DE60115993T2

DE60115993T2 - Lagervorrichtung

Info

Publication number: DE60115993T2
Application number: DE60115993T
Authority: DE
Inventors: Rikuro Kitasaku-gun Obara
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: EP1167787B1; EP1167787A3; DE60115993D1; EP1167787A2; JP2002005158A; US20010053256A1; US6599022B2

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Lager vorzugsweise zum Lagern eines Drehabschnitts wie etwa eines Spindelmotors für Büroautomatisierungseinrichtungen wie Computer und periphere Geräte dafür.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Die Lagervorrichtung wird zum Lagern eines Drehabschnitts wie etwa eines Motors zum Antreiben einer Magnetplatte oder von Platten eines Festplattenantriebsmittels oder von peripheren Geräten für Computer oder eines Schwenkhebels verwendet. Wie in 20 gezeigt weist das Lager gewöhnlich ein Paar von einreihigen Kugellagern auf. Ein Distanzstück 34 ist zwischen äußere Laufringe 32b, 33b eines oberen und eines unteren Kugellagers 32, 33, die innere Ringe 32a, 33a aufweisen, welche an einer Welle 31 sitzen und angebracht sind, eingesetzt. Die Bezugszeichen 32c, 33c bezeichnen Kugeln, und das Bezugszeichen 35 bezeichnet einen Kugelkäfig.
Jedes Kugellager ist mit einem radialen Abstand zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring und den Kugeln versehen, welcher radiale Abstand dem Ausmaß der Bewegung des äußeren Rings in einer radialen Richtung gleich ist, während der innere Ring an der Welle fixiert ist.
Es ist nötig, den radialen Abstand innerhalb eines vernünftigen Werts gemäß dem Verwendungszweck und so weiter zu halten, da der oben erwähnte radiale Abstand die Lebensdauer, die Schwingung und die Geräuschlosigkeit des Lagers stark beeinflusst.
Doch beim Erhöhen der Temperatur des Lagers unter der Wirkung der Reibungshitze, die durch die Drehung oder den Betrieb des Lagers selbst erzeugt wird, oder der Wirkung von Wärmeenergie, die von außerhalb des Lagers zugeführt wird, dehnen sich die Bestandteile des Lagers zu unterschiedlichen Abmessungen aus, und die Beziehung der Ausdehnung der Bestandteile in der Durchmesserrichtung ist: äußerer Ring > innerer Ring > Kugeln
Es besteht die folgende Beziehung zwischen dem radialen Abstand und der Abmessung jedes Bestandteils des Lagers: (radialer Abstand) = [Innendurchmesser des äußeren Laufrings – (2 × Durchmesser jeder Kugel + Außendurchmesser des inneren Laufrings)]
In diesem Zusammenhang wird der Innendurchmesser des äußeren Laufrings beim Erhöhen der Temperatur in einem höheren Maß als jenem des Außendurchmesser des inneren Laufrings, der um den Innenring herum gebildet ist, vergrößert werden und wird auch der Abstand zwischen beiden Laufringen vergrößert werden. Indessen ist die Vergrößerung der Kugeln in Bezug zum inneren und zum äußeren Laufring klein, so dass der radiale Abstand beim Erhöhen der Temperatur vergrößert werden wird. Die Vergrößerung des radialen Abstands wird bei der Umdrehung Schwingungen und ein durch die Schwingungen verursachtes Geräusch erzeugen. Dies verschlechtert auch die Verlässlichkeit der Einrichtung, in der das Lager aufgenommen ist.
Obwohl die Kugeln gewöhnlich aus einem Stahlmaterial hergestellt sind, kann zur Verbesserung ihrer Haltbarkeit auch ein Keramikmaterial verwendet werden. In einem solchen Fall werden die oben erwähnten Probleme, die durch den Unterschied des Ausmaßes der Wärmeausdehnung zwischen den Bestandteilen verursacht werden, ernster werden, da das Ausmaß der Wärmeausdehnung des Keramikmaterials überdies niedriger (etwa 1/10) als jenes des Eisenmaterials ist, das für den inneren und den äußeren Ring verwendet wird.
Demgemäß ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lager bereitzustellen, wobei ein passender radialer Abstand aufrechterhalten wird, auch wenn sich die Bestandteile des Lagers durch Erhöhen ihrer Temperatur ausdehnen. Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, ein Lager mit hoher Drehgenauigkeit und langer Lebensdauer bereitzustellen, wobei die Drehschwingungen des Lagers und das dadurch erzeugte Geräusch verringert sind.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Um den Zweck der vorliegenden Erfindung zu erreichen, ist eine Lagervorrichtung nach dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung durch mehrere Kugeln, die zwischen einem inneren und einem äußeren Ring angeordnet sind, gebildet, und ist ein Ring, der aus einem Material mit einem niedrigeren Faktor der linearen Wärmeausdehnung als dem des Materials des äußeren Rings hergestellt ist, um den äußeren Ring pressgepasst.
Eine Mehrstofflagervorrichtung nach dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Welle, an der ein innerer Ring gleitfähig angebracht ist, ein zylinderförmiges äußeres Ringelement, das die Welle umgibt, mehrere Kugeln der ersten Reihe, die zwischen den ersten inneren Laufring, der am Außenumfang des inneren Rings gebildet ist, und den ersten äußeren Laufring, der am Innenumfang des äußeren Ringelements gebildet ist, eingesetzt sind, mehrere Kugeln der zweiten Reihe, die zwischen den zweiten inneren Laufring, der direkt am Außenumfang der Welle gebildet ist, und den zweiten äußeren Laufring, der am Innenumfang des äußeren Ringelements gebildet ist, eingesetzt sind, wobei die Lagervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie umfasst:
einen Ring mit geringer Ausdehnung, der um den Außenumfang des äußeren Ringelements pressgepasst ist, wobei der Ring mit geringer Ausdehnung aus einem Material mit einem niedrigeren Faktor der linearen Wärmeausdehnung als dem eines Materials des äußeren Ringelements hergestellt ist, wobei der innere Ring unter Ausübung eines vernünftigen Ausmaßes an Vorspannung darauf an der Welle befestigt ist.
Eine Mehrstofflagervorrichtung nach dem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst
eine abgestufte Welle, die einen Wellenabschnitt mit größerem Durchmesser und einen Wellenabschnitt mit verringertem Durchmesser aufweist, einen inneren Ring, der gleitfähig um den Wellenabschnitt mit verringertem Durchmesser der abgestuften Welle angebracht ist, und ein zylinderförmiges äußeres Ringelement, das die Welle umgibt, mehrere Kugeln der ersten Reihe, die zwischen den ersten inneren Laufring, der am Außenumfang des inneren Rings gebildet ist, und den ersten äußeren Laufring, der am Innenumfang des äußeren Ringelements gebildet ist, eingesetzt sind, und mehrere Kugeln der zweiten Reihe, die zwischen den zweiten inneren Laufring, der direkt am Außenumfang des Wellenabschnitts mit größerem Durchmesser der Welle gebildet ist, und den zweiten äußeren Laufring, der am Innenumfang des äußeren Ringelements gebildet ist, eingesetzt sind, wobei die Lagervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie umfasst:
einen Ring mit geringer Ausdehnung, der um den Außenumfang des äußeren Ringelements pressgepasst ist, wobei der Ring mit geringer Ausdehnung aus einem Material mit einem niedrigeren Faktor der linearen Wärmeausdehnung als dem eines Materials des äußeren Ringelements hergestellt ist, wobei der innere Ring unter Ausübung eines vernünftigen Ausmaßes an Vorspannung darauf an der Welle befestigt ist.
Die Kugeln sind aus einem Keramikmaterial hergestellt, und der Ring mit geringer Ausdehnung ist ebenfalls aus einem Keramikmaterial hergestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten, die die vorliegende Erfindung betrifft, aus dem Lesen der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen offensichtlich werden, wobei
1 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der zweiten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der dritten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der vierten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der fünften Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der sechsten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der siebenten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der achten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der neunten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der zehnten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der elften Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der zwölften Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der dreizehnten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der vierzehnten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der fünfzehnten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der sechzehnten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der siebzehnten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
18 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der achtzehnten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
19 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung der neunzehnten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt; und
20 eine längsgeschnittene Ansicht ist, die die Lagervorrichtung des Stands der Technik zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die konkreten Beispiele, die in den beiliegenden Figuren veranschaulicht sind, werden nun bevorzugte Ausführungsformen einer Lagervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben werden.
Eine Lagervorrichtung nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein einreihiges Kugellager, das einen inneren und einen äußeren Ring 1 und 2, mehrere Kugeln 3 aus einem Keramikmaterial, die zwischen einen inneren Laufring 1a, der als eine Rille an einer äußeren Umfangsfläche des inneren Rings 1 gebildet ist, und einen äußeren Laufring 32a, der als eine Rille an einer inneren Umfangsfläche des äußeren Rings 2 gebildet ist, eingesetzt sind, und einen Ring 4 mit geringer Ausdehnung, der um den Außenumfang des äußeren Rings 2 pressgepasst ist, aufweist. Der Ring 4 mit geringer Ausdehnung ist aus einem Material mit einem niedrigeren Faktor der linearen Wärmeausdehnung als dem des Materials des äußeren Rings hergestellt.
Der innere und der äußere Ring 1 und 2 sind aus einem Eisenmaterial wie etwa hochkohlenstoffhaltigem Chromlagerstahl oder Edelstahl hergestellt. Der Ring 4 mit geringer Ausdehnung ist aus einem Keramikmaterial hergestellt. Der Faktor der linearen Wärmeausdehnung des Keramikmaterials ist 1/1,5 bis 1/3 von jenem des Eisenmaterials. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Kugelkäfig.
Beim Erhöhen der Temperatur der Lagervorrichtung unter der Wirkung der Reibungshitze, die durch die Drehung oder den Betrieb des Lagers selbst erzeugt wird, oder der Wirkung von Wärmeenergie, die von außerhalb des Lagers zugeführt wird, wird eine Wärmeausdehnung der Bestandteile der Lagervorrichtung verursacht werden. Doch die Tendenz der Ausdehnung der äußeren Rings 2 wird durch den darum pressgepassten Ring 4 mit geringer Ausdehnung beschränkt, so dass das Ausmaß der Ausdehnung des Innendurchmessers des äußeren Laufrings 2a ebenfalls unterdrückt wird.
Das Ausmaß der Ausdehnung des Innendurchmessers D₁ des äußeren Laufrings 2a des äußeren Rings 2 kann durch Festsetzen des Drucks, der durch den Ring 4 mit geringer Ausdehnung auf den äußeren Ring ausgeübt werden soll, auf jeden beliebigen vernünftigen Wert so beschränkt werden, dass es dem Ausmaß der Ausdehnung des Außendurchmessers D₂ des inneren Laufrings 1a des inneren Rings 1 im Wesentlichen gleich ist. Somit kann die Beabstandung D₃ zwischen dem äußeren Laufring 2a und dem inneren Laufring 1a bei einem im Wesentlichen konstanten Wert gehalten werden, d.h., kann der radiale Abstand konstant bei einem vernünftigen Wert gehalten werden, so dass die Lagervorrichtung eine stabile Umdrehung bereitstellen kann.
Obwohl die oben erwähnte Lagervorrichtung der ersten Ausführungsform ein einreihiges Kugellager ist, kann die vorliegende Erfindung auch auf ein Mehrstofflager, das zwei parallele Reihen von Kugeln aufweist, angewendet werden. Nun werden die Ausführungsformen (zwei bis neunzehn) des Mehrstofflagers beschrieben werden.
Wie in 2 gezeigt umfasst die Lagervorrichtung der zweiten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung eine abgestufte Welle 6, die einen Wellenabschnitt 6a mit größerem Durchmesser und einen Wellenabschnitt 6b mit verringertem Durchmesser aufweist, einen inneren Ring 9, der gleitfähig um den Wellenabschnitt 6b mit verringertem Durchmesser der abgestuften Welle angebracht ist, und einen äußeren Ring 7 in Form einer zylinderförmigen Manschette, der die Welle umgibt. Der erste innere Laufring 8a ist als eine Rille am Außenumfang des inneren Rings 9 gebildet, und der zweite innere Laufring 8b ist als eine Rille am Außenumfang des Wellenabschnitts 6a mit größerem Durchmesser gebildet.
Der äußere Manschettenring 7 weist einen oberen und einen unteren Abschnitt auf, deren Innenumfang direkt mit einem Paar aus einem parallelen ersten und zweiten äußeren Laufring 10a bzw. 10b und einem Mittelabschnitt dazwischen versehen ist. Der äußere Manschettenring 7 ist dazu geeignet, gemeinsam mit beiden Reihen als ein äußerer Ring zu dienen. Mehrere Kugeln 11a für die erste Reihe sind zwischen den ersten äußeren Laufring 10a und den ersten inneren Laufring 8a eingesetzt, und mehrere Kugeln 11b für die zweite Reihe sind zwischen den zweiten äußeren Laufring 10b und den zweiten inneren Laufring 8a eingesetzt.
Die Kugeln 11a und 11b sind zum Beispiel aus einem Keramikmaterial hergestellt und sind in ihrem Durchmesser gleich. Dies liegt daran, dass der Außendurchmesser des inneren Rings 9 der gleiche wie jener des Wellenabschnitts 6a mit größerem Durchmesser der abgestuften Welle 6 ist.
Ein Ring 12 mit geringer Ausdehnung ist um den Außenumfang des äußeren Manschettenrings 7 pressgepasst. Der Ring 12 mit geringer Ausdehnung besteht aus einem Material mit einem niedrigeren Faktor der linearen Wärmeausdehnung als dem eines Materials des äußeren Manschettenrings 7.
Der Ring 12 mit geringer Ausdehnung ist ein gerades zylinderförmiges Element, wobei jeder von dem Innen- und dem Außendurchmesser über die Achsenrichtung hinweg identisch ist. Der Ring mit geringer Ausdehnung ist dazu geeignet, sich an seiner inneren Umfangsfläche eng an die gesamte Oberfläche des Außenumfangs des äußeren Manschettenrings zu fügen. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Kugelkäfig.
Bei der Lagervorrichtung der zweiten Ausführungsform wird die Wärmeausdehnung der Bestandteile der Lagervorrichtung beim Erhöhen der Temperatur der Lagervorrichtung unter der Wirkung der Reibungshitze, die durch die Drehung oder den Betrieb des Lagers selbst erzeugt wird, oder der Wirkung von Wärmeenergie, die von außerhalb des Lagers zugeführt wird, in der gleichen Weise wie bei der Lagervorrichtung der oben erwähnten Ausführungsform verursacht werden. Doch die Ausdehnung des äußeren Manschettenrings 1 in der Durchmesserrichtung wird durch die Wirkung des darum pressgepassten Rings 12 mit geringer Ausdehnung beschränkt werden, d.h., das Ausmaß der Ausdehnung des Innendurchmessers der äußeren Laufringe 10a, 10b des äußeren Manschettenrings kann durch Festsetzen des Drucks, der durch den Ring 12 mit geringer Ausdehnung auf den äußeren Manschettenring ausgeübt werden soll, auf einen vernünftigen Wert so beschränkt werden, dass es dem Ausmaß der Ausdehnung des Außendurchmessers D₂ des ersten und des zweiten inneren Laufrings 8a, 8b im Wesentlichen gleich ist. Somit kann die Beabstandung zwischen den inneren und den äußeren Laufringen bei einem im Wesentlichen konstanten Wert gehalten werden. Der äußere Manschettenring neigt dazu, sich beim Erhöhen der Temperatur in der Achsenrichtung auszudehnen. Die Ausdehnung des äußeren Manschettenrings 7 in der Achsenrichtung wird zur Vergrößerung der Beabstandung D₄ zwischen dem ersten und dem zweiten äußeren Laufring 10a und 10b führen. Mit anderen Worten werden sich die äußeren Laufringe verschieben, um den zwischen den Laufringen jeder Reihe und den Kugeln definierten radialen Abstand zu verringern. Somit kann der radiale Abstand bei einem vernünftigen Wert gehalten werden, selbst wenn die Temperatur ansteigt, und kann dadurch eine stabile Umdrehung der Lagervorrichtung erhalten werden.
Bei der zwei Reihen von Kugeln aufweisenden Mehrstofflagervorrichtung wie jener der zweiten Ausführungsform wird zum Erhalt der stabilen Umdrehung eine passende Vorspannung auf den inneren Ring 9 ausgeübt, wenn die Lagervorrichtung hergestellt wird. Bei der Lagervorrichtung der vorliegenden Erfindung wird der radiale Abstand trotz der Veränderung der Temperatur bei einem vernünftigen Wert gehalten, so dass auch die Vorspannung beim vernünftigen Wert gehalten werden kann.
Bei der oben erwähnten Lagervorrichtung der zweiten Ausführungsform dient der äußere Manschettenring 7 als ein äußerer Ring, der sowohl der oberen als auch der unteren Reihe gemein ist, so dass die Anzahl der Teile verringert werden kann, der Durchmesser des Wellenabschnitts 6a mit größerem Durchmesser um die Dicke des äußeren Rings des Kugellagers vergrößert werden kann, und der Durchmesser des Wellenabschnitts 6b mit verringerter Dicke ebenfalls um die Dicke des äußeren Rings des Kugellagers vergrößert werden kann, d.h., eine im Allgemeinen dicke abgestufte Welle 6 erhalten werden kann.
Demgemäß kann eine abgestufte Welle 6 erhalten werden, die eine höhere Starrheit aufweist, über eine gute Haltbarkeit verfügt, an unrunden Umdrehungen gehindert wird, und eine gute Geräuschlosigkeit aufweist.
Obwohl die Welle bei der Lagervorrichtung der oben erwähnten Ausführungsform als abgestufte Welle 6 gebildet ist, kann die Welle eine gerade Welle wie jene der wie in 3 gezeigten dritten Ausführungsform sein.
Die Lagervorrichtung der dritten Ausführungsform ist auf Seiten der ersten Reihe von Kugeln 11a (d.h., der oberen Seite in 3) ebenfalls mit dem inneren Ring 9 versehen, während auf Seiten der zweiten Reihe von Kugeln 11c (d.h., der unteren Seite in 3) kein innerer Ring bereitgestellt ist und der zweite innere Laufring 8b direkt an der äußeren Umfangsfläche der geraden Welle 14 gebildet ist.
Daher sind die Kugeln 11c der zweiten Reihe in ihrem Durchmesser größer als die Kugeln 11a der ersten Reihe.
Der allgemeine Aufbau der Lagervorrichtung der dritten Ausführungsform ist mit Ausnahme der Anordnung der Welle und der Kugeln der zweiten Reihe im Wesentlichen mit jenem der zweiten Ausführungsform identisch.
Bei den Lagervorrichtungen der zweiten und der dritten Ausführungsform ist der Ring 12 mit geringer Ausdehnung ein gerades zylinderförmiges Element, während auch ein zylinderförmiges Element, das einen oberen und einen unteren Abschnitt 12a, 12b mit verringertem Innendurchmesser und einen dazwischen eingefügten dünnwandigen Abschnitt 12b mit größerem Innendurchmesser aufweist, als jede der wie in 4 bzw. 5 veranschaulichten vierten und fünften Ausführungsform verwendet werden kann. In solchen Fällen werden die äußeren Umfangsflächen des oberen und des unteren Abschnitts des äußeren Manschettenrings, deren innere Umfangsflächen mit dem ersten und dem zweiten äußeren Laufring 10a, 10b versehen sind, durch die innere Umfangsfläche des Abschnitts 12a, 12a mit verringertem Innendurchmesser einwärts gepresst.
Die wie in 5 gezeigte Lagervorrichtung der fünften Ausführungsform ist so eingerichtet, dass sie die abgestufte Welle 6 der in 4 gezeigten vierten Ausführungsform durch eine gerade Welle 14 ersetzt, während die anderen Bestandteile und Anordnungen als die Welle und die Kugeln der zweiten Reihe mit jenen der vierten Ausführungsform identisch sind.
Bei den Lagervorrichtungen der zweiten bis fünften Ausführungsform ist der äußere Manschettenring 7 oder das äußere Ringelement dazu geeignet, über seinen gesamten Außenumfang hinweg durch den Ring 12 mit geringer Ausdehnung in Manschettenform umgeben zu werden, während auch ein kurzer zylinderförmiger Ring mit geringer Ausdehnung wie jener der in 6 bis 19 veranschaulichten sechsten bis neunzehnten Ausführungsform verwendet werden kann, um einen Abschnitt des äußeren Ringelements zu umgeben. Außerdem können das äußere Ringelement und/oder der Ring mit geringer Ausdehnung anstatt durch den einen Ring vielmehr auch durch ein Paar aus einem oberen und einem unteren Ring gebildet werden. Diese Ausführungsformen werden nun wie folgt konkret beschrieben werden.
Bei den Lagervorrichtungen nach der in 6 und 7 gezeigten sechsten und siebenten Ausführungsform weist der äußere Manschettenring 7 einen oberen und einen unteren Abschnitt und einen mittleren Abschnitt auf. Der obere und der untere Abschnitt sind an ihrer inneren Umfangsfläche mit dem ersten bzw. dem zweiten Laufring 10a und 10b versehen. Der mittlere Abschnitt ist an seinem Außenumfang mit einem dünnwandigen Abschnitt 15 mit verringertem Außendurchmesser versehen. Ein Ring 16 mit geringer Ausdehnung ist um den Abschnitt 15 mit verringertem Außendurchmesser pressgepasst.
Der Außendurchmesser des Rings 16 mit geringer Ausdehnung ist der gleiche wie jener des oberen und des unteren Abschnitts des äußeren Manschettenrings 7, so dass eine Lagervorrichtung mit gerader Gestaltung, die einen im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser aufweist, erhalten werden kann.
Die wie in 7 gezeigte Lagervorrichtung der siebenten Ausführungsform ist so eingerichtet, dass sie die abgestufte Welle 6 der in 6 gezeigten sechsten Ausführungsform durch eine gerade Welle 14 ersetzt, während die anderen Bestandteile und Anordnungen als die Welle und die Kugeln der zweiten Reihe mit jenen der sechsten Ausführungsform identisch sind.
Obwohl bei der oben erwähnten sechsten und siebenten Ausführungsform ein Paar von äußeren Laufringen 10a und 10b an der Innenfläche des äußeren Manschettenrings 7 gebildet ist, kann der äußere Manschettenring durch ein Paar aus einem ersten und einem zweiten äußeren Manschettenring 7a, 7b wie jenen der wie in 8 bis 11 gezeigten achten bis elften Ausführungsform gebildet sein.
Bei der achten und der neunten Ausführungsform ist jeder aus dem ersten und dem zweiten äußeren Manschettenring 7a und 7b am einander gegenüberliegenden Ende jeweils mit einem abgestuften Abschnitt 17a, 17b mit verringertem Außendurchmesser ausgebildet. Die Endflächen dieser abgestuften Abschnitte mit verringertem Außendurchmesser sind mit einer hohen Genauigkeit bearbeitet, um eng miteinander in Kontakt zu treten. Ein Ring 16 mit geringer Ausdehnung ist dazu geeignet, um den Außenumfang der Abschnitte 17a, 17b mit verringertem Außendurchmesser pressgepasst zu werden.
Die wie in 9 gezeigte Lagervorrichtung der neunten Ausführungsform ist so eingerichtet, dass sie die abgestufte Welle 6 der in 8 gezeigten achten Ausführungsform durch eine gerade Welle 14 ersetzt, während die anderen Bestandteile und Anordnungen als die Welle und die Kugeln der zweiten Reihe mit jenen der achten Ausführungsform identisch sind.
Bei der zehnten und der elften Ausführungsform ist jeder aus dem ersten und dem zweiten äußeren Manschettenring 7a und 7b am einander gegenüberliegenden Ende jeweils mit einem abgestuften Abschnitt 17a, 17b mit verringertem Außendurchmesser ausgebildet. Die Endflächen dieser abgestuften Abschnitte mit verringertem Außendurchmesser sind mit einer hohen Genauigkeit bearbeitet, um eng miteinander in Kontakt zu treten. Jeder aus einem ersten und einem zweiten Ring 16a, 16b mit geringer Ausdehnung ist dazu geeignet, jeweils um den Außenumfang eines jeden der Abschnitte 17a, 17b mit verringertem Außendurchmesser pressgepasst zu werden.
Die wie in 11 gezeigte Lagervorrichtung der elften Ausführungsform ist so eingerichtet, dass sie die abgestufte Welle 6 der in 10 gezeigten zehnten Ausführungsform durch eine gerade Welle 14 ersetzt, während die anderen Bestandteile und Anordnungen als die Welle und die Kugeln der zweiten Reihe mit jenen der zehnten Ausführungsform identisch sind.
Bei den Lagervorrichtungen der achten bis elften Ausführungsform kann der Vorgang der Presspassung des Rings oder der Ringe mit geringer Ausdehnung um die Abschnitte mit verringertem Außendurchmesser des äußeren Manschettenrings leichter durchgeführt werden, da die äußeren Manschettenringe dieser Ausführungsformen in den oberen und den unteren äußeren Ring geteilt oder getrennt werden können.
Bei den Lagervorrichtungen der oben beschriebenen zweiten bis siebenten Ausführungsform weist der äußere Manschettenring 7 an sich ein Paar von äußeren Laufringen auf. Es ist schwierig, diese beiden äußeren Laufringe unter hochgenauer Sicherstellung der Konzentrizität und/oder der Parallelität zwischen den Laufwegen zu bearbeiten. Dieser Bearbeitungsvorgang ist besonders schwierig, wo die Kugeln der ersten Reihe verhältnismäßig weiter von jenen der zweiten Reihe beabstandet sind. Dagegen kann die Tätigkeit zur Bearbeitung der äußeren Laufringe bei den Lagervorrichtungen der achten bis elften Ausführungsform verhältnismäßig leicht durchgeführt werden. Dies liegt daran, dass der äußere Manschettenring in zwei äußere Manschettenringe 2a, 2b geteilt ist und die Bearbeitungstätigkeit bei jedem dieser äußeren Manschettenringe durchgeführt werden könnte. Mit anderen Worten können die Laufringe leicht mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden. Dies wird den großen Vorteil mit sich bringen, dass die Laufringe mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden können, selbst wenn die Beabstandung zwischen den Kugeln der ersten Reihe und jenen der zweiten Reihe verhältnismäßig groß ist.
Wie im Fall der in 12 und 13 gezeigten zwölften und dreizehnten Ausführungsform können dünnwandige abgestufte Abschnitte mit verringertem Außendurchmesser 17a und 17b um den oberen und den unteren Abschnitt des äußeren Manschettenrings 7 gebildet werden. Die Ringe 16a, 16b mit geringer Ausdehnung können darum herum pressgepasst werden.
Die Lagervorrichtung der in 13 gezeigten dreizehnten Ausführungsform ist so eingerichtet, dass sie die abgestufte Welle 6 der in 12 gezeigten zwölften Ausführungsform durch eine gerade Welle 14 ersetzt, während die anderen Bestandteile und Anordnungen als die Welle und die Kugeln der zweiten Reihe mit jenen der zwölften Ausführungsform identisch sind.
Die wie in 14 und 15 gezeigten Lagervorrichtungen der vierzehnten und der fünfzehnten Ausführungsform weisen auf Seiten der ersten Reihe von Kugeln 11a einen äußeren Manschettenring 7a auf, der an seiner inneren Umfangsfläche den ersten äußeren Laufring 10a aufweist, und weisen auf Seiten der zweiten Reihe von Kugeln 11b einen unabhängigen kurzen äußeren Ring 18 auf, der an seiner inneren Umfangsfläche den zweiten äußeren Laufring 10b aufweist. Das äußere Ringelement ist durch den äußeren Manschettenring 7a und den unabhängigen äußeren Ring 18 gebildet.
Der erste äußere Laufring 10a ist am Innenumfang des oberen Abschnitts des äußeren Manschettenrings 7a gebildet, während um die äußere Umfangsfläche dieses Abschnitts ein abgestufter Abschnitt 17a mit verringertem Außendurchmesser gebildet ist. Der erste Ring 16a mit geringer Ausdehnung ist über den Außenumfang des abgestuften Abschnitts mit verringertem Außendurchmesser pressgepasst. Der zweite Ring 16b mit geringer Ausdehnung ist über den Außenumfang des unabhängigen äußeren Rings 18 pressgepasst.
Die einander gegenüberliegenden Endflächen des äußeren Manschettenrings 7a und des unabhängigen äußeren Rings 18 sind mit hoher Genauigkeit bearbeitet, um eng miteinander in Kontakt zu treten. Der Außendurchmesser des unabhängigen äußeren Rings 18 ist der gleiche wie jener des abgestuften Abschnitts 17a mit verringertem Außendurchmesser des äußeren Manschettenrings 7a. Der erste und der zweite Ring 16a und 16b mit geringer Ausdehnung weisen den gleichen Innen- und Außendurchmesser auf. Somit kann eine Lagervorrichtung erhalten werden, die eine im Wesentlichen gerade äußere Umfangsfläche mit gleichem Außendurchmesser in der Achsenrichtung aufweist.
Die wie in 15 gezeigte Lagervorrichtung der fünfzehnten Ausführungsform ist so eingerichtet, dass sie die abgestufte Welle 6 der in 14 gezeigten vierzehnten Ausführungsform durch eine gerade Welle 14 ersetzt, während die anderen Bestandteile und Anordnungen als die Welle und die Kugeln der zweiten Reihe mit jenen der vierzehnten Ausführungsform identisch sind.
Die wie in 16 bis 19 gezeigten Lagervorrichtungen der sechzehnten bis neunzehnten Ausführungsform sind dazu geeignet, in einer der Kugelreihen ein einreihiges Kugellager 19 zu verwenden. Das Kugellager 19 weist einen inneren und einen äußeren Ring 20 und 21, mehrere dazwischen eingesetzte Kugeln 22 aus einem Keramikmaterial, und den um den Außenumfang des äußeren Rings 21 pressgepassten ersten Ring 16a mit geringer Ausdehnung auf.
Bei den wie in 16 und 17 gezeigten Lagervorrichtungen der sechzehnten und der siebzehnten Ausführungsform ist der zweite äußere Laufring 10b auf Seiten der anderen Reihe von Kugeln 11b am Innenumfang des unteren Abschnitts des äußeren Manschettenrings 7b gebildet, während um die äußere Umfangsfläche dieses Abschnitts ein abgestufter Abschnitt 17b mit verringertem Außendurchmesser gebildet ist. Der zweite Ring 16b mit geringer Ausdehnung ist über die äußere Umfangsfläche des abgestuften Abschnitts 17b mit verringertem Durchmesser pressgepasst. Das andere Ringelement ist durch die Kombination aus dem äußeren Manschettenring 7b und dem äußeren Ring 21 des Kugellagers gebildet.
Die einander gegenüberliegenden Endflächen des äußeren Rings 21 des Kugellagers und des äußeren Manschettenrings 7b sind mit hoher Genauigkeit bearbeitet, um eng miteinander in Kontakt zu treten. Der Außendurchmesser des äußeren Rings 21 ist der gleiche wie jener des abgestuften Abschnitts 17b mit verringertem Durchmesser des äußeren Manschettenrings 7b. Der erste und der zweite Ring 16a und 16b mit geringer Ausdehnung weisen den gleichen Innen- und Außendurchmesser auf. Somit kann eine Lagervorrichtung erhalten werden, die eine im Wesentlichen gerade äußere Umfangsfläche mit gleichem Außendurchmesser in der Achsenrichtung aufweist.
Die wie in 17 gezeigte Lagervorrichtung der fünfzehnten Ausführungsform ist so eingerichtet, dass sie die abgestufte Welle 6 der in 16 gezeigten sechzehnten Ausführungsform durch eine gerade Welle 14 ersetzt, während die anderen Bestandteile und Anordnungen als die Welle und die Kugeln der zweiten Reihe mit jenen der sechzehnten Ausführungsform identisch sind.
Die wie in 18 und 19 gezeigten Lagervorrichtungen der achtzehnten und der neunzehnten Ausführungsform weisen auf Seiten der zweiten Reihe von Kugeln 11b einen unabhängigen kurzen äußeren Ring 18 auf, der an seiner inneren Umfangsfläche den zweiten äußeren Laufring 10b aufweist. Der zweite Ring 16b mit geringer Ausdehnung ist um die äußere Umfangsfläche am äußeren Ring pressgepasst.
Das äußere Ringelement ist durch den äußeren Ring 21 des Kugellagers, den unabhängigen äußeren Ring 18 und ein zylinderförmiges Distanzstück 23, das zwischen die äußeren Ringe 21 und 18 eingesetzt ist, gebildet. Die beiden Endflächen des Distanzstücks 23, die Endfläche des äußeren Rings 21, die einer der Endflächen des Distanzstücks gegenüberliegt, und die Endfläche des unabhängigen äußeren Rings 18, die der anderen der Endfläche des Distanzstücks gegenüberliegt, sind mit hoher Genauigkeit bearbeitet, um eng miteinander in Kontakt zu treten.
Der Außendurchmesser des äußeren Rings 21 des Kugellagers ist der gleiche wie jener des unabhängigen äußeren Rings 18. Der erste und der zweite Ring 16a und 16b mit geringer Ausdehnung weisen den gleichen Innen- und Außendurchmesser auf. Der Innendurchmesser des Distanzstücks 23 ist der gleiche wie jener des äußeren Rings 21 des Kugellagers und jener des unabhängigen äußeren Rings 18. Der Außendurchmesser des Distanzstücks 23 ist der gleiche wie jener der Ringe 16a und 16b mit geringer Ausdehnung. Somit kann eine Lagervorrichtung erhalten werden, die eine im Wesentlichen gerade äußere Umfangsfläche mit gleichem Außendurchmesser in der Achsenrichtung aufweist.
Bei den Lagervorrichtungen der achtzehnten und der neunzehnten Ausführungsform kann das Material, das zum Herstellen des äußeren Rings 21 des Kugellagers und des unabhängigen Rings 18 eingesetzt wird, von jenem für das Distanzstück 23 verschieden sein.
Konkret ausgedrückt sind die äußeren Ringe 21, 18 gewöhnlich aus einem Eisenmaterial hergestellt, wohingegen das Distanzstück 23 zum Beispiel aus einem Material mit einem verhältnismäßig größeren Faktor der linearen Wärmeausdehnung wie etwa Aluminium oder Kunstharz gebildet ist.
In einem solchen Fall dehnt sich das Distanzstück 23 beim Erhöhen der Temperatur der Lagervorrichtung unter der Wirkung der Reibungshitze, die durch die Drehung oder den Betrieb des Lagers selbst erzeugt wird, in der Achsenrichtung aus und wird die Beabstandung zwischen den äußeren Ringen 21 und 18 oder die Beabstandung zwischen den äußeren Laufringen 10a und 10b vergrößert, d.h., werden beide äußeren Laufringe in Bezug auf die Kugeln verschoben, um den radialen Abstand zu verringern. Dadurch wird die auf die Kugeln auszuübende Vorspannung bei einem vernünftigen Wert gehalten werden.
Die wie in 19 gezeigte Lagervorrichtung der neunzehnten Ausführungsform ist so eingerichtet, dass sie die abgestufte Welle 6 der in 18 gezeigten achtzehnten Ausführungsform durch eine gerade Welle 14 ersetzt, während die anderen Bestandteile und Anordnungen als die Welle und die Kugeln der zweiten Reihe mit jenen der achtzehnten Ausführungsform identisch sind.
Die Lagervorrichtungen der zweiten bis elften Ausführungsform weisen eine gerade Gestaltung auf, die über ihre Länge hinweg in ihrem Außendurchmesser gleich ist, so dass die Lagervorrichtung mit einem Drehelement eines Motors, in dem die Lagervorrichtung aufgenommen werden soll, wie etwa einer Rotornabe zusammengesetzt werden kann, ohne einen besonderen Bearbeitungsvorgang wie etwa die Herstellung jeglicher Stufen am Drehelement zu benötigen.
Obwohl bei den Lagervorrichtungen der ersten bis neunzehnten Ausführungsform Kugeln aus einem Keramikmaterial verwendet werden, um die Haltbarkeit der Lagervorrichtung zu verbessern, können auch Kugeln aus Stahl oder einem anderen Material verwendet werden.
Die Lagervorrichtung mit der wie oben beschriebenen Anordnung oder dem wie oben beschriebenen Aufbau nach der vorliegenden Erfindung wird die folgenden Wirkungen oder Vorteile bereitstellen.
Die Ausdehnung des äußeren Ringelements in der Durchmesserrichtung wird durch den Ring mit geringer Ausdehnung beschränkt, selbst wenn beim Erhöhen der Temperatur der Lagervorrichtung eine Wärmeausdehnung der Bestandteile der Lagervorrichtung verursacht werden wird, da der aus einem Material mit einem niedrigeren Faktor der linearen Wärmeausdehnung als jenem des Material, das beim äußeren Ringelement verwendet wird, hergestellte Ring mit geringer Ausdehnung um die äußere Umfangsfläche des äußeren Ringelements pressgepasst ist. Somit kann auch das Ausmaß der Ausdehnung des Innendurchmessers der äußeren Laufringe, die am Innenumfang des äußeren Ringelements gebildet sind, bei einem verhältnismäßig niedrigeren Wert gehalten werden. Der Ring mit geringer Ausdehnung ist zum Beispiel aus einem derartigen Keramikmaterial gebildet.
Im Fall der Lagervorrichtung mit einem doppelreihigen Lager neigt der äußere Manschettenring 7 beim Erhöhen der Temperatur der Vorrichtung zu einer Ausdehnung in der Achsenrichtung und wird die Beabstandung zwischen dem ersten und dem zweiten äußeren Laufring vergrößert, um die äußeren Laufringe in Bezug auf die Kugeln jeder Reihe zu verschieben, um den radialen Abstand zu verringern. Daher kann die auf die Kugeln auszuübende Vorspannung bei einem vernünftigen Wert gehalten werden.
Somit kann der radiale Abstand der Lagervorrichtung bei einem passenden Wert gehalten werden und kann auch die Genauigkeit der Umdrehung konstant stabil gehalten werden, selbst wenn die Temperatur der Lagervorrichtung verändert wird. In diesem Zusammenhang kann die Erzeugung von unrunden Umdrehungen und damit verbundenen Geräuschen verringert werden.
Bei der Lagervorrichtung, die Kugeln aus einem Keramikmaterial aufweist, ist die Haltbarkeit der Kugeln höher als jene von Kugeln aus einem Stahlmaterial, weshalb eine Lagervorrichtung mit längerer Lebensdauer erhalten werden kann.

Claims

Lagervorrichtung, aufweisend einen inneren und einen äußeren Ring (1, 2) und dazwischen eingefügte Kugeln (3), wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie umfasst: einen Ring (4) mit geringer Ausdehnung, der um den Außenumfang des äußeren Rings (2) angebracht ist, wobei der Ring (4) mit geringer Ausdehnung aus einem Material mit einem niedrigeren Koeffizienten der linearen Wärmeausdehnung als dem des Materials des äußeren Rings hergestellt ist.
Mehrstofflagervorrichtung, aufweisend eine Welle (6), an der ein innerer Ring (9) gleitfähig angebracht ist, ein zylinderförmiges äußeres Ringelement (7), das die Welle (6) umgibt, mehrere Kugeln, die eine erste Reihe (11a) bilden, welche eingesetzt ist zwischen einen ersten inneren Laufring (8a), der am Außenumfang des inneren Rings (9) gebildet ist, und einen ersten äußeren Laufring (10a), der am Innenumfang des äußeren Ringelements (7) gebildet ist, mehrere Kugeln, die eine zweite Reihe (11b) bilden, welche eingesetzt ist zwischen einen zweiten inneren Laufring (8b), der direkt am Außenumfang der Welle (6) gebildet ist, und einen zweiten äußeren Laufring (10b), der am Innenumfang des äußeren Ringelements (7) gebildet ist, wobei die Lagervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie umfasst: einen Ring (12) mit geringer Ausdehnung, der um den Außenumfang des äußeren Ringelements (7) angebracht ist, wobei der Ring (12) mit geringer Ausdehnung aus einem Material mit einem niedrigeren Koeffizienten der linearen Wärmeausdehnung als dem eines Materials des äußeren Ringelements (7) hergestellt ist.
Mehrstofflagervorrichtung, aufweisend eine abgestufte Welle (6), die einen Wellenabschnitt (6a) mit größerem Durchmesser und einen Wellenabschnitt (6b) mit verringertem Durchmesser aufweist, einen inneren Ring (9), der gleitfähig um den Wellenabschnitt (6b) mit verringertem Durchmesser der abgestuften Welle (6) angebracht ist, und ein zylinderförmiges äußeres Ringelement (7), das die Welle (6) umgibt, mehrere Kugeln, die eine erste Reihe (11a) bilden, welche eingesetzt ist zwischen einen ersten inneren Laufring (8a), der am Außenumfang des inneren Rings (9) gebildet ist, und einen ersten äußeren Laufring (10a), der am Innenumfang des äußeren Ringelements (7) gebildet ist, und mehrere Kugeln, die eine zweite Reihe (11b) bilden, welche eingesetzt ist zwischen einen zweiten inneren Laufring (8b), der direkt am Außenumfang des Wellenabschnitts (6a) mit größerem Durchmesser der Welle (6) gebildet ist, und einen zweiten äußeren Laufring (10b), der am Innenumfang des äußeren Ringelements (7) gebildet ist, wobei die Lagervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie umfasst: einen Ring (12) mit geringer Ausdehnung, der um den Außenumfang des äußeren Ringelements (7) angebracht ist, wobei der Ring (12) mit geringer Ausdehnung aus einem Material mit einem niedrigeren Koeffizienten der linearen Wärmeausdehnung als dem eines Materials des äußeren Ringelements (7) hergestellt ist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der innere Ring (9) mit einem vernünftigen Ausmaß an Vorspannung an der Welle (6) befestigt ist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Außendurchmesser des inneren Rings (9) mit dem des Wellenabschnitts (6b) mit größerem Durchmesser der abgestuften Welle (6) identisch ist, und die Kugeln der ersten Reihe (11a) Durchmesser aufweisen, die mit jenen der zweiten Reihe (11b) identisch sind.
Lagervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kugeln aus einem Keramikmaterial bestehen.
Lagervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ringe (4, 12) mit geringer Ausdehnung aus einem Keramikmaterial bestehen.
Lagervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ring (4, 12) mit geringer Ausdehnung auf den äußeren Ring (2, 7) pressgepasst ist.