DE4214936A1

DE4214936A1 - Zapfentyp-spurwaelzlager

Info

Publication number: DE4214936A1
Application number: DE4214936A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Ito
Original assignee: Nippon Thompson Co Ltd
Current assignee: Nippon Thompson Co Ltd
Priority date: 1991-05-09
Filing date: 1992-05-06
Publication date: 1992-11-12
Also published as: JPH04337107A; US5232289A; JP2993647B2

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Wälzlager und speziell ein Zapfentyp-Spurwälzlager, welches sich entlang dem Führungsweg einer Steuerkurve oder entlang einer gerad linigen Bewegungsbahn einer Führungsschiene zu bewegen vermag.

Ein Zapfentyp-Spurwälzlager ist zum Beispiel als Steuer kurven-Folgeglied bekannt. Ein Zapfentyp-Spurwälzlager enthält im allgemeinen eine Welle (einen Zapfen) mit einem Flansch an einem Ende, einen auf die Welle gesetzten Ring, mehrere Rollkörper zwischen der Welle und dem Ring, einen Käfig, der die Rollkörper in Position hält, und eine Seitenplatte, die an der Welle gegenüber dem Flansch befestigt ist, um den Ring und die Rollkörper in Position zu halten. Wenn bei einem solchen herkömmlichen Zapfentyp- Spurwälzlager wegen einer Schrägstellung der Rollkörper in dem Ring eine axiale Belastung entsteht, wird eine Seiten wand des Rings in Gleitkontakt mit entweder dem Flansch oder der Seitenplatte gebracht, so daß die axiale Be lastung über den körperlichen Kontakt zwischen Ring und Flansch oder zwischen Ring und Seitenplatte aufgefangen wird. Wenn allerdings die axiale Belastung relativ groß ist, wird durch den körperlichen Kontakt zwischen den Teilen beträchtliche Wärme erzeugt, so daß das Lager wegen des Gleitkontakts festbrennen und mithin klemmen kann. Das Lager kann bei ungünstigen Bedingungen wegen der erzeugten Wärme innerhalb kurzer Zeitspannen klemmen, insbesondere dann, wenn beträchtliche Montagefehler vorliegen, die Drehzahl relativ hoch ist und/oder die Last relativ groß ist.

Um dieser Situation zu entsprechen, wurde ein Zapfentyp- Spurwälzlager vorgeschlagen, welches eine spezielle Axial scheibe aufweist (japanische Gebrauchsmusteranmeldung 2-47 417). Das dort beschriebene Wälzlager ist in den Fig. 5 und 6 skizziert. Wie aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht, enthält das Zapfentyp-Spurwälzlager einen Ring 11, eine Welle oder einen Zapfen 13, mehrere Rollkörper 12, einen Käfig 14, eine Axiallast-Aufnahmescheibe 15 und eine Seitenplatte 16.

Der Ring 11 besitzt relativ große Dicke und hat eine Führungsfläche 11a entlang seiner inneren Umfangsfläche. Außerdem besitzt er an beiden Seiten eine Ausnehmung 11b, deren Durchmesser größer ist als der Innendurchmesser des Rings. Die Welle 13 besitzt außerdem eine Führungsfläche 13a, die der Führungsfläche 11a des Rings 11 gegenüberliegt. Ferner ist die Welle 13 an ihrem einen Ende mit einem Flansch 13c versehen, dessen Durchmesser geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der Ausnehmung 11b, so daß der Flansch 13c im Inneren einer entsprechenden Ausnehmung 11b aufgenommen werden kann. Darüber hinaus besitzt die Welle 13 am anderen Ende einen Gewindeabschnitt 13b zur Kopplung mit einem anderen Bauteil.

Wenn die Welle 13 in den Ring 11 eingesetzt wird, ergibt sich eine Lücke oder ein Spalt zwischen der Führungsfläche 11a des Rings 11 und der gegenüberliegenden Führungsfläche 13a der Welle 13, und in diesem Spalt werden mehrere Roll körper 12 über den Umfang verteilt angeordnet, wobei die Rollkörper jeweils in Kontakt mit beiden Führungsflächen 11a und 13a stehen. Der Käfig 14 befindet sich ebenfalls in diesem Spalt, um die Rollkörper 12 in Position und mit Ab stand voneinander zu halten. Die Seitenplatte 16 besitzt ein Mittelloch und sitzt fest auf der Welle 13, beispielsweise mittels einer Preßpassung. Die Seitenplatte befindet sich an einer Seite der Führungsfläche 13a gegenüber dem Flansch 13c. Die Seitenplatte 16 besitzt einen Außendurch messer, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der Ausnehmung 11b, so daß die Seitenplatte 16 sich ebenfalls im Inneren der zugehörigen Ausnehmung 11b befindet, wenn die Anordnung fertig montiert ist. Da beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Führungsfläche 13a durch eine Umfangsfläche eines Abschnitts der Welle 13 gebildet ist, die einen im Vergleich zur übrigen Welle vergrößerten Durchmesser aufweist, wird die Seitenplatte 16 so montiert, daß sie an einer Stufe der Welle anliegt.

Die Axiallast-Aufnahmescheibe 15 ist drehbar zwischen einer Seite des Rings 11 und dem Flansch 13c und ferner auch zwischen der anderen Seite des Rings 11 und der Seitenplatte 16 angeordnet. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, besitzt die Scheibe 15 mehrere etwa kugelförmig ausgebildete Taschen 15a zur Aufnahme einer Menge Schmiermittel. Deshalb wird von der Axiallast-Aufnahmescheibe 15 erwartet, daß sie einen gut schmierenden Kontakt zwischen dem Ring 11 und dem Flansch 13c, beziehungsweise zwischen dem Ring 11 und der Seitenplatte 16 gewährleistet, damit das Lager sich nicht durch Wärmeentwicklung verklemmt.

Da aber bei diesem herkömmlichen Aufbau die Kontaktfläche zwischen dem Ring 11 und dem Flansch 13c oder zwischen der Seitenplatte 16 und dem Ring 11 relativ klein ist, so daß die Belastung pro Flächeneinheit relativ groß ist, besteht immer noch die Gefahr, daß das Lager durch zu starke Wärmeentwicklung klemmt, besonders dann, wenn die axiale Last relativ groß ist und/oder die Drehzahl relativ hoch ist. Da weiterhin die Scheibe 15 eine Vielzahl etwa kugelförmiger Taschen 15a aufweist, ist die tatsächliche Berührungsfläche zwischen dem Ring 11 und dem Flansch 13c oder dem Ring 11 und der Seitenplatte 16 verkleinert, wodurch sich die Belastung pro Flächeneinheit noch erhöht. Die Herstellung der Scheibe 15 ist aufwendig. Da weiterhin die Lücke zwischen dem Ring 11 und dem Flansch 13 oder zwischen dem Ring 11 und der Seitenplatte 16 im Hinblick auf das Verhindern des Eindringens von Fremdmaterial möglichst klein gemacht werden muß, ist die Herstellung des Lagers aufwendig und mit relativ hohen Kosten ver bunden. Da schließlich die herkömmliche Konstruktion hauptsächlich auf dem Gleitkontakt beruht, der durch die Scheibe 15 gewährleistet werden soll, ist ein relativ hohes Drehmoment aufzubringen, so daß die Scheibe 15 beträchtlichem Verschleiß unterworfen ist und somit die maßgeblichen Kennwerte der Scheibe Schwankungen unter worfen sind. Damit eignet sich der herkömmliche Aufbau kaum für Hochgeschwindigkeitsanwendungen.

Die Erfindung schafft ein verbessertes Zapfentyp-Spurwälzlager, welches grundsätzlich einen Ring, eine Welle mit einem Flansch an dem einen Ende, eine ringförmige Seitenplatte, die dem Flansch gegenüberliegend fest auf der Welle sitzt, mehrere zwischen Welle und Ring befindliche Rollkörper und einen zum Halten der Rollen in ihrer Position dienenden Käfig aufweist. Erfindungsgemäß ist ein Paar kreisförmiger Führungskanäle vorgesehen, einer zwischen dem Ring und dem Flansch, ein anderer zwischen dem Ring und der Seitenplatte. In diesen kreisförmigen Führungskanälen befinden sich mehrere Rollkörper. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Rollkörper Kugeln, wobei jeder der kreisförmigen Führungskanäle durch ein Paar gegenüberliegend angeordneter kreisförmiger Führungs nuten gebildet wird. Vorzugsweise besitzt jede der kreis förmigen Führungsnuten eine Führungsfläche, die einen Kontaktwinkel mit den Kugeln in einem Bereich zwischen 45° und 90° bildet.

Hierdurch wird die Aufgabe gelöst, ein Zapfentyp-Spurwälzlager zu schaffen, welches eine höhere Belastbarkeit sowohl in axialer als auch in radialer Richtung aufweist als das bekannte Lager.

Durch die Erfindung wird ein Zapfentyp-Spurwälzlager geschaffen, welches sich durch hohe Leistungsfähigkeit und ruckfreien und glatten Lauf auszeichnet.

Das erfindungsgemäße Wälzlager hat einen einfachen Aufbau und läßt sich billig herstellen.

Das Wälzlager eignet sich für Hochgeschwindigkeitsbetrieb und weist eine beträchtlich lange Lebensdauer auf.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht durch eine Ausführungs form des erfindungsgemäßen Zapfentyp-Spurwälzlagers;

Fig. 2 eine schematische, vergrößerte Ansicht des Kontakt bereichs zwischen dem Ring und dem Flansch des in Fig. 1 gezeigten Lagers;

Fig. 3 eine Teil-Längsschnittansicht einer modifizierten Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten Wälzlagers;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Abwandlung des in Fig. 1 gezeigten Zapfentyp- Spurwälzlagers;

Fig. 5 eine Längsschnittansicht eines typischen herkömmlichen Zapfentyp-Spurwälzlagers; und

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine in dem Lager nach Fig. 5 verwendete Zwischenscheibe.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zapfentyp-Spurwälzlagers. Gemäß Darstellung, enthält das Wälzlager eine Welle oder einen Zapfen 1 mit einem Flansch 1b, einen auf der Welle 1 sitzenden Ring 2, der mit der Welle eine Lücke bildet, eine ringförmige Seitenplatte 6, die fest auf der Welle 1 gegenüberliegend dem Flansch 1b sitzt, mehrere zylindrische Rollen 4 als erste Rollkörper zwischen der Welle 1 und dem Ring 2, mehrere Kugeln 3 als zweite Rollkörper zwischen dem Ring 2 und dem Flansch 1b sowie zwischen dem Ring 2 und der Seitenplatte 6, und einen Käfig 5 zum Halten der Rollen 4 in ihrer Lage.

Bei der bevorzugten Ausführungsform enthält die Welle 1 einen Abschnitt 1a großen Durchmessers, dessen äußere Umfangsfläche eine Rollkörper-Führungsfläche definiert, einen Flansch 1b an ihrem linken Ende und einen Gewinde abschnitt 1c an ihrem rechten Ende. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Gewindeabschnitt 1c bis zu etwa der halben Strecke in Richtung auf den Abschnitt 1a großen Durchmessers. Der Flansch 1b besitzt eine erste äußere Führungsnut 1b₁ mit kreisförmigem Querschnitt, deren Durchmesser größer ist als der Durch messer einer Kugel 3. Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, die eine bevorzugte Ausführungsform zeigt, ist die erste äußere Führungsnut 1b₁ derart vorgesehen, daß ein Kontakt winkel R in einem Bereich zwischen 45° und 90° liegt. Der Ring 2 besitzt außerdem eine erste äußere Führungsnut 2a kreisförmigen Querschnitts, deren Durchmesser ebenfalls größer als der Durchmesser der Kugel 3 ist. Diese erste innere und erste äußere Führungsnut 1b₁ und 2a liegen einander derart gegenüber, daß sie im zusammengebauten Zustand der Anordnung einen ersten Führungskanal zur Auf nahme mehrerer Kugeln 3 bilden. In diesem Fall ist der Kontaktwinkel R zwischen den Kugeln 3 und der ersten äußeren Führungsnut 2a auf einen Wert im Bereich zwischen 45° und 90° eingestellt.

Die Seitenplatte 6 befindet sich neben einem abgestuften Abschnitt des Abschnitts großen Durchmessers, 1a, und sie ist fest auf der Welle 1 montiert, beispielsweise mit Preßsitz. Die Seitenplatte 6 kann bei Bedarf mit der Welle 1 verschweißt oder verschraubt sein. Die Seiten platte 6 ist ebenfalls mit einer zweiten inneren Führungs nut 6a ausgestattet, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser der Kugel 3 ist. Da der Ring 2 ebenfalls eine zweite äußere Führungsnut 2a besitzt, die der zweiten inneren Führungsnut 6a der Seitenplatte 6 gegenüberliegt, wird hier ebenfalls ein zweiter Führungskanal zur Aufnahme von Kugeln 3 geschaffen. Der Kontaktwinkel in diesem zweiten Führungskanal sollte ebenfalls auf einen Wert im Bereich zwischen 45° und 90° eingestellt sein. Es sei jedoch angemerkt, daß der Kontaktwinkel in dem ersten Führungskanal anders sein kann als derjenige des zweiten Führungskanals.

In der dargestellten Ausführungsform ist der Ring 2 in seinem Mittelbereich dicker und definiert dadurch eine Umfangs-Führungsfläche 2b, die der Umfangs-Führungsfläche des Abschnitts 1a größeren Durchmessers der Welle 1 mit Abstand gegenüberliegt. Hierdurch wird ein dritter Führungs kanal zwischen den sich gegenüberliegenden Umfangs- Führungsflächen 2b und 1a definiert, und mehrere Rollen 4 werden in diesem Führungskanal mit Abstand voneinander in Umfangsrichtung aufgenommen, so daß sie in Rollkontakt oder Wälzkontakt mit den Umfangs-Führungsflächen 2b und 1a stehen. Der Käfig 5 hält die Rollen in ihrer Lage und befindet sich hierzu ebenfalls innerhalb des dritten Führungskanals. Damit dienen die Rollen 4 zur Aufnahme von Belastungen in radialer Richtung. Andererseits dienen die Kugeln 3 in dem ersten und dem zweiten Führungskanal zur Aufnahme von Lasten, die vornehmlich in axialer Richtung einwirken. Wenn deshalb aus irgendeinem Grund auf den Ring 2 eine axiale Kraft ausgeübt wird, beispielsweise dadurch, daß die Rollen 4 durch Montagefehler schräg liegen, so kann eine solche axiale Kraft von dem Kugellagermechanismus aufgefangen und absorbiert werden. Da auch in diesem Fall die Kugeln 3 einen Rollkontakt anstelle eines Gleitkontakts, wie er im Stand der Technik durch die Zwischenscheibe er zeugt wird, schaffen, gibt es keinerlei Probleme, wenn dieses erfindungsgemäße Lager bei hohen Geschwindigkeiten arbeitet.

Fig. 3 und 4 zeigen Abwandlungen des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Zapfentyp-Spurwälzlagers. Da diese Abwandlungen in vieler Hinsicht ähnlich sind wie die oben beschriebene Ausführungsform nach Fig. 1 und 2, sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen ver sehen. Die Ausführungsbeispiele nach Fig. 3 und 4 unterscheiden sich von dem oben beschriebenen Ausführungs beispiel lediglich hinsichtlich der Gestalt der äußeren Umfangsfläche des Rings 2. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist in der äußeren Umfangsfläche des Rings 2 eine V-förmige Nut 7v gebildet. Beim dargestellten Ausführungs beispiel hat die V-förmige Nut 7v einen Winkel von 120° und steht in Berührung mit einer Welle 8 kreisförmigen Querschnitts, die sich senkrecht zur Längsachse der Welle 1 erstreckt. Der Winkel der V-förmigen Nut 7v kann in einem Bereich zwischen 90° und 150° liegen. Bei dieser Variante kann die zugehörige Welle 8 auch einen anderen Querschnitt aufweisen, kann insbesondere rechteckig oder dreieckförmig im Querschnitt sein.

Fig. 4 zeigt eine Variante, bei der die äußere Umfangs fläche des Rings 2 eine im Querschnitt kreisförmige Nut 7r aufweist. Der Krümmungsradius dieser Nut ist größer als der Durchmesser der zugehörigen Welle 8. Hierdurch läßt sich eine größere Kontaktfläche zwischen dem Ring 2 und der Welle 8 erreichen als bei der Ausführungsform nach Fig. 3.

Claims

1. Zapfentyp-Spurwälzlager, umfassend:

- eine Welle (1) mit einem Flansch (1b),
- eine ringförmige Seitenplatte (6), die dem Flansch (1b) in axialer Richtung gegenüberliegend fest auf der Welle (1) sitzt,
- einen auf der Welle (1) sitzenden Ring (2), der zwischen Welle und sich selbst sowie zwischen dem Flansch und der Seitenplatte eine Lücke als ersten Führungskanal und weiterhin als Paar zweiter Führungskanäle ein Paar zweiter Lücken definiert, eine zwischen dem Ring (2) und dem Flansch (1b), die andere zwischen dem Ring (2) und der Seitenplatte (6),
- mehrere erste Rollkörper (4) in dem ersten Führungskanal, welche in Rollkontakt sowohl mit dem Ring (2) als auch mit der Welle (1, 1a) stehen, und
- mehrere zweite Rollkörper (3) einer von den ersten Rollkörpern anderen Art, die in dem Paar von zweiten Führungskanälen vorgesehen sind und in Berührung mit dem Ring und dem Flansch beziehungsweise dem Ring und der Seitenplatte stehen.

2. Lager nach Anspruch 1, bei dem die ersten Rollkörper zylindrische Rollen sind, während die zweiten Rollkörper Kugeln sind.

3. Lager nach Anspruch 1 und 2, bei dem von dem Paar zweiter Führungskanäle der eine Führungskanal zwischen einer ersten äußeren Führungsnut (2a) in dem Ring (2) und einer ersten inneren Führungsnut (1b₁) in dem Flansch (1b), die der ersten äußeren Führungs nut (2b) im zusammengebauten Zustand gegenüberliegt, ge bildet ist, während der andere zweite Führungskanal definiert wird durch eine zweite äußere Führungsnut (2a) in dem Ring (2) und einer zweiten inneren Führungsnut (6a) in der Seitenplatte (6), welche der zweiten äußeren Führungsnut im zusammengebauten Zustand der Anordnung gegenüberliegt.

4. Lager nach Anspruch 3, bei dem der Kontaktwinkel der Kugeln in dem ersten und dem zweiten Führungskanal auf einen Wert im Bereich zwischen 45° und 90° eingestellt ist.

5. Lager nach Anspruch 4, bei dem die Kontaktwinkel in dem ersten und dem zweiten Führungskanal verschieden voneinander sind.

6. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Ring in seiner äußeren Umfangsfläche eine sich in Umfangsrichtung erstreckende V-förmige Nut (7v) besitzt.

7. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Ring (2) in seiner äußeren Umfangsfläche eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut (7r) mit kreisförmigem Querschnitt aufweist.