DE3619561A1

DE3619561A1 - Anordnung mit waelzelementen

Info

Publication number: DE3619561A1
Application number: DE19863619561
Authority: DE
Inventors: Kurt G Fickelscher
Original assignee: Delta Drive Technik nach dem Gleitkeilprinzip GmbH
Current assignee: Delta Drive Technik nach dem Gleitkeilprinzip GmbH
Priority date: 1986-06-11
Filing date: 1986-06-11
Publication date: 1987-07-02

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit Wälzelementen, die mittels eines Führungsringes geführt und zwischen zwei Stütz ringen angeordnet sind.

In neuen Anwendungsgebieten werden Lagerungen benötigt, die während der normalen Funktion bis zu 3% des Durchmessers ovalisiert werden. Es sei hier beispielhaft auf die US-PS 40 99 427 verwiesen, aus welcher ein Gleitkeilgetriebe bekannt ist. Ein derartiges Getriebe enthält einen beispielsweise ovalen Drehkörper, auf welchem das deformierbare Planetenrad mittels Wälzelementen gelagert ist. Ferner ist aus der US-PS 45 80 957 ein Roll-Ringkompressor bekannt, der einen zum Zy linder exzentrisch angeordneten, dünnwandigen Ringkolben ent hält. Der Ringkolben ist mittels Wälzelementen auf einem Dreh körper gelagert und liegt aufgrund der Exzentrizität und einer Deformation in einem vorgebbaren Abrollbereich an der Zylinderwand an. Die Lageranordnung mit den Wälzelementen wird entsprechend deformiert. An die heute üblichen Wälzlager wer den bei derartigen Deformationen hohe Ansprüche hinsichtlich Kinematik und Belastbarkeit gestellt, wobei erhebliche Ein schränkungen hinsichtlich Wirkungsgrad und Lebensdauer zu beachten sind. Besonders nachteilig sind die Reduzierung der Grenzdrehzahl sowie erhöhte Reibbeiwerte, wodurch der Wir kungsgrad des bekannten Gleitkeilgetriebes reduziert wird. Der oben erwähnte Roll-Ringkompressor läßt kinematisch Drehzahlen bis ca. 12 000 Umdrehungen pro Minute zu, die jedoch mit den heute bekannten Lageranordnungen bei weitem nicht realisiert werden können. Bei einer ovalisierten oder deformierbaren Lageranordnung rollen die einzelnen Wälzelemente mit unter schiedlicher Drehzahl über den Umfang ab und bei einem in Umfangsrichtung unnachgiebigen Käfig für die Wälzelemente tritt folglich zwischen Wälzelementen, dem Käfig sowie dem äußeren bzw. inneren Stützring ein Schlupf auf. Der hieraus resultierende höhere Reibbeiwert ist sehr nachteilig und führt zu erhöhten Temperaturen und einem hohen Verschleiß. Werden ferner in einer Lageranordnung die Wälzelemente mittels eines Käfigs geführt, so gleiten die Wälzelemente bei Drehung der Lageranordnung an einer Seite der Käfigtasche, wodurch ein zusätzlicher Rollwiderstand oder Reibanteil bedingt ist. Auch die Reibung des Käfigs an seinen Führungsflächen erhöht das Reibmoment. Ferner erfordern Käfigstege zwischen den einzelnen Wälzelementen einen entsprechend großen Abstand derselben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß eine Reibung des Führungsringes vermieden oder doch zumindest wesentlich reduziert wird. Der Reibbeiwert der Anordnung soll mit geringem konstruktivem Aufwand und geringem Bauvolumen reduziert werden. Die Wälzelemente sollen bei Vermeidung eines Schlupfes sich an ändernde Abrollgeschwindigkeiten anpassen können, wenn der Abstand der Wälzelemente untereinander, ins besondere bei Deformation, sich verändert. Ferner soll die Anordnung bei Deformationen wenigstens eines der Stützringe einen niedrigen Reibbeiwert aufweisen und einen hohen Wir kungsgrad ergeben. Die Anordnung soll bei einfachem Aufbau ein geringes Gewicht und Bauvolumen und/oder eine lange Lebens dauer und eine hohe Funktionssicherheit aufweisen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Wälz elemente jeweils auf und/oder mit einem Bolzen drehbar ge lagert sind und daß der Führungsring derart nachgiebig ausge bildet ist und/oder die Bolzen mit dem Führungsring derart verbunden sind, daß die Führungselemente relativ zueinander Bewegungen ausführen können.

Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich bei funktions sicherer Konstruktion vor allem durch die Vermeidung einer Reibung des Führungsringes bezüglich der Wälzelemente aus. Aufgrund der nachgiebigen Ausgestaltung des Führungsringes können die Führungselemente relativ zueinander Bewegungen ausführen und ein Schlupf wird weitgehend vermieden. Dies ist besonders wichtig bei Deformation wenigstens eines der Stütz ringe, wodurch ein hoher Wirkungsgrad gewährleistet werden kann. Die Wälzelemente können die Außenringe von kleinen Wälz lagern sein, deren Innenring jeweils auf dem Bolzen befestigt ist, welcher außerhalb des Lagerbereiches in dem nachgiebigen und insbesondere elastisch ausgebildeten Führungsring befe stigt ist. Folglich wird eine Gleitreibung zwischen dem Wälz element und dem Führungsring vermieden. Die Wälzkörper der genannten kleinen Wälzlager werden kaum radial belastet, da die zwischen den beiden Stützringen wirksamen Stützkräfte gegenüberliegend praktisch nur auf das Wälzelement wirken und den kleineren inneren Lagerring kaum belasten. Die Wälzkörper des kleinen Wälzlagers werden lediglich durch geringe Rück stellkräfte bei zusätzlicher Deformation des Führungsringes sowie geringe Haltekräfte zur Distanzhaltung belastet. Der Führungsring wird zweckmäßig in einer Ringnut eines der Stütz ringe geführt, so daß eine direkte seitliche Führung der Wälz elemente quer zur Lagerachse und die Rand- oder Bordreibung der Wälzelemente entfällt. Der Führungsring dreht mit niedri gerer Geschwindigkeit als die Führungselemente, so daß Ver schleiß und Reibverluste gering sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann grundsätzlich als ein Wälzlager bezeichnet werden, dessen Wälzelemente ihrerseits jeweils mittels sogenannten inneren Wälzlagern bezüglich des Führungsringes gelagert sind. Besonders vorteilhaft erweist sich der Einsatz als deformierbares Radiallager bei Maschinen entsprechend den eingangs genannten US-Patentschriften oder bei vergleichbaren Maschinen. Die Erfindung ist gleichwohl nicht hierauf beschränkt, sondern auch in konventionellen Einsatzbereichen, also ohne Deformation oder Ovalisieren, kann vor allem im Hinblick auf die hohe Belastbarkeit und die hohe Grenzdrehzahl der Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung von Vorteil sein. Dies gilt um so mehr, als die Wälzelemente Be standteil, nämlich äußerer Lagerring, von standardisierten kleinen Wälzlagern im Rahmen dieser Erfindung sind, die kostengünstig im Handel erhältlich sind. Ferner kann die An ordnung als Axiallager ausgebildet sein, bei welchem der Schlupf und die Käfigreibung eine noch größere Bedeutung auf weisen als bei einem Radiallager. Konventionelle Axiallager weisen heute einen Reibbeiwert µ in der Größenordnung von 0,004 auf. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann eine nicht unerhebliche Reduzierung des Reibwertes und einer Erhöhung der Grenzdrehzahlen bei einfacher Konstruktion und niedrigem Fer tigungsaufwand realisiert werden. Darüber hinaus kann die An ordnung aufgrund der günstigen kinematischen Eigenschaften, der hohen Belastbarkeit und der Möglichkeit die Wälzelemente nahe beieinander anzuordnen, mit geringem Aufwand und bei einfacher Bauweise als ein Planetenreibgetriebe ausgebildet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 4 schematische Darstellungen einer bekannten Anordnung, und zwar eines Kugellagers, um die Wirkungszusammenhänge und die hieraus resul tierenden bisherigen Nachteile darzulegen,

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung, deren Wälzelemente über Bolzen mittels eines elastischen Führungsringes mit einander verbunden sind,

Fig. 6 einen Schnitt entlang Schnittlinie VI gemäß Fig. 5,

Fig. 7, 8 eine als einreihiges Lager ausgebildete Anord nung, deren Führungsring nachgiebig verform bare Durchbrechungen bzw. Bügel aufweist,

Fig. 9, 10 eine Ausführungsform, bei welcher der Füh rungsring kettenförmig ausgebildet ist,

Fig. 11, 12 eine Ausführungsform mit ballig ausgebildeten Wälzflächen der beiden Stützringe,

Fig. 13-15 eine Ausführungsform als Axiallager mit je weils zwei Wälzelementen pro Bolzen,

Fig. 16, 17 die Ausbildung der Anordnung als Axiallager mit konischen Wälzelementen,

Fig. 18, 19 eine Ausführungsform als Reibgetriebe,

Fig. 20 eine schematische Darstellung der Wälzelemente des Reibgetriebes gemäß Fig. 18, 19,

Fig. 21 ein Reibgetriebe mit einstellbarer Vorspannung der Stützringe,

Fig. 22 eine weitere Ausführungsform als Reibgetriebe mit einem konischen Ziehkeil zur Veränderung des Drehmoments während des Betriebes,

Fig. 23, 24 Ausführungsformen als Reibgetriebe mit Ring spannfedern,

Fig. 25 eine Anordnung, deren Führungsring in einer Ringnut geführt ist.

Fig. 1 und 2 zeigen in einer Ansicht bzw. einem Schnitt ein bekanntes Kugellager, dessen Wälzelemente 2 mit einem als Käfig ausgebildeten Führungsring 4 zwischen zwei Lager- bzw. Stützringen 6, 8 geführt sind. Bei Drehung des inneren Stütz ringes 6 um die Lagerachse 9 in Richtung des Pfeiles 10 gleiten die Wälzelemente 2 an der einen Seite des praktisch starren Führungsringes 4, der ebenfalls in der Drehrichtung angetrieben wird. Trotz dieses zusätzlichen Reibanteiles ist im Vergleich mit einem Lager ohne Käfig der Rollwiderstand ingesamt geringer. Ein Rollen ohne Gleiten findet nur für den Durchmesser Dk-dk, also in der Mitte der Wälzelemente 2 statt. Die Gleit- bzw. Schlupfanteile wachsen in Richtung nach außen zum Durchmesser D 1 bzw. nach innen zum Durchmesser d 1 vom äußeren Stützring 8 bzw. inneren Stützring 6, und zwar ent sprechend dem Abstand zur Drehachse 12 des Wälzelementes 2. Bei einer derartigen Lageranordnung liegt der Reibbeiwert µ zwischen 0,0015 und 0,003, und zwar erheblich über dem Reib beiwert µ=0,0005 eines rein radial belasteten Zylinderrollen lagers. Ferner wird der Reibbeiwert mit Zunahme der Last und Drehzahl vergrößert.

Fig. 3 zeigt schematisch die deformierte Lageranordnung gemäß Fig. 1, wobei die Deformation in Richtung der y-Achse stark vergrößert dargestellt ist. Der Radius ry ist größer als der Radius rx in der x-Richtung. Bei Drehung des inneren oder äußeren Stützringes 6 oder 8 in Richtung des Pfeiles 10 ver größert sich aufgrund der entsprechenden Durchmesserzunahme auch die Drehzahl des Wälzkörpers 2. Bei einem schlupffreien Abrollen verändert sich folglich auch der Abstand z um den Betrag dz. Da ein Führungsring seine Zwangsdrehzahl von dem am schnellsten drehenden Wälzelement 2 erhält, rollen nur die Wälzelemente, welche sich momentan auf der y-Achse befinden, ohne Schlupf.

Fig. 4 zeigt vergrößert einen Längsschnitt im Bereich des in Fig. 3 oben dargestellten Wälzelementes 2 auf der y-Achse. Aufgrund der Durchmesservergrößerung um die Hälfte von dy ergibt sich eine Klemmwirkung zwischen dem Wälzelement 2 und dem Führungsring 4. Hierdurch werden einerseits der Freiheits grad in Umfangsrichtung beeinträchtigt und darüber hinaus zu sätzliche Reibverluste verursacht. Entsprechendes gilt auch für die im Bereich der x-Achse befindlichen Wälzelemente, jedoch gerade umgekehrt. Aus den dargelegten Wirkungszusammen hängen wird ersichtlich, daß bei Deformation der vorbekannten Lageranordnung die Grenzdrehzahl erheblich niedriger liegt, als die üblicherweise in Katalogen für solche Lageranordnungen angegebenen Werte. Entsprechende Aussagen gelten auch bei Anordnungen mit Zylinderrollen, bei welchen die Käfig- und Bordreibung den Reibbeiwert jeder einzelnen Zylinderrolle bei Deformation erheblich erhöht wird.

In Fig. 5 und 6 ist in einem axialen Schnitt und in einer Ansicht die erfindungsgemäße Anordnung dargestellt, welche als ein Wälzlager ausgebildet ist. Zwischen den beiden Stützringen 6 und 8 sind jeweils auf einem Bolzen 14 zwei Wälzelemente 2 drehbar angeordnet. Die Wälzelemente 2 sind jeweils Bestand teil eines inneren Wälzlagers 16 und sind dessen Lageranordnung. Die Lagerinnenringe 18 sind erfindungsgemäß schiebefest mit dem Bolzen 14 verbunden und insbesondere auf diesen aufge preßt. Zwischen den derart paarweise auf dem Bolzen 14 ange ordneten Wälzlagern 16 befindet sich der Führungsring 4, in dessen Bohrungen 36 erfindungsgemäß unter Vorspannung die Bolzen 14 gepreßt sind. Erfindungsgemäß besteht kein Reibkon takt zwischen dem Führungsring 4 und den Wälzelementen 2. Die Verbindung erfolgt im Rahmen dieser Erfindung über die Wälz lager 16 und die Bolzen 14. Die Wälzlager 16 sind mit den dickwandigen Außenringen bzw. Wälzelementen 2 und vergleichs weise dünnwandigen Innenringen 18 versehen und seitlich im Rahmen dieser Erfindung mit Dichtringen 20 abgedichtet. Mittels den als kleine Kugeln 22 ausgebildeten Wälzkörpern werden die Wälzelemente 2 axial und radial bezüglich der Dreh achse 12 gelagert. Der mit den Dichtringen 20 abgedichtete Innenraum ist zwecks Dauerschmierung mit Fett gefüllt. Im Rahmen dieser Erfindung gelangen standardisierte Wälzlager 16 mit seitlicher Abdichtung zum Einsatz, wodurch die Herstell kosten der erfindungsgemäßen Anordnung niedrig gehalten werden können. Eine auf die Stützringe 6, 8 wirksame Kraft F wird von den Wälzelementen 2 direkt übertragen, ohne daß die Wälzkörper 22 belastet werden. Die Wanddicke 24 der Wälzelemente 2 ist erfindungsgemäß derart vorgegeben, daß bei Belastung eine Ver formung geringer ist als das vorgegebene Lagerspiel der Wälz körper 22. Die inneren Wälzkörper 22 werden folglich nur mit geringen Kräften von dem federnd nachgiebigen Führungsring 4 beaufschlagt. Es sind die geringen Rückstellkräfte bei zusätz licher Deformation des Führungsringes sowie geringe Halte kräfte zur Distanzhaltung der einzelnen Bolzen bzw. Wälzele mente 2 aufzunehmen.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich, enthält der Führungsring 4 Aus buchtungen oder bogenförmige Bügel 26 und ringförmige Halte rungen 28, in deren Bohrungen 36 die Bolzen 14 unter Vorspan nung befestigt sind. Der Führungsring 4 besteht aus einem elastisch nachgiebigen und/oder federnden Werkstoff, genannt sei hier insbesondere Federstahl, der sowohl in Umfangsrich tung als auch in radialer Richtung der einzelnen Bolzen 14 samt darauf angeordneten Wälzelemente 2 ermöglicht. Die ein gangs erläuterten Verschiebungen dz und dy der Wälzelemente 2 bei einer Verformung des Stützringes 6 bzw. 8 können erfin dungsgemäß ohne nennenswerte Rückstellkräfte erfolgen, wobei der Abstand 30 des Bügels 26 sich entsprechend ändern kann. Die Wanddicke 32 des Bügels 26 ist entsprechend dünn vorgege ben. In Umfangsrichtung weisen die Wälzelemente 2 zueinander einen Abstand 34 auf, welcher erfindungsgemäß sehr klein ge halten werden kann, da der nachgiebige Führungsring 4 seitlich außerhalb des Lager- oder Wälzbereiches der Wälzelemente 2 angeordnet ist. Dies steht im Gegensatz zu üblichen Lageran ordnungen, deren Käfige auch in Umfangsrichtung zwischen den Wälzelementen Stege aufweisen. Bei gleichem Durchmesser können somit bei der erfindungsgemäßen Lageranordnung wesentlich mehr Wälzelemente angeordnet werden, wodurch die Tragzahl nicht unwesentlich erhöht werden kann. Ferner entfällt die oben anhand von Fig. 1 und 2 erläuterte Käfigreibung und folglich auch der Schlupf. Ferner wird bei Ovalisierung eine schlupf freie Drehzahländerung ermöglicht. Somit liegt bei der erfin dungsgemäßen Lageranordnung der Reibbeiwert µ bei 0,0005 bis 0,001, also ähnlich dem Wert einer einzelnen Rolle und somit auch erheblich niedriger als bei einem herkömmlichen Wälzlager mit Käfig. Da ferner erfindungemäß nicht die beiden großen Lager- bzw. Stützringe 6, 8 abgedichtet werden, sondern viel mehr nur die relativ kleinen inneren Wälzlager 16, und zwar mittels den oben genannten Dichtringen 20, ergeben sich auch wesentlich kleinere Dichtgeschwindigkeiten, wobei ferner eine wesentlich bessere Wärmeableitung aus der gesamten Lageranord nung erreicht wird, da die Stützringe 6, 8 und die Wälzelemen te 2 frei liegen. Die Grenzdrehzahl der Lageranordnung wird erfindungsgemäß durch die Grenzdrehzahl der kleinen inneren Wälzlager bestimmt. Die somit erreichbare Grenzdrehzahl der Lageranordnung erreicht den doppelten Wert eines vergleich baren Wälzlagers in Standardbauweise. Bei Deformationen bis in die Größenordnung um 5% wird erfindungsgemäß ein Schlupf sowie eine Reibung am Führungsring vermieden.

Fig. 7 und 8 zeigen eine einreihige Lageranordnung mit jeweils einem Wälzelement 2 pro Bolzen 4, wobei in Fig. 7 der Einfach heit halber nur zwei der Wälzelemente 2 dargestellt sind. Die Bolzen 14 sind wiederum in Bohrungen 36 von hier geschlossenen ringförmigen Halterungen 28 des Führungsringes 4 befestigt. Die Halterungen 28 sind jeweils über ringförmig ausgebildete Bügel 26 mit Durchbrechungen 27 miteinander verbunden. Der Führungsring besteht aus einem nachgiebigen Kunststoff oder auch aus Metall. Die Nachgiebigkeit wird durch Verformung bzw. Ovalisieren der ringförmigen Bügel 26 erreicht. Insbesondere bei der Metallausführung des Führungsringes 4 kann die Feder wirkung durch einen Schlitz 38 reduziert werden, so daß folg lich die Verbindung der Halterungen 28 über den gegenüber liegenden Halbbogen des Bügels 26 erfolgt. Wie aus Fig. 8 ersichtlich, weist das Wälzelement 2 in Richtung der Drehachse 12 zum Führungsring 4 einen Abstand auf, um einen Reibkontakt zu vermeiden. Auch bei dieser Ausführungsform befindet sich der Führungsring 4 außerhalb der Wälzbahn der Wälzelemente 2. Die Wälzelemente 2 sind ebenfalls mit hier nicht weiter darge stellten kleinen inneren Wälzlagern bezüglich der Bolzen 14 drehbar.

Der Führungsring 4 enthält radial nach innen gerichtete Teile 39, welche in einer Ringnut 41 des inneren Stützringes 6 ein greifen. Der Führungsring 4 und folglich auch die Wälzelemente 2 sind in der Ringnut 41 axial, also parallel zur Lagerachse 9, geführt. Die Bordreibung, welche überlicherweise bei Füh rung der Wälzelemente an Ansätzen der Stützringe eintritt, entfällt bei dieser wesentlichen Ausgestaltung. Da der Füh rungsring 4 mit geringerer Geschwindigkeit als die Wälzelemen te bezüglich des Stützringes 6 bewegt wird, sind die durch Reibung bedingten Verluste auch entsprechend gering. Wesent lich im Rahmen dieser Erfindung ist ferner die Anordnung der Teile 39 im Bereich der Lagerungen bzw. Halterungen 28 der Bolzen bzw. der Wälzelemente 2. Die Bewegbarkeit der Wälzele mente 2 zueinander wird durch die Führung des Führungsringes mittels den Teilen 39 in dem Stützring 6 praktisch nicht be einflußt. Es versteht sich, daß eine vergleichbare Ringnut zusätzlich oder alternativ im Rahmen dieser Erfindung auch im äußeren Stützring 8 vorgesehen werden kann. Bei dieser beson deren Ausgestaltung laufen die Wälzelemente 2 auf den zylin drischen Wälzflächen der Stützringe 6, 8, ohne mit ihren Seitenflächen an Bunden, Ansätzen oder ähnlichem derselben zu gleiten.

Bei den oben erläuterten Ausführungsformen sind die Wälzele mente 2 bezüglich der drehfest im Führungsring 4 befestigten Bolzen 4 drehbar. Alternativ können im Rahmen dieser Erfindung die Bolzen drehbar im Führungsring angeordnet sein und die Wälzelemente jeweils drehfest mit dem Bolzen in Verbindung stehen. Bolzen und Wälzelement können dann ggfs. auch ein stückig ausgebildet sein. Es kann ferner eine Gleitlagerung der Wälzelemente bzw. der Bolzen im Führungsring vorgesehen sein, wodurch ein Haltemoment bzw. Losbrechmoment vorgebbar ist; dies kann insbesondere in Hebezeug, Aufzügen oder ähn lichem vorteilhaft sein. Bolzen und Wälzelement können im Rahmen der Erfindung ferner einstückig sein, wobei dann die Bolzen mittels Gleitlager in den Bohrungen des Führungsringes gelagert sind.

Die Fig. 9 und 10 zeigen eine Ausführungform der Anordnung mit einem kettenförmig ausgebildeten Führungsring 4. Die Bolzen 14 sind jeweils in einem Glied 40 befestigt, das wenigstens an einem Ende ein Langloch 42 aufweist. Die einzelnen Glieder 40 sind jeweils mittels Nieten 44 miteinander verbunden, wobei das Langloch eine Verschiebung in Umfangsrichtung ermöglicht. Weist das Langloch 42 darüber hinaus in radialer Richtung eine größere Weite als der Nietdurchmesser auf, so wird eine Beweg barkeit in radialer Richtung ermöglicht. Ggfs. kann das Lang loch 42 auch durch eine Bohrung mit entsprechend großem Durch messer ersetzt werden, um erfindungsgemäß die Relativbewe gungen in Umfangsrichtung sowie in radialer Richtung zu ermög lichen. Der Bolzen 14 liegt mit einem Bund 46 zwecks Abstand vorgabe zum Führungsring 4 an diesem an, wobei außen durch Umschlagen oder Vernieten des Kopfes 48 die Befestigung er folgt.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 11 ermöglicht die Aufnahme von geringen Axialkräften in Richtung der zur Lagerachse paralle len Drehachse 12 des Wälzelements 2. Die Außenfläche 50 und ebenso die Laufbahnen der Stützringe 6, 8 sind ballig ausge bildet und mit einem Radius versehen. Um den eingangs anhand von Fig. 1 erläuterten Schlupf zu reduzieren, ist der Radius 52 gegenüber dem Radius einer Vollkugel vergrößert. Der Radius 52 ist bei dieser wesentlichen Ausführungsform gleich groß wie der Durchmesser des Wälzelementes 2. Wie in Verbindung mit Fig. 12 ersichtlich, wird zur Montage das Wälzelement 2 von der Seite her in Richtung des Pfeiles 54 zwischen die Stütz ringe 6 und 8 eingeführt und durch Schwenken in die Position gemäß Fig. 11 gebracht.

In den Fig. 13 bis 15 ist eine Ausführungsform der Anordnung als Axiallager schematisch dargestellt. Die Stützringe 6, 8 sind mit einer Axialkraft parallel zur Lagerachse 9 belastbar. Der bei dieser Ausführungsform steif ausgebildete Führungsring 4 weist in Umfangsrichtung eine Anzahl von paarweise nebenein ander angeordneten Wälzelementen 2 auf, welche wiederum auf Bolzen 14 drehbar angeordnet sind, ohne direkt mit dem Füh rungsring 4 in Kontakt zu kommen. Im Gegensatz zu üblichen Axiallagern mit Käfig, der keine enge Teilung der Wälzelemente ermöglicht, sind die Wälzelemente 2 von in Umfangsrichtung benachbarten Bolzen 14 vergleichsweise eng beieinander ange ordnet, wodurch eine günstige Tragzahl realisiert werden kann, obgleich aufgrund des Führungsringes nicht die gesamte zur Verfügung stehende Breite der Stützringe 6, 8 als Tragfläche genutzt werden kann. Durch die jeweils paarweise Anordnung der Führungsrollen 2 wird der Schlupf im Vergleich zu einem kon ventionellen Axiallager mit jeweils einem relativ breiten Wälzelement erheblich reduziert. Als besonders zweckmäßig hat sich ein Durchmesser-Breitenverhältnis in der Größenordnung des Wertes 2 oder darüber erwiesen. Das der Lagerachse 9 nächstliegende Wälzelement 2 kann mit geringerer Drehzahl drehen als das auf dem gleichen Bolzen 14 in einem größeren Abstand zur Lagerachse angeordnete andere Wälzelement, wodurch der Schlupf und Reibverluste klein gehalten werden können. Ferner kann auch eine Fliehkraftbeanspruchung des Führungs ringes nicht zu zusätzlichen Reibmomenten führen, wie es bei einem üblichen Axialrollenlager der Fall ist. Die Bolzen 14 weisen eine Ringschulter 55 auf, an welcher die Lagerinnen ringe 18 anliegen, um erfindungsgemäß den Abstand der Wälzele mente 2 zum Führungsring 4 zu sichern. Fliehkräfte der Wälz elemente werden über die Befestigung der Bolzen, und zwar insbesondere über Haftreibung, im Führungsring 2 aufgenommen. Infolge der fehlenden Reibung zwischen Führungsring 4 und den Wälzelementen 2 sowie des geringen Schlupfes werden hohe Grenzdrehzahlen möglich, und zwar bei einem wesentlich niedri geren Reibbeiwert µ in der Größenordnung von 0,0012 bis 0,0015.

Fig. 16 zeigt ein Axiallager, das einen idealen Ab rollwiderstand aufweist. Am Führungsring 4 sind über den Bol zen 14 und das innere Lager 16 die mit einer konischen Außen fläche versehenen Wälzelemente 2 befestigt. Mit einem Sicherungsring 56 wird der innere Lagerring 18 auf dem Bolzen 14 gesichert. Die Lagerflächen sind ebenfalls konisch ausge bildet. Die Kegelspitzen schneiden die Lagerachse 9, und er findungsgemäß laufen folglich die Wälzelemente 2 schlupffrei auf den Lagerflächen der Stützringe 6, 8; das Rollverhältnis Da:da ist konstant. Erfindungsgemäß wird der Durchmesser der Wälzelemente 2 zum Durchmesser der Stützringe 6, 8 in der Weise vorgegeben, daß der Öffnungswinkel 58 des genannten Kegels relativ klein ist und insbesondere zwischen 2° und 4° groß ist. Aufgrund des kleinen Öffnungswinkels 58 bleibt beim Einwirken einer Axialkraft Fy die vom Führungsring 4 aufzu nehmende Radialkraft Fx relativ gering. Bei der Ausführungs form gemäß Fig. 14 werden die Radialkräfte zusammen mit der Fliehkraft des Wälzelementes 2 durch die Wälzkörper des Wälz lagers 16 aufgenommen und über den eingespannten Bolzen 14 auf den Führungsring 4 übertragen.

Für größere Lagerabmessungen ist die in Fig. 17 dargestellte Ausführungsform des Axiallagers von Vorteil. Die Wälzelemente 2 sind auf dem Bolzen 14 radial bezüglich ihrer Drehachse 12 mittels eines Nadellagers 60 gelagert. Zur axialen Lagerung bezüglich der Drehachse 12, also zur Übertragung der Radial kräfte Fx bezogen auf die Lagerachse 9, dient ein weiteres Nadellager 62, das über eine Stützscheibe 64 bzw. den Sicherungsring 56 auf dem Bolzen 14 abgefangen ist.

Fig. 18 und 19 zeigen in einem axialen Schnitt und in einer Ansicht eine wesentliche Ausführungsform als Planetenreibge triebe bei einem Übersetzungsverhältnis i=1 : 2,26. Das Reibge triebe enthält siebzehn, jeweils paarweise über den Umfang verteilte Wälzelemente 2. Jeweils in der Mitte zwischen zwei auf den Bolzen 14 angeordneten Wälzelementen 2 ist der Füh rungsring 4 erfindungsgemäß berührungsfrei bezüglich der Wälz elemente 2 angeordnet. Die Bolzen 14 sind auf der einen Seite herausgeführt und in Bohrungen eines Kupplungsteiles 66 be festigt. Die Wälzelemente 2 sind zwischen den beiden dünnwan digen Stützringen 6, 8 vorgespannt, welche insbesondere aus einem gehärteten Federstahl bestehen. Der freie Zwischenraum zwischen den beiden Stützringen 6, 8 ist erfindungsgemäß kleiner als der Außendurchmesser der Wälzelemente 2. Die Stützringe 6, 8 sind erfindungsgemäß dünnwandig und elastisch verformbar.

Wie in Verbindung mit Fig. 20 ersichtlich, wird aufgrund der genannten Vorspannung eine geringfügige Umschlingung der Wälz elemente 2 von den Wälzflächen der dünnwandigen Stützringe 6, 8 bewirkt. Wie durch die strichpunktierten Linien angedeutet, wird aufgrund der Vorspannung der äußere Stützring 8 ge streckt, während der innere Stützring 6 nach außen ausbeult. Aufgrund der Umschlingung der Wälzelemente wird die Hertzsche Pressung verkleinert. Die Vorspannung erzeugt gleichmäßig auf die einzelnen Wälzelemente verteilte Radialkräfte. Das maximal übertragbare Drehmoment wird durch den im Rahmen dieser Erfin dung einstellbaren Grad der Vorspannung vorgegeben. Zur Erzeu gung der Vorspannung ist der Stützring 6 auf einem Ring 68 bzw. einer Schicht aus einem federelastischen Werkstoff, einem Elastomer, insbesondere Gummi oder einem entsprechenden Kunst stoff, angeordnet. Entsprechend ist der äußere Stützring 8 über einen Ring oder eine Schicht 70 in einem Gehäuse 72 ange ordnet. Erfindungsgemäß wird die Schichtdicke derart vorgege ben, daß gleichzeitig auch eine Drehmomentdämpfung oder eine Schwingungsdämpfung erfolgt und ggfs. auch ein Versatz zwischen dem Kupplungsteil 66 und der Getriebewelle 74 ausge glichen werden kann. Bei dieser erfindungswesentlichen Aus führungsform kann auf eine elastische Antriebskupplung ver zichtet werden.

Das erfindungsgemäße Getriebe kann bei einem Abrolldurchmesser von 120 mm ein maximales Drehmoment von 400 Nm bei einem Wir kungsgrad von 98% übertragen. Im Vergleich hierzu sei festge halten, daß ein verzahntes Planetengetriebe aufgrund der Ver zahnungsgeometrie und den kleinstmöglichen Durchmessern der Planetenräder ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 2,5 kaum unter schritten werden kann; üblicherweise sind bei einem Planeten getriebe drei Planetenräder über den Umfang verteilt, wodurch dem übertragbaren Drehmoment Grenzen gesetzt sind. Mit dem Reibgetriebe können Übersetzungsverhältnisse i bis ca. 1 : 2,1 bis ca. 1 : 3,5 realisiert werden. Erfindungsgemäß können die Wälzelemente relativ kleine Durchmesser aufweisen und kleinere Übersetzungsverhältnisse funktionssicher realisiert werden. Erfindungsgemäß ist die Vorspannung und somit die übertragbare Kraft einstellbar.

Fig. 21 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Getriebes mit überproportional dargestellter Deformation dy eines dünn wandigen inneren Stützringes 6 mittels zwei Antriebsnocken oder Haltekörpern 76, 78. Die Haltekörper 76, 78 sind segment artig ausgebildet, wobei mittels Bolzen 80 der gegenseitige Abstand und folglich auch die Verformung dy vorgegeben wird. Der relativ dickwandige äußere Stützring 8 ist wiederum über eine Schicht 70 oder einen Gummiring oder dergleichen in dem Gehäuse 72 abgestützt bzw. in dieses vulkanisiert. Durch ent sprechende Vorgabe der Wandstärke, und zwar insbesondere des Stützringes 8, zum Durchmesser läßt sich erfindungsgemäß pro portional zur Deformation die radiale Kraftbeaufschlagung genau vorausberechnen. Das gewünschte Drehmoment ist durch Auseinanderdrücken der beiden Antriebsnocken bzw. Haltekörper 76, 78 mittels der Schraubbolzen 80 genau einstellbar. Die Schichtstärke der Schicht 70 zwischen dem Gehäuse 72 und dem äußeren Stützring 8 liegt im Rahmen dieser Erfindung in der Größenordnung von dem 10fachen Wert der Hälfte der maximalen Deformation dy. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch die Einstellbarkeit des Drehmoments und das selbständige Nachstel len bei Verschleiß aus. Erfindungsgemäß sind die Wälzelemente 2 in der oben dargelegten Weise mittels eines hier nicht dar gestellten Führungsringes geführt.

Fig. 22 zeigt eine Ausführungsform des Getriebes, dessen Haltekörper 76, 78 mittels eines konischen Ziehkeiles 82 ge geneinander verstellbar sind. Bei dieser wesentlichen Aus führungsform kann entsprechend der Verstellung des Ziehkeiles 82 während des Betriebes das Drehmoment verstellt werden. Zwischen dem Ziehkeil 82 und den Haltekörpern bzw. Antriebs nocken 76, 78 sind zur Reduzierung der Reibung Nadellagerkä fige 84 angeordnet. Diese Ausführungsform gelangt vorteilhaft zum Einsatz, wenn beim Anfahren große Massen beschleunigt werden müssen. Durch Verschieben des Ziehkeiles 82 derart, daß die Deformation dy gegen Null geht, geht auch die Radialbeauf schlagung der Wälzelemente 2 gegen Null. Eine vorgeschaltete Antriebsmaschine läuft folglich im Leerlauf an und durch Ver schieben des Ziehkeiles 82 wird die zu beschleunigende Masse, beispielsweise einer Pumpe, mit entsprechender Drehmomentüber tragung auf den Sollwert beschleunigt.

Fig. 23 zeigt eine Ausführungsform des Getriebes mit einem fest in dem Gehäuse 72 angeordneten äußeren Stützring 8. Der innere Stützring 6 ist auf einer Ringspannfeder 86 angeordnet, die in bekannter Weise auf zwei Kegelringen 88 angeordnet ist. Durch Festziehen der Spannmutter 90 kann bei dieser erfin dungswesentlichen Ausführungsform der innere Stützring 6 auf geweitet werden, um die oben erläuterte Verspannung über die Wälzelemente 2 in der gewünschten Weise vorzunehmen. Das über tragbare Drehmoment zwischen den Wellen 92, 94 wird entspre chend der Vorspannung bzw. entsprechend der Einstellung der Spannmutter 90 vorgegeben. Das Nachstellen des Drehmomentes bei Verschleiß kann in einfacher Weise durch Anziehen der Spannmutter 90 erfolgen. Die beiden Wellen 92, 94 sind mittels eines Lagers 96 gegeneinander abgestützt und ausgerichtet, wobei das Drehmoment über die verlängerten Bolzen 14 auf die Welle 92 übertragbar ist.

Schließlich zeigt Fig. 24 eine Ausführungsform, bei welcher der Führungsring 4 bzw. die Bolzen 14 mit dem Kupplungsteil 66 verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform wird nicht das Gehäuse, sondern das Kupplungsteil 66 festgehalten, um ein Drehmoment von der einen Welle 92 auf die andere Welle 94 zu übertragen. Die Einstellung des Drehmoments erfolgt entspre chend dem vorherigen Beispiel wieder über die Spannmutter 90 und die Ringspannfeder 86. Das Gehäuse 72 ist mit der hier in der Zeichnung rechts dargestellten Welle 94 über eine nach giebige Kupplung 98, welche zweckmäßig als eine Gleitkeilkupp lung bzw. Zahnbandkupplung nach dem Gleitkeilprinzip ausgebil det ist, verbunden, so daß ein Versatz der Wellen 92, 94 problemlos aufgenommen werden kann.

Fig. 25 zeigt schematisch ähnlich Fig. 5 die wesentliche Aus gestaltung mit einer Ringnut 41 im inneren Stützring 6. Der Führungsring 4 greift mit dem Teil 39 in diese Ringnut 41 und übernimmt die axiale Führung der Wälzelemente 2. Die Wälzele mente 2 und der Bolzen 14 sind jeweils zueinander sowie bezüg lich des Führungsringes 4 in Richtung der Drehachse 12 gegen Verschiebung gesichert und befestigt. Diese axiale Befestigung erfolgt insbesondere durch Preßsitz, doch können im Rahmen dieser Erfindung auch vergleichbare Maßnahmen, wie Sicherungs ringe, Ansätze, Bunde oder ähnliches zur gegenseitigen axialen Festlegung der Wälzelemente 2, des Führungsringes 4 sowie der Bolzen 14 vorgesehen werden.

Bezugszeichenliste: 2 Wälzelement
4 Führungsring
6, 8 Stützring
9 Lagerachse
10 Pfeil
12 Drehachse
14 Bolzen
16 inneres Wälzlager
18 Lagerring
20 Dichtring
22 Wälzkörper
24 Wanddicke von 2
26 bogenförmiger Bügel
27 Durchbrechungen
28 ringartige Halterung
30 Abstand
32 Wanddicke von 26
34 Abstand von 2
36 Bohrung von 4
38 Schlitz
39 Teil von 4
40 Glied
41 Ringnut
42 Langloch
44 Niet
46 Bund
48 Kopf
50 Außenfläche
52 Radius
54 Pfeil
55 Ringschulter
56 Sicherungsring
58 Öffnungsring
60, 62 Nadellager
64 Stützscheibe
66 Kupplungsteil
68, 70 Schicht, Elastomer
72 Gehäuse
74 Getriebewelle
76, 78 Haltekörper
80 Schraubbolzen
82 Ziehkeil
84 Nadellagerkäfig
86 Ringspannfeder
88 Kegelring
90 Spannmutter
92, 94 Welle
96 Lager
98 Kupplung

Claims

1. Anordnung mit Wälzelementen, die mittels eines Führungsrin ges geführt und zwischen zwei Stützringen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzelemente (2) jeweils auf und/oder mit einem Bolzen (14) drehbar gelagert sind, daß der Führungsring derart (4) nachgiebig ausgebildet ist und/oder die Bolzen (14) mit dem Führungsring (4) derart ver bunden sind, daß die Führungselemente (2) relativ zueinander Bewegungen ausführen können.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzelemente (2) jeweils mittels eines inneren Wälzlagers (16), insbesondere eines Kugel- oder Nagellagers, auf dem zugeordneten Bolzen (14) drehbar gelagert sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzelemente (2) eine Wanddicke (24) derart aufweisen, daß eine bei Belastung eintretende Verformung kleiner ist als das Lagerspiel des inneren Wälzlagers (16).

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Wälzelemente (2) unter Vermeidung eines Reibkontaktes über die Bolzen (14) mit dem Führungsring (4) drehbar verbunden sind und/oder daß die Wälzelemente (2) gegen Bewegungen längs deren Drehachse (12) gesichert sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Führungsring (4) seitlich der Wälzele mente (2) außerhalb deren Wälz- oder Lagerbereich angeordnet ist und/oder daß die Führungselemente (2) in Umfangsrichtung einen Abstand (34) aufweisen, der wesentlich kleiner ist als der Durchmesser der Wälzelemente (2) und/oder der Bolzen (4).

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Bolzen (14) in Bohrungen (36) des Führungs ringes (4) befestigt und insbesondere eingepreßt sind und/oder daß die Bolzen (14) drehfest, insbesondere unter Vorspannung, in den Bohrungen (36) und/oder Halterungen (28) des Führungs ringes (4) befestigt sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Führungsring (4) aus einem elastisch nach giebigen Werkstoff besteht.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Außenfläche (50) des Wälzelements (2) ballig ausgebildet ist, wobei der Krümmungsradius (52) bevorzugt gleichgroß ist wie der Außendurchmesser des Wälzelementes (2).

9. Anordnung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung als Axiallager die Außenflächen jedes Wälzelementes (2) konisch ausgebildet sind, wobei die Kegelspitze bevorzugt auf der Lagerachse (9) liegt, oder daß die Wälzelemente (2) jeweils paarweise auf einem der Bolzen (14) angeordnet sind, und/oder daß die Breite der Wälz elemente (2) höchstens um den Faktor 0,5 größer ist als der Außendurchmesser.

10. Anordnung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung als Getriebe die Wälzelemente (2) zwischen den beiden Stützringen, insbesondere elastisch, eingespannt sind und/oder daß wenigstens einer der Stützringe (6, 8) deformierbar ist, wobei der Führungsring (4) oder einer der beiden Stützringe (6, 8) stationär festhaltbar ist und die Differenzdrehzahl zwischen den beiden Stützringen (6, 8) oder dem Führungsring (4) sowie dem nicht festgehalte nen Stützring abgreifbar ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Stützringe (6, 8) mittels einer ringför migen, federnden Schicht und/oder einem Elastomer, insbeson dere in einem Gehäuse (72) oder auf einer Getriebewelle (74) befestigt ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die Wälzelemente (2) und/oder der Führungs ring (4) und/oder die Bolzen (14) in axialer Richtung gegen einander gesichert sind.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß der Führungsring (4) in einer Ringnut (41) wenigstens einer der Stützringe (6, 8) axial geführt ist.