DE3911914A1 - Waelzlageranordnung - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine Wälzlageranordnung der genannten Art ist bekannt, bei
der das Gehäuse mit einem durchgehenden Längsschlitz versehen
ist, so daß das in der Gehäusebohrung sitzende Wälzlager
durch Verspannen des Gehäuses mit einem Schraubenbolzen
spielfrei oder mit Vorspannung eingestellt werden kann
(DE-PS 22 51 648). Beim Einstellen des Wälzlagers mit
Spiel trägt im wesentlichen nur der in der Mitte der relativ
schmalen Umfangszone befindliche Wälzkörper die radiale
Belastung. Bei hoher Radialbelastung der bekannten
Wälzlageranordnung kann deshalb das Wälzlager infolge
Überlastung einzelner Wälzkörper bzw. einzelner in axialer
Richtung verlaufender Reihen von Wälzkörpern
(Linearwälzlager) vorzeitig ausfallen.
Herkömmlicherweise werden deshalb bei dieser bekannten
Wälzlageranordnung die am Umfang eingebauten Wälzkörper
bzw. Wälzkörperreihen mit einer geringen radialen Vorspannung
eingestellt. Die Einstellung erfolgt durch mehr oder weniger
weites Einschrauben der Schraubenbolzen, die den Längsschlitz
überbrücken, in das Gehäuse und entsprechendes Zusammendrücken
der Gehäusebohrung. Bei der entsprechenden Einstellung der
Vorspannung in der bekannten Wälzlageranordnung kann es aber
leicht zu einer schädlichen radialen Verspannung der Wälzkörper
oder einer Schiefstellung der Wälzkörper in der Gehäusebohrung
kommen.
Der in Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegt demgegenüber
die Aufgabe zugrunde, eine Wälzlageranordnung der genannten Art
zu schaffen, bei der einzelne Wälzkörper oder Wälzkörperreihen
am Umfang der Gehäusebohrung auch dann nicht überlastet werden,
wenn die Anordnung eine relativ hohe Radialbelastung erhält.
Mit der Anordnung nach der Erfindung wird erreicht, daß sich
die Lastzone am Umfang der Gehäusebohrung selbsttätig
verbreitert, wenn die Radialbelastung wächst. Mit wachsender
Radialbelastung wird nämlich der biegeelastische Tragring von
den lastübertragenden Wälzkörpern bzw. Wälzkörperreihen oval
verformt. Dabei gleitet mindestens einer seiner Tragabschnitte
auf der zugehörigen Stützfläche im Gehäuse und verlagert sich
radial nach innen. Es entsteht eine biegeleastische Ovalverformung
des Tragringes. Wegen dieser Ovalverformung nehmen die in der
Nähe der Tragabschnittes des Tragringes rollenden Wälzkörper mit
wachsender Belastung einen größeren Teil der Belastung der
Wälzlageranordnung auf. Es wird somit eine schädliche Überlastung
einzelner Wälzkörper oder Wälzkörperreihen in der Mitte der
belasteten Zone verhindert, wenn relativ hohe Belastungen auf
die Wälzlageranordnung kommen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Mit der Weiterbildung nach Anspruch 2 besitzt der Tragring
zwei im Gehäuse abgestützte Vorsprünge, so daß dieser entlang
eines Großteils seines Umfanges verhältnismäßig dünnwandig und
biegeelastisch ausgebildet werden kann.
Die Weiterbildung nach Anspruch 3 bewirkt, daß an beiden
Tragabschnitten des Tragringes Stützkräfte wirken, die
gegenseitig zueinander schräg radial nach innen gerichtet
sind. Diese Stützkräfte helfen somit, den Tragring bei hoher
Radialbelastung quer zur Richtung dieser Radialbelastung oval
zu drücken.
Die Weiterbildung nach Anspruch 4 hat zur Folge, daß sich der
Tragabschnitt des Tragringes oder die Stützfläche der
Gehäusebohrung auf einer konkav oder konvex gewölbten Fläche
einstellen kann, so daß eine schiefstellungsmäßige Verkantung
des Tragabschnittes auf seiner Stützfläche ausgeschlossen ist.
Mit der Weiterbildung nach Anspruch 5 sind die Stützflächen
der Tragabschnitte, z. B. durch Fräsen oder Stoßen einer Längsnut
in die Gehäusebohrung, wirtschaftlich einarbeitbar.
Die zusätzliche Weiterbildung nach Anspruch 6 bewirkt, daß
der Tragring in verschiedenen Drehstellungen in die
Gehäusebohrung eingesetzt werden kann. Auf diese Weise
läßt sich die Drehstellung des Tragringes der vorliegenden
Richtung der Radialbelastung der Wälzlageranordnung anpassen, so
daß eine diametrale Verbindungslinie der beiden Tragabschnitte
des Tragringes quer zur Richtung der Radialbelastung eines
bestimmten Anwendungsfalles verläuft.
Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung wird in der nachfolgenden
Beschreibung dreier Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung
dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Wälzlageranordnung mit
einem Linearkugellager,
Fig. 2 einen Längsschnitt entlang A-A in Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt durch den Tragring der in Fig. 1
dargestellten Wälzlageranordnung im ausgebauten,
unbelasteten Zustand,
Fig. 4 den in Fig. 3 gezeigten Querschnitt, jedoch im
belasteten Zustand des Tragringes,
Fig. 5 einen Querschnitt durch eine abgeänderte
Wälzlageranordnung,
Fig. 6 einen Querschnitt durch den Tragring der in Fig. 5
dargestellten Wälzlageranordnung mit Wälzkörpern
im belasteten Zustand,
Fig. 7 einen teilweisen Querschnitt durch eine weitere
abgeänderte Wälzlageranordnung und
Fig. 8 einen Querschnitt durch den Tragring der in Fig. 7
dargestellten Wälzlageranordnung im belasteten
Zustand.
Mit 1 ist in den Fig. 1 und 2 ein einteiliges Gehäuse
bezeichnet. Das Gehäuse 1 hat eine Gehäusebohrung 2 sowie
Gehäusefüße 3, die sich auf einer horizontal verlaufenden
Stützebene eines Fundamentes (nicht gezeigt) abstützen.
Mittels Schraubenbolzen (nicht gezeigt), die durch ein
Loch 4 im Gehäusefuß 3 hindurchgreifen, ist jeder Gehäusefuß 3
auf dem Fundament befestigt.
Die Gehäusebohrung 2 trägt einen Tragring 5 aus Federstahl,
der eine zylindrische Innenfläche 6 hat. In dieser
Innenfläche 6 sitzt ein an sich bekanntes Linearkugellager
mit mehreren, am Umfang verteilt angeordneten Reihen von
kugeligen Wälzkörpern 7. Jede Reihe von lastübertragenden
Wälzkörpern 7 ist über eine geringfügig radial nach innen
stellbare Laufschiene 8 auf der Innenfläche 6 des Tragringes 5
abgestützt.
Die lastübertragenden Wälzkörper 7 jeder Reihe rollen zwischen
ihrer Laufbahnschiene 8 und einer zylindrischen Mantelfläche 9
einer durch den Tragring 5 hindurchgesteckten Welle 10. Jede
Reihe trägt dabei einen bestimmten Anteil f einer nach unten
gerichteten Belastung F der Welle 10. Die Anteile f wirken
über jeweils eine Laufbahnschiene 8 in radialer Richtung auf den
Tragring 5 und von diesem auf das Gehäuse 1 (Fig. 1 und 4).
Der Tragring 5 hat eine zur Innenfläche 6 konzentrische
zylindrische Außenfläche 11. Auf dieser Außenfläche 11
sind zwei einander diametral gegenüberstehende Vorsprünge 12
angeformt.
Im vorliegenden Fall verlaufen die Vorsprünge 12 in
Längsrichtung rippenförmig und haben einen konstanten
rechteckigen Querschnitt. Jeder Vorsprung 12 hat einen nach
unten weisenden Tragabschnitt 13. Auf diese Weise sind zwei
quer zur Richtung der Radialbelastung F diametral einander
gegenstehend angeordnete Tragabschnitte 13 auf der Außenfläche
11 des Tragringes 5 angeordnet.
Der Tragabschnitt 13 jedes Vorsprunges 12 stützt sich in
vertikaler Richtung, also in Richtung der Radialbelastung F,
auf einer Stützfläche 14 in der Gehäusebohrung 2 ab.
Sowohl der Tragabschnitt 13 der beiden Vorsprünge 12 als auch
die zugehörigen Stützflächen 14 sind horizontal verlaufend und
eben ausgebildet.
Jede Stützfläche 14 ist durch eine nach oben weisende
Seitenfläche einer in die Gehäusebohrung 2 eingearbeiteten,
in Längsrichtung durchgehend verlaufenden Nut 15 gebildet.
Diese Nut 15 hat einen rechteckigen Querschnitt. Der in die
Nut 15 eingereifende Vorsprung 12 hat in horizontaler Richtung,
also quer zur Richtung der Radialbelastung F, ein geringes
Verschiebespiel 16. Auf diese Weise können sich beide
Tragabschnitte 13 des Tragringes 5 auf ihrer Stützfläche 14
etwas gleitend verschieben. Die Tragabschnitte 13 und die
zugehörigen Stützflächen 14 der Gehäusebohrung 2 sind mit
einem Molybdändisulfid als Festschmierstoff beschichtet, so
daß die Gleitreibung zwischen Tragabschnitt 13 und zugehöriger
Stützfläche 14 relativ klein ist.
Der Tragring 5 hat auf seiner gesamten Länge einen konstanten
Querschnitt, der sowohl zu einer in Richtung der
Radialbelastung F durch die Mitte der Welle 10 gehenden
Längsebene als auch zu einer rechtwinkelig dazu durch die Mitte
gehenden Längsebene seitensymmetrisch ausgebildet ist (Fig. 3).
Im vorliegenden Fall hat die Gehäusebohrung 2 an mehreren,
gleichmäßig am Umfang verteilten Stellen jeweils zwei
einander diametral gegenüberstehende Nuten 15. Bei einer
geänderten (nicht vertikalen) Richtung der Radialbelastung
(nicht gezeigt) kann der Tragring 5 mit seinen Vorsprüngen 12
in einer bestimmten Drehstellung in zwei andere Nuten 15 axial
eingesetzt werden, so daß eine diametrale Verbindungslinie
zwischen den beiden Vorsprüngen 12 des Tragrings 5 ungefähr
rechtwinkelig zur Richtung der Radialbelastung F verläuft.
Im unbelasteten Zustand hat der Tragring 5 in der Gehäusebohrung 2
auf seiner Außenfläche 11 und seiner Innenfläche 6 eine rein
zylindrische Form (siehe Fig. 3 und strichpunktierte Darstellung
in Fig. 4).
Bei radialer Belastung der Wälzlageranordnung mit der Kraft F
stützen sich die beiden Tragabschnitte 13 des Tragringes 5
jeweils mit der halben Kraft (F/2) auf ihrer Stützfläche 14
in der Gehäusebohrung 2 ab. Gleichzeitig bildet sich im
unteren Teil der Umfangs des Tragringes 5 eine Lastzone aus,
so daß einzelne Reihen von Wälzkörpern 7 mit f radial belastet
werden. Dabei verformt sich der Tragring 5 etwas oval
(ellipsenförmig). Die beiden kleinen Hauptkrümmungsradien
liegen dabei in Richtung der Radialbelastung F und die beiden
großen Hauptkrümmungsradien quer dazu am Umfang des Tragringes 5.
Bei dieser Ovalverformung gleitet mindestens einer der beiden
Tragabschnitte 13 auf seiner Stützfläche 14 in horizontaler
Richtung nach innen (Fig. 4).
Der Tragring 5 hat an seinem Umfang ein im wesentlichen konstantes
Biegewiderstandsmoment. Die Größe des Biegewiderstandsmomentes ist
im vorliegenden Fall derart ausgelegt, daß die Laufbahnschienen 8
der drei untersten Reihen von Wälzkörpern 7 bei der gegebenen
Größe der Radialbelastung F mit ein und derselben Einzelkraft f
radial belastet werden.
In Fig. 5 und 6 ist eine abgeänderte Wälzlageranordnung dargestellt.
Diese besitzt ebenfalls ein Gehäuse 1 mit einer Gehäusebohrung 2.
In der Gehäusebohrung 2 ist auch ein Tragring 5 angeordnet, der
auf seiner zylindrischen Innenfläche 6 die Laufbahnschienen eines
Linearkugellagers (nicht gezeigt) abstützt. Im vorliegenden Fall
sind die beiden Vorsprünge 17 des Tragringes 5 als Halbkugel
zwischen zwei stirnseitigen Enden des Tragringes 5 angeordnet.
Der Tragabschnitt 18 jedes Vorsprunges 17 ist kugelig gewölbt
ausgebildet. Die Vorsprünge 18 greifen übrigens in jeweils eine
durchgehende Nut 19 in der Gehäusebohrung 2 ein. Der Querschnitt
der Nut 19 ist konkav gewölbt ausgebildet.
Jeder Tragabschnitt 18 des Tragringes 5 ist auf einer konvex
gewölbten Stützfläche 20 abgestützt, welche eine Seitenfläche
der längsverlaufenden Nut 19 darstellt und nach innen zu schräg
in Richtung der vertikalen Radialbelastung F verläuft (Fig. 5).
Im übrigen ist jeder Tragabschnitt 18 mit seiner Stützfläche 20
auf der Seitenfläche der Nut 19 gleitend verschieblich angeordnet.
Bei kleinen Schiefstellungen der Welle 10 im Betrieb kann der
Tragring mit seinen beiden kugeligen Vorsprüngen 17 auf der
Stirnfläche der Nut 19 etwas pendeln, so daß die auf seiner
Innenfläche 6 abgestützten Reihen von Wälzkörpern 7 in
Längsrichtung gleichmäßig belastet werden.
Bei Belastung der Welle 10 durch die Radialbelastung F stützen
sich die beiden Tragabschnitte 18 auf ihrer Stützfläche 20 mit
jeweils einer Stützkraft R ab, welche nach innen zu schräg
in Richtung der Radialbelastung F verläuft. Die horizontale
Komponente der Stützkraft R und die Einzelkräfte f auf den
Laufbahnschienen des Linearkugellagers bewirken, daß die beiden
Vorsprünge 17 gegenseitig zueinander hingedrückt werden. Dabei
wird der biegeelastisch dünnwandige Tragring 5 oval verformt. In
der unteren Hälfte der Innenfläche 6 des Tragringes 5 bildet
sich dementsprechend eine vergrößerte Lastzone 21 für die
Wälzkörper 7 aus.
Dabei hat der Tragring 5 entlang seiner Breite Querschnitte,
die sowohl zu einer in Richtung der Radialbelastung F als auch
zu einer rechtwinkelig dazu durch die Mitte der Welle 10
verlaufenden Längsebene seitensymmetrisch ausgebildet sind.
In Fig. 7 und 8 ist eine weitere abgeänderte Wälzlageranordnung
dargestellt, bei der zylindrische Wälzkörper 22 direkt auf der
zylindrischen Innenfläche 6 des Tragringes 5 in Umfangsrichtung
laufen. Die Länge der Wälzkörper 22 ist etwa so groß wie die
Breite des Tragringes 5. Eine radiale Belastung F wird von der
rotierenden Welle 10 über die Wälzkörper 22 und den Tragring 5
auf die Gehäusebohrung 2 eines zweiteiligen Gehäuses 1 übertragen.
Im vorliegenden Fall hat der Tragring eine Wandstärke, die sich
am Umfang ändert, so daß sein Biegewiderstandsmoment entlang dem
Umfang veränderlich ist. Die Wandstärke des Drahtringes 5
verkleinert sich nämlich ausgehend vom Bereich seiner
Tragabschnitte 23 zur Mitte der Lastzone 21 hin zu einem
Kleinstwert 24.
Die Tragabschnitte 23 sind jeweils an einem radialen Vorsprung 25
auf der Außenfläche 11 des Tragringes angeformt und diametral
einander gegenüberstehend angeordnet. Sie sind ebenflächig
ausgebildet und verlaufen nach innen zu schräg entgegen der
Richtung der Radialbelastung F.
Dabei hat der Tragring 5 einen konstanten Querschnitt, der
sowohl zu einer in Richtung der Radialbelastung F als auch
zu einer rechtwinkelig dazu durch die Mitte der Welle 10
verlaufenden Längsebene seitensymmetrisch ausgebildet ist.
Die Stützflächen 26 für die Tragabschnitte 23 sind im vorliegenden
Fall durch eine Kantenkürzung an einer unteren Gehäusehälfte 27
aus Gußstahl gebildet, und zwar am Übergang der Gehäusebohrung 2
der unteren Gehäusehälfte 27 zu ihrer horizontal verlaufenden
Trennfuge 28. Jede Stützfläche 26 ist eben ausgebildet und
verläuft nach innen zu schräg in Richtung der Radialbelastung F.
Auf jeder Stützfläche 26 wirkt eine senkrecht zu dieser
verlaufende Stützkraft R. Jede Stützkraft R hat eine horizontale
Kraftkomponente, die den Tragring 5 oval verformt. Die
Wirkungslinien der beiden Stützkräfte R bilden übrigens mit der
Wirkungslinie der Radialbelastung F einen Winkel (Fig. 8). Im
vorliegenden Fall ist die Ovalverformung des Tragringes 5 so
klein, daß diese in der Größenordnung der elastohydrodynamischen
radialen Annäherung der Wälzkörper 22 auf der Innenfläche 6 des
Tragringes 5 liegt.
Eine obere Gehäusehälfte 29, welche aus elastischem Kunststoff
besteht, ist durch Schrauben (nicht gezeigt) auf der unteren
Gehäusehälfte 27 derart befestigt, daß die obere Gehäusehälfte 29
auf die Vorsprünge 25 eine Vorspannungskraft ausübt, welche
bewirkt, daß beide Vorsprünge 25 mit ihrem Tragabschnitt 23
gegen die zugehörige Stützfläche 26 der unteren Gehäusehälfte 27
gedrückt werden.
Im Rahmen der Erfindung können die vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele konstruktiv abgeändert werden. Deshalb
brauchen die beiden diametral einander gegenüberstehend
angeordneten Tragabschnitte des Tragringes auf ihren Stützflächen
beim Aufbringen der Radialbelastung nicht beide zu gleiten.
Vielmehr kann auch lediglich einer der beiden Tragabschnitte
unverrückbar auf seiner Stützfläche in der Gehäusebohrung
angeordnet sein, während der zugehörige andere quer zur
Radialbelastung auf seiner Stützfläche in der Gehäusebohrung
gleitend verschieblich ist.
Anstelle eines Gehäuses mit Gehäusefüßen kann auch ein mit
einem Flansch oder dgl. an einem Maschinengestell befestigtes
Rahmengehäuse vorgesehen sein, welches mit einer die Stützflächen
für die beiden Tragabschnitte des Tragringes aufweisenden
Gehäusebohrung versehen ist.
Die beiden Tragabschnitte des Tragringes können auch durch eine
Seitenfläche von jeweils einer in die Außenfläche des Tragringes
eingearbeiteten Vertiefung gebildet sein. In diesem Fall greift
dann in jede der beiden Vertiefungen des Tragringes ein radialer
Vorsprung der Gehäusebohrung ein, der eine Stützfläche für die
Seitenfläche der zugehörigen Vertiefung besitzt.
Claims (9)
1. Wälzlageranordnung, beinhaltend ein Gehäuse mit einer
Gehäusebohrung, einen von der Gehäusebohrung getragenen
Tragring mit einer zylindrischen Innenfläche und zwischen
einer Welle und der Innenfläche am Umfang angeordneten,
eine radiale Belastung von der Welle über den Tragring
auf das Gehäuse übertragenden Wälzkörpern, dadurch
gekennzeichnet, daß der Tragring (5) biegeelastisch
dünnwandig ausgebildet ist und eine Außenfläche (11)
mit zwei quer zur Richtung der Radialbelastung (F)
diametral einander gegenüberstehend angeordneten
Tragabschnitten (13, 18, 23) aufweist, wobei die
Tragabschnitte (13, 18, 23) auf einer Stützfläche (14, 20)
der Gehäusebohrung (2) in Richtung der Radialbelastung (F)
abgestützt sind und mindestens einer der beiden
Tragabschnitte (13, 18, 23) quer zu dieser Richtung auf
seiner Stützfläche (14, 20, 26) gleitend verschieblich
angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der bzw. die gleitend angeordneten Tragabschnitte (13, 18, 23)
an einem radialen Vorsprung (12, 17, 25) der Außenfläche (11)
des Tragringes (5) angeformt ist (sind).
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der bzw. die gleitend verschieblich angeordneten
Tragabschnitte (18, 23) der Außenfläche (11) des Tragringes (5)
und/oder die zugehörigen Stützflächen (20, 26) der
Gehäusebohrung (2) nach innen zu schräg in Richtung der
Radialbelastung (F) verlaufen.
4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest ein gleitend verschieblich angeordneter
Tragabschnitt (18) der Außenfläche (11) des Tragringes (5)
und/oder die zugehörige Stützfläche (20) der
Gehäusebohrung (2) kugelig gewölbt ausgebildet ist (sind).
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stützfläche (14, 20) der
Gehäusebohrung (2) durch eine Seitenfläche einer in die
Gehäusebohrung (2) eingearbeiteten, in Längsrichtung
verlaufenden Nut (15, 19) gebildet ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
jeweils zwei einander diametral gegenüberstehende Nuten (15, 19)
an mehreren Stellen des Umfangs der Gehäusebohrung (2)
angeordnet sind.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Tragring (5) eine Wandstärke
aufweist, die sich am Umfang ausgehend vom Bereich seiner
Tragabschnitte (23) zur Mitte einer Lastzone (21) hin zu
einem Kleinstwert (24) kontinuierlich verkleinert.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Tragring (5) auf seiner gesamten
Breite Querschnitte aufweist, die sowohl zu einer in
Richtung der Radialbelastung (F) als auch zu einer
rechtwinkelig dazu durch die Mitte der Welle (10)
verlaufenden Längsebene seitensymmetrisch ausgebildet
sind.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der bzw. die gleitend verschieblich
angeordneten Tragabschnitte (13, 18, 23) der Außenfläche (11) des
Tragringes (5) und/oder die zugehörigen Stützflächen (14, 20, 26)
der Gehäusebohrung (2) mit einem Festschmierstoff
beschichtet ist (sind).
Priority Applications (1)
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DE3911914A DE3911914C2 (de) | 1989-04-12 | 1989-04-12 | Wälzlageranordnung |
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DE3911914A DE3911914C2 (de) | 1989-04-12 | 1989-04-12 | Wälzlageranordnung |
Publications (2)
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