DE4134584A1 - Hochgeschwindigkeits-kugellager - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugellager nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Kugellager sind vielfach aus der Praxis bekannt. Diese Kugellager weisen üblicherweise Kä­ fige für die Lagerkugeln bzw. Kugelkörper auf, welche die Kugelkörper teilweise umgreifen und auf diese Weise in einem vordefinierten Abstand vonein­ ander innerhalb des Käfigs halten.

Bei den bekannten Kugellagern ist nachteilig, daß die Kugeln flächig von den Käfigen umfaßt werden. Dadurch ist die Reibung zwischen Käfig und Kugel relativ groß, so daß Lager entsprechend große Leistungsverluste aufweist. Bei schnell laufenden Lagern ergibt sich aus den relativ hohen Reibwerten ein starker Temperaturanstieg, der das Lager durch Spannungen zusätzlich zu der vergrößerten Reibung beansprucht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gat­ tungsgemäßes Kugellager so weiterzubilden, daß es möglichst reibungsarm läuft und dadurch hohe Dreh­ zahlen und eine lange Lebensdauer ermöglicht.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Ausgestaltung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, die einzelnen Kugeln nicht zu umgreifen, sondern ledig­ lich voneinander zu trennen. Auf diese Weise wird eine Möglichkeit geschaffen, lediglich einen Punkt­ kontakt zwischen den Trennelementen und den Kugeln zu erreichen, so daß eine erheblich verringerte Ver­ lustleistung durch das Lager hervorgerufen wird. Weiterhin führt diese verringerte Reibung zu einer verringerten Erwärmung des Lagers, so daß auch dadurch die Belastung des Lagers herabge­ setzt wird und eine Vergrößerung der erzielbaren Drehzahl ermöglicht wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfin­ dungsgemäßen Kugellagers sind den Unteransprüchen entnehmbar.

So kann es vorteilhaft sein, die Trennelemente mit einem Lagerring, beispielsweise dem Innenring, fest zu verbinden, so daß bei einer Drehbewegung des La­ gers die Trennelemente zwangsläufig ebenfalls mit synchroner Drehzahl mitgedreht werden. Wenn dabei der Abstand der Trennelemente voneinander größer ist als der Durchmesser der Lagerkugeln, können die Kugelkörper während der Bewegung lediglich an einem Trennelement anliegen, so daß die Anzahl der Rei­ bungspunkte gegenüber z. B. einem zweiseitigen Kon­ takt von Trennelementen verringert wird. Hierdurch wird die Verlustleistung des Lagers weiter verrin­ gert.

Als Trennelemente kommen vorteilhaft Gegenstände in Betracht, die den Kugeln lediglich an deren Äquator anliegen und so lediglich eine Punktreibung aufwei­ sen. Als Trennelemente können demzufolge vorteilhaft Platten zwischen den Kugeln angeordnet werden, aber auch Stangen mit Rollen sowie Kugeln können verwen­ det werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Kugellagers werden anhand der Zeichnungen im fol­ genden näher beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Käfig für Kugelkörper, wie er beim Stand der Technik verwendet wird,

Fig. 2 die schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Kugellager,

Fig. 3 einen Schnitt durch Fig. 2 entlang der Linie III-III,

Fig. 4 bis Fig. 7 Draufsichten auf weitere Ausfüh­ rungsbeispiele erfindungsgemäßer Kugellager,

Fig. 8 ein erfindungsgemäßes Zylinderlager,

Fig. 9 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel und

Fig. 10 einen Schnitt durch das Kugellager von Fig. 9 entlang der Linie X-X in Fig. 9.

In Fig. 1 ist ein Käfig 1 für Kugelkörper 2 darge­ stellt, wobei der Käfig 1 aus zwei Blechstreifen be­ steht, die zwischen den Kugeln 2 mit Hilfe von Nie­ ten 3 miteinander verbunden sind. Die beiden Blechstreifen des Käfigs 1 enthalten halbschalenför­ mige Einbuchtungen zur Aufnahme der Kugelkörper 2.

Dementsprechend entwickelt das Lager eine hohe Rei­ bung und einen schnellen Temperaturanstieg, wobei beides zum Verschleiß des Lagers beiträgt.

Demgegenüber ist in Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Kugellager dargestellt mit einem Innenring 4 und einem Außenring 5. Die zwischen diesen beiden Ringen 4 und 5 angeordneten Kugelkörper 2 werden nicht, wie in Fig. 1, mit Hilfe eines Käfigs im Abstand vonein­ ander gehalten. Hierzu sind vielmehr Trennelemente 6 vorgesehen, die in Form von prismatischen Platten ausgebildet sind. Die Anzahl der Trennelemente 6 entspricht dabei der Zahl der Kugelkörper 2.

Die Trennelemente 6 sind auf einer Bodenplatte 7 be­ festigt, die mit Hilfe von Schrauben 8 fest mit dem Innenring 4 verbunden ist. Bei einer Drehung des Innenrings 4 drehen sich demzufolge die Bodenplatte 7, die Trennelemente 6 sowie die Kugelkörper 2 mit.

Während einer derartigen Drehbewegung werden die Kugelkörper 2 an einer Seite an den Trennelementen 6 anliegen, wie in Fig. 2 dargestellt. Dort ergibt sich ein lediglich punktförmiger Kontakt.

In Fig. 4 ist eine erfindungsgemäße einfache Kon­ struktion eines Lagers mit nur vier Kugelkörpern 2 dargestellt. Ein Kugellager mit nur vier Kugelkörper konnte bislang nicht oder nur sehr umständlich her­ gestellt werden. Im Stand der Technik wurde daher vielfach an vier Punkten jeweils ein kleines kom­ plettes Kugellager vorgesehen, welches vom Kon­ struktions- und Bauaufwand erheblich teurer war als das in Fig. 4 dargestellte Vierpunktkugellager.

Die vier Kugelkörper 2 sind um jeweils 90° versetzt innerhalb des Lagers angeordnet, also gleichmäßig um den Lagerumfang verteilt. Jeder Kugelkörper 2 wird durch zwei Trennelemente 6 in seiner Position gehal­ ten, wobei die Trennelemente 6 ein gewisses Spiel für die Kugeln 2 ermöglichen, so daß während der Drehung des Lagers jeder Kugelkörper 2 an nur einem Punkt an einem Trennelement 6 anliegt.

Durch das Spiel zwischen jedem Kugelkörper 2 und den beiden benachbarten Trennelementen 6 wird nicht nur eine ortsfeste Drehbewegung der Kugel ermöglicht, sondern es wird ein Rollen des Kugelkörpers 2 ermög­ licht, so daß eine besonders verschleißarme Ausbil­ dung des Kugellagers gewährleistet ist.

In Fig. 5 sind die Kugelkörper 2 mit Hilfe von Trennelementen 9 getrennt, die aus einer Stahlachse 10 und einer rohrförmigen Kunststoffhülle (Rolle 11) bestehen. Auch die Trennelemente 9 sind mit der Bodenplatte 7 verbunden, die sich gemeinsam mit dem Innenring 4 dreht.

Bei den in Fig. 2 bis 5 dargestellten Ausführungs­ beispielen sind die Trennelemente 6 bzw. 9 mit Hilfe der Bodenplatte 7 mittelbar mit dem Innenring 4 ver­ bunden. In der Fig. 6 dagegen sind die Trennele­ mente direkt mit dem Außenring 5 verbunden:

In Fig. 6 sind Trennelemente 12 dargestellt, die ähnlich den Trennelementen 9 aus Fig. 6 ausgebildet sind. Die Trennelemente 12 bestehen ebenfalls aus einer Stahlachse und einer Rolle als Kunststoffum­ hüllung, wobei die Kunststoffumhüllung vorzugsweise ebenso wie die Rolle 11 aus einem selbstschmieren­ den Kunststoff bestehen kann. Im Gegensatz zur koaxialen Anordnung der Trennelemente 9 sind die Trennelemente 12 radial zur Rotationsachse des Kugellagers angeordnet und nicht am Innenring 4, sondern am Außenring 5 befestigt.

In Fig. 7 bestehen die Trennelemente zwischen den Kugelkörpern 2 ebenfalls aus Kugeln, und zwar aus Kunststoffkugeln 14. Die Montage der Kugeln 2 und 14 im Kugellager wird gemäß Fig. 7 durch eine Schraube 15 vereinfacht. Diese Schraube 15 ist im Innenring 4 angeordnet und kann zum Befüllen des Kugellagers mit den Kugeln 2 und 14 entfernt werden. Dabei können sich Kunststoffkugeln und Metallkugeln - wie in Fig. 7 dargestellt - abwechseln, es können jedoch auch jeweils zwei Trennelemente 14 aus Kunststoff zwischen zwei Kugelkörpern 2 aus Metall angeordnet sein.

Nach dem Befüllen des Lagers mit den Kugeln wird die Schraube 15 in den Innenring 4 eingedreht, wobei ein Anschlag die lagerichtige Stellung der Schraube 15 sicherstellt. In dieser Stellung ist die Lauffläche am Innenring 4 durch die Oberfläche der Schraube 15 exakt fortgesetzt, so daß ein störungsfreier Betrieb des Lagers sichergestellt wird. Ohnehin werden die Kugeln 2 und 14 während des Betriebs des Lagers durch die Fliehkraft nach außen gedrückt, so daß die Unterbrechung in der Lauffläche des Innenringes 4 keine Nachteile für die Lebensdauer des Kugellagers bewirkt.

In Fig. 8 ist ein Zylinderlager dargestellt, bei dem ebenfalls Trennelemente 14 in Kugelform ausgeführt sind. Diese Kugeln bestehen vorzugsweise aus einem selbstschmierenden Kunststoff, wobei insgesamt die Kugelkörper 2 und die Trennelemente 14 nicht nur ringförmig nebeneinander angeordnet sind, sondern auch übereinander, so daß sich insgesamt eine zy­ lindrische Anordnung der Kugelkörper 2 und der Trennelemente 14 ergibt. Die dabei gewählte Anord­ nung der Kugeln unterschiedlichen Materials kann schachbrettartig erfolgen. Durch den Punktkontakt der einzelnen Kugeln miteinander ist ein besonders reibungsarmer Lauf des Lagers gewährleistet.

Distanzstege 16 halten die Kugeln im Abstand vonein­ ander, so daß die Kugeln jeweils ein gewisses Spiel aufweisen, sich aber dennoch nur in vorbestimmten Bereichen aufhalten. Die Distanzstege 16 sind auch über die Höhe des Zylinderlagers verteilt angeordnet und stützen die Kugeln. Es ist aufgrund der Distanz­ stege 16 nicht möglich, daß alle übereinander ange­ ordnete Kugeln über die Höhe des Zylinderlagers zu­ sammensacken und nur noch einen Teil dieser Höhe ausfüllen.

In Fig. 9 ist eine ringförmige Bodenplatte 17 dar­ gestellt, die im Gegensatz zu der in Fig. 2 und 3 dargestellten Bodenplatte 7 erheblich schmaler ist. Die Bodenplatte 17 weist daher sternförmig Ausleger 18 auf, an deren Ende sich Stahlachsen 19 für Trenn­ elemente ähnlich den Trennelementen 9 erstrecken.

In Fig. 10 ist die Bodenplatte 17 in ihrer am Innen­ ring 4 befestigten Stellung dargestellt, wobei sich eine entsprechende Deckelplatte 20 ebenfalls am Innenring 4 befindet, die das andere Ende der Trenn­ elemente fixiert.

Bei jeder Art der Anordnung der Trennelemente ist darauf zu achten, daß die Trennelemente nicht der Form der Kugelkörper 2 angepaßt sind und diese teil­ weise umgreifen. Vielmehr soll bewußt ein punktför­ miger Kontakt zwischen Kugelkörper 2 und Trennele­ menten hergestellt werden, um eine Punktreibung und damit möglichst geringe Reibungsverluste innerhalb des Lagers zu erreichen. Die Kugelkörper haben dabei einen Freiraum, damit sie sich nicht nur drehen, sondern auch innerhalb dieses Freiraumes rollen können.

Claims (9)

1. Kugellager mit Innen- und Außenlaufring sowie mit Kugelkörpern, die zwischen den beiden Laufringen angeordnet sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kugellager Trennelemente in Form von Platten (6), Stangen (9, 12) oder Kugeln (14) zwischen den Kugelkörpern (2) aufweist.

2. Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trennelemente mit dem Innenlaufring (4) oder dem Außenlaufring (5) starr verbunden sind.

3. Kugellager nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trennelemente an dem Ring (Innenring 4 oder Außenring 5) befestigt sind, der sich dreht.

4. Kugellager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennelemente mit dem Innenring (4) oder dem Außenring (5) unmit­ telbar oder auch mittelbar verbunden sind.

5. Kugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausmaß der Trennelemente von der Größe des Kugellagers und dem Abstand zwischen seinen Laufringen abhängig ist, wobei sich die Trennelemente im Bereich des Äquators der Kugelkörper befin­ den.

6. Kugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Trenn­ elemente im Verhältnis zur Achse des Kugel­ lagers radial, perpendikular oder koaxial befinden.

7. Kugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennelemente mit Abstand von dem Kugelkörper (2) angeordnet sind, wobei jeder Kugelkörper (2) während der Bewegung des Kugellagers nur an einem Trennelement anliegt.

8. Kugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennelemente ausschließlich im Bereich des Äquators der Kugelkörpern angeordnet sind.

9. Kugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch formbeständige Trennele­ mente mit einem fest vorgegebenen und unver­ änderlichen Abstand zueinander.