicht. Dies liegt daran, daß bei

ist. Weil jedoch der Reziprokwert

< 1,

besteht ein entgegengesetzter Krümmungseffekt. An den Punkten A", und X₂ entsteht jedoch bei leichten Be-

lastungen eine Berührung. An diesen Punkten herrschen folgende Schmiegungsverhältnisse von

< 1.

Diese Schmiegungen können vorgegebene Werte von ungefähr 0,98, wie sie für viele Pendelrollenlager

üblich sind, haben. Wenn sich nun die Belastung erhöht, vergrößern sich die Berührungsflächen um die Punkte X\ und X₂ und gehen im Bereich X=O ineinander über, was eine Druckverteilung ergibt, die als bimodal (zweigipflig) bezeichnet wird, weil zwei Druckgipfel zu beiden Seiten des Mittelpunkts der Berührungsfläche entstehen (siehe F i g. 20a und 20b).

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kombiniertes Radial-Axialrollenlager, bestehend aus einem Innen- und einem Außenring und einer Vielzahl von zwischen den Laufbahnen des Innen- und Außenringes angeordneten Rollen, bei dem die im Axialschnitt mit konstanten Krümmungsradien ausgebildeten Laufbahnen die gesamte Mantelfläche der Rollen überdecken und die Innenlaufbahn einen größeren Krümmungsradius aufweist als die Mantelfläche der Rolle im Bereich ihres Mittelabschnittes, wobei die Schmiegungen zwischen Rolle und Außenlaufbahn einerseits und Rolle und Innenlaufbahn andererseits so ausgebildet sind, daß eine bimodale Druckverteilung in der Berührungsstelle zwischen der Außenlaufbahn und der Rolle und eine unimodale Druckverteilung zwischen der Innenlaufbahn und der Rolle entsteht, durch die Hie Rollen im Betrieb unter geringen Winkeln geschränkt sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Rollen (i3) mit einer Mantelfläche (17) versehen sind, die im Axialschnitt mindestens drei ohne scharfe oder abgerundete Kanten längs des gesamten Rollenprofils ineinander übergehende Abschnitte mit unterschiedlichen Krümmungsradien (R_r\. Rr2, Rn) aufweist, daß Innenlaufbahn (10) und Außenlaufbahn

(12) mit unterschiedliehen Krümmungsradien ausgebildet sind und daß auch die Außenlaufbahn (12) einen vom Mittelabschnitt der Mantelfläche (17) der Rolle (13) aoweichenden Krümmungsradius aufweist

2. Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenlaufbahii t2) einen kleineren Krümmungsradius (R₀)aufweist als die Mantelfläche (17) der Rolle (13) im Bereich ihres Mittelabschnittes.

3. Rollenlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (17) der Rolle

(13) zu beiden Seiten des Mittelabschnittes Abschnitte mit Krümmungsradien (7?_r2, R_ri) aufweist, die kleiner sind als der Krümmungsradius (R_r\) im Mittelabschnitt.

4. Rollenlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beiden Seiten des Mittelabschnittes liegenden Abschnitte der Mantelfläche (17) der Rolle (13) Krümmungsradien (R_ri) gleicher Größe aufweisen.

5. Rollenlager nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die zu beiden Seiten des Mittelabschnittes liegenden Abschnitte der Mantelfläche (17) der Rolle (13) Krümmungsradien (R_r2. Rn) verschiedener Größe aufweisen.

6. Rollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die nebeneinanderliegendcn Abschnitte der Mantelfläche (17) der Rolle (13) mit unterschiedlichen Krümmungsradien (R_r\, Rr2. Rn) über gemeinsame Tangenten ineinander übergehen.