DE60116574T2

DE60116574T2 - Mehrteiliger Lagerzusammenbau

Info

Publication number: DE60116574T2
Application number: DE60116574T
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: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: EP1170519A2; EP1170519B1; JP2002005157A; EP1170519A3; US6599021B2; US20010055433A1; DE60116574D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Lager, vorzugsweise zum Lagern von drehenden Abschnitten von Büroautomatisierungsgeräten, wie z. B. Computern und Peripheriegeräten für diese.
Beschreibung des Standes der Technik
Die Lagervorrichtung wird verwendet, um einen drehenden Abschnitt, wie z. B. einen Motor, für den Antrieb einer oder mehrerer Magnetplatten oder eines Schwingarms einer Festplattenlaufwerksvorrichtung als Peripherieeinrichtung für Computer zu lagern. Wie 13 zeigt, enthält die Lagervorrichtung ein oberes und ein unteres Kugellager 32, 33, die auf einer Welle 31 aufgesetzte und befestigte innere Ringe 32a, 33a und in eine Buchse 34 eingesetzte äußere Ringe 32b, 33b umfassen.
In 13 sind Kugeln mit Bezugszeichen 32c, 33c bezeichnet, Kugelkäfige mit Bezugszeichen 35 bezeichnet und ein Abstandhalter ist mit Bezugszeichen 36 bezeichnet.
Bei ansteigender Lagertemperatur unter der Einwirkung der von der Umdrehung oder dem Betrieb der Lagervorrichtung selbst erzeugten Reibungswärme oder unter der Einwirkung von von außerhalb des Lagers zugeführter Wärmeenergie dehnen sich die Bauteile des Lagers in verschiedenen Dimensionen aus. Im Falle der Kugellager 32, 33 ist die Reihenfolge des Ausmaßes der Ausdehnung in diametraler Richtung der Bauteile:
äußerer Ring > innerer Ring > Kugeln.
Mit anderen Worten ist der Abstand zwischen der inneren und der äußeren Laufrille des inneren und des äußeren Rings, der sich bei Anstieg der Lagertemperatur vergrößert, größer als das Ausmaß der Ausdehnung der Kugeln, sodass der von der inneren und der äußeren Laufrille des inneren und des äußeren Rings auf die Kugeln ausgeübte Druck, das heißt die Vorspannung, vermindert wird. Dies verursacht ein Variieren der Resonanzfrequenz bei der Drehung der Lagervorrichtung und in einigen Fällen wird eine Resonanz mit den anderen Bauteilen des Gerätes, in welches das Lager eingebaut ist, verursacht.
Wenn die Lagervorrichtung nach dem Stand der Technik mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau in dem drehenden Abschnitt eines Motors für den Antrieb der Festplattenlaufwerksvorrichtung verwendet wird, führt manchmal die Vibration der Antriebsvorrichtung, die durch die Resonanz mit den anderen Bauteilen, wie z. B. einem Schwingarm oder einem Gehäuse verursacht wird, zu Fehlern bei der Genauigkeit des Schreibens oder Auslesens von Daten. Auch besteht die Gefahr, dass durch die Vibration verursachte Geräusche erzeugt werden und die Laufruhe der Laufwerksvorrichtung reduziert wird.
Unter der Voraussetzung, dass die Differenz des Ausmaßes der Wärmeausdehnung der inneren und der äußeren Ringe weiter erhöht wird, bildet sich ein Spalt zwischen den Kugeln und den Laufrillen der inneren und der äußeren Ringe und eine Laufungenauigkeit der Motornabe und eine Laufungenauigkeit der Oberfläche der Magnetplatte bzw. der Magnetplatten auf Grund der Laufungenauigkeit der Motornabe ist die Folge. Dies verschlechtert die Zuverlässigkeit der Festplattenlaufwerksvorrichtung.
Obgleich die Kugeln gewöhnlich aus Stahlmaterial hergestellt werden, kann zur Verbesserung ihrer Dauerhaftigkeit auch Keramikmaterial verwendet werden. In diesem Fall wird das vorstehend beschriebene Problem, das durch das unterschiedliche Ausmaß der Wärmeausdehnung zwischen den Bauteilen verursacht wird, noch verstärkt, da das Ausmaß der Wärmeausdehnung von Keramikmaterial noch geringer ist als dasjenige von Stahlmaterial.
Demgemäß ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lagervorrichtung zu schaffen, bei der eine geeignete Vorspannung konstant an die Kugeln angelegt wird, auch wenn sich die Bauteile der Lagervorrichtung durch Zunahme ihrer Temperatur ausdehnen. Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lagervorrichtung mit hoher Laufgenauigkeit zu schaffen, bei welcher die Schwankungen der Resonanzfrequenz und die durch Temperaturschwankungen verursachte Laufungenauigkeit vermindert sind.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Um den Zweck der vorliegenden Erfindung zu erreichen, enthält eine Lagervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
eine Welle, ein zylindrisches äußeres Ringelement, das die Welle umgibt, und mehrere Kugeln der ersten und der zweiten Reihe, die zwischen der Welle und dem äußeren Ringelement angeordnet sind, wobei die Lagervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass:
das äußere Ringelement obere und untere Abschnitte und einen zentralen Abschnitt dazwischen enthält,
zwei äußere Laufringe für die erste und die zweite Kugelreihe auf der inneren umfänglichen Fläche des oberen und des unteren Abschnitts des äußeren Ringelementes ausgebildet sind,
ein Pressring aus dem selben Material wie das, das zum Bilden des äußeren Ringelementes verwendet wird, oder aus jedem anderen Material mit im wesentlichen dem selben Koeffizienten für die lineare thermische Ausdehnung wie der des äußeren Ringelementes um die äußere Peripherie des zentralen Abschnitts des äußeren Ringelementes angeordnet ist, um das äußere Ringelement elastisch nach innen zu verformen, um einen nach innen vorstehenden Pressabschnitt auszubilden.
Eine Verbundlagervorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält
eine Welle, an der ein Innenring verschiebbar angeordnet ist, ein zylindrisches äußeres Ringelement, das die Welle umgibt, mehrere Kugeln der ersten Reihe, die zwischen einem ersten inneren Laufring, der an der äußeren Peripherie des Innenrings angeordnet ist, und einem ersten äußeren Laufring eingesetzt ist, der an der inneren Peripherie des äußeren Ringelementes ausgebildet ist, mehrere Kugeln der zweiten Reihe, die zwischen dem zweiten inneren Laufring, der direkt an der äußeren Peripherie der Welle ausgebildet ist, und dem zweiten äußeren Laufring eingesetzt ist, der an der inneren Peripherie des äußeren Ringelementes ausgebildet ist, wobei die Lagervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass:
das äußere Ringelement einen oberen und einen unteren Abschnitt, an deren inneren Peripherien jeweils der erste und der zweite äußere Laufring vorgesehen sind, und einen zentralen Abschnitt dazwischen enthält,
ein Pressring aus dem selben Material wie das, das zum Ausbilden des äußeren Ringelementes verwendet wird, oder aus jedem anderen Material mit im wesentlichen dem selben Koeffizienten für die lineare thermische Ausdehnung wie der des äußeren Ringelementes, um die äußere Peripherie des zentralen Abschnitts des äußeren Ringelementes angeordnet ist, um das äußere Ringelement elastisch nach innen zu verformen, um einen nach innen vorstehenden Pressabschnitt auszubilden,
wobei der innere Ring unter Aufbringen einer geeigneten Vorspannung auf diesen an der Welle befestigt ist.
Eine Verbundlagervorrichtung gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
eine abgestufte Welle, die einen Wellenabschnitt mit größerem Durchmesser und einen Wellenabschnitt mit kleinerem Durchmesser hat, einen Innenring, der verschiebbar um den Wellenabschnitt mit kleinerem Durchmesser der abgestuften Welle angeordnet ist, und ein zylindrisches äußeres Ringelement, das die Welle umgibt, wobei mehrere Kugeln der ersten Reihe zwischen dem ersten inneren Laufring, der an der äußeren Peripherie des Innenrings ausgebildet ist, und dem ersten äußeren Laufring, der an dem inneren Umfang des äußeren Ringelementes ausgebildet ist, eingesetzt sind, und mehrere Kugeln der zweiten Reihe zwischen dem zweiten inneren Laufring, der direkt an der äußeren Peripherie des Wellenabschnitts mit größerem Durchmesser ausgebildet ist, und dem zweiten äußeren Laufring, der an der inneren Peripherie des äußeren Ringelementes ausgebildet ist, eingesetzt sind, wobei die Lagervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass:
das äußere Ringelement einen oberen und einen unteren Abschnitt umfasst, an deren innerem Umfang jeweils der erste und der zweite äußere Laufring und ein dazwischenliegender zentraler Abschnitt vorgesehen sind,
ein Pressring aus dem selben Material, wie das, das zum Ausbilden des äußeren Ringelementes verwendet wird, oder aus jedem anderen Material mit im wesentlichen dem selben Koeffizienten für die lineare thermische Ausdehnung wie der des äußeren Ringelementes um die äußere Peripherie des zentralen Abschnitts des äußeren Ringelementes in Presspassung aufgesetzt ist, um das äußere Ringelement nach innen zu verformen, um einen nach innen vorstehenden Pressabschnitt auszubilden,
wobei der Innenring unter Aufbringen einer geeigneten Vorspannung auf diesen an der Welle befestigt ist, und
der Außendurchmesser des Innenrings dem des Wellenabschnitts mit größerem Durchmesser der abgestuften Welle entspricht und die Kugeln der ersten Reihe dieselben Durchmesser aufweisen wie die Kugeln der zweiten Reihe.
Die aus einem keramischen Material hergestellten Kugeln werden verwendet.
Bei der Verbundlagervorrichtung einer Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung ist ein dünnwandiger Abschnitt mit kleinerem Außendurchmesser um die äußere Peripherie des zentralen Abschnitts des äußeren Ringelementes gebildet und der Pressring ist im Presssitz um den Abschnitt mit dem kleineren Außendurchmesser angeordnet.
Bei der Verbundlagervorrichtung einer weiteren Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung enthält das äußere Ringelement den ersten und den zweiten äußeren Hüllenring, die axial nebeneinander liegen, wobei der erste und der zweite äußere Laufring jeweils an der Innenfläche des ersten und des zweiten Hüllenaußenrings ausgebildet sind, dünnwandige abgestufte Abschnitte mit kleinerem Außendurchmesser um benachbarte Endabschnitte des ersten und des zweiten Hüllenaußenrings ausgebildet sind und der Pressring um die abgestuften Abschnitte mit kleinerem Außendurchmesser in Presspassung angeordnet ist.
Bei der Verbundlagervorrichtung der weiteren Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung enthält das äußere Ringelement den ersten und den zweiten Hüllenaußenring, die axial nebeneinander liegen, wobei der erste und der zweite äußere Laufring jeweils an der Innenfläche des ersten und des zweiten Hüllenaußenrings ausgebildet sind, dünnwandige abgestufte Abschnitte mit kleinerem Außendurchmesser um nebeneinander liegende Endabschnitte des ersten und des zweiten Hüllenaußenrings ausgebildet sind und der erste und der zweite Pressring jeweils um die abgestuften Abschnitte mit kleinerem Außendurchmesser in Presspassung angebracht sind.
Bei der Verbundlagervorrichtung der weiteren Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung ist der Pressring an seiner inneren Peripherie mit einem dickwandigen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser ausgebildet, der mit einem Innendurchmesser ausgestattet ist, der kleiner ist als der Außendurchmesser des äußeren Ringelementes, wobei eine axiale Erstreckung des dickwandigen Abschnitts kleiner ist als der Abstand zwischen den beiden äußeren Laufringen und das äußere Ringelement durch den Abschnitt mit dem kleineren Innendurchmesser des Pressrings gedrückt wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Durchschnittsfachmann des Fachgebiets, zu dem die vorliegende Erfindung gehört, durch das Studium der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen offenbart, in denen:
1 eine vertikale Schnittansicht ist, die die Lagervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine vertikale Schnittansicht ist, die die Lagervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine vertikale Schnittansicht ist, die die Lagervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine vertikale Schnittansicht ist, die die Lagervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 eine vertikale Schnittansicht ist, die die Lagervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine vertikale Schnittansicht ist, die die Lagervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 eine vertikale Schnittansicht ist, die die Lagervorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 eine vertikale Schnittansicht ist, die die Lagervorrichtung gemäß der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 eine vertikale Schnittansicht ist, die die Lagervorrichtung gemäß der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 eine vertikale Schnittansicht ist, die die Lagervorrichtung gemäß der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 eine vertikale Schnittansicht ist, die die Lagervorrichtung gemäß der elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 eine vertikale Schnittansicht ist, die die Lagervorrichtung gemäß der zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
13 eine vertikale Schnittansicht ist, die die Lagervorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt.
Detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung
Bevorzugte Ausführungsformen einer Lagervorrichtung gemäß vorliegender Erfindung werden nachfolgend im Detail unter Bezug auf die in den beigefügten Zeichnungen dargestellten konkreten Beispiele beschrieben.
Eine Lagervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält eine abgestufte Welle 1, die einen Wellenabschnitt 1a mit größerem Durchmesser und einen Wellenabschnitt 1b mit kleineren Durchmesser hat, ein äußeres Ringelement bzw. einen Hüllenaußenring 2, der die abgestufte Welle umgibt, und einen um den Wellenabschnitt 1b der abgestuften Welle aufgesetzten Innenring 4. Der Innenring 4 hat einen ersten inneren Laufring 3a, der als eine Nut um diesen gebildet ist. Der Wellenabschnitt 1a mit größerem Durchmesser hat den zweiten inneren Laufring 3b, der als eine Nut um seinen äußeren Umfang gebildet ist.
Der Hüllenaußenring 2 umfasst einen oberen und einen unteren Abschnitt und einen dazwischenliegenden zentralen Abschnitt. Ein erster und ein zweiter äußerer Laufring 5a und 5b sind paarweise parallel als Nutenpaar direkt an der inneren Umfangsfläche des oberen und des unteren Abschnitts gebildet. Der Hüllenaußenring 2 ist so ausgelegt, dass er für beide Reihen gemeinsam als äußerer Ring dient. Mehrere Kugeln 6a für die erste Reihe sind zwischen den ersten äußeren Laufring 5a und den ersten inneren Laufring 3a gelegt und mehrere Kugeln 6b für die zweite Reihe sind zwischen den zweiten äußeren Laufring 5b und den zweiten inneren Laufring 3b gelegt.
Die Kugeln 6a und 6b sind beispielsweise aus Keramikmaterial hergestellt und haben den gleichen Durchmesser. Der Grund dafür liegt darin, dass der Außendurchmesser des Innenrings 4 gleich dem des Wellenabschnitts 1a mit größerem Durchmesser der abgestuften Welle ist.
Ein dünnwandiger Abschnitt 7 mit kleinerem Außendurchmesser ist am äußeren Umfang des zentralen Abschnitts des Hüllenaußenrings 2 gebildet. Ein Pressring 8 ist so ausgelegt, dass er in den Abschnitt 7 mit kleinerem Durchmesser eingepresst werden kann. Der Pressring ist aus einem Material hergestellt, das im wesentlichen den gleichen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die der Hüllenaußenring hat, wie z. B. Eisenmaterial oder Aluminiummaterial.
Der Innendurchmesser des Pressrings 8 ist kleiner als der Außendurchmesser des Abschnitts 7 mit kleinerem Außendurchmesser, bevor der Ring um diesen montiert wird. Der Montagevorgang des Rings auf dem Abschnitt 7 mit kleinerem Außendurchmesser wird durch eine Aufschrumpftechnik vollzogen. Der Außendurchmesser des Pressrings 8 ist gleich demjenigen des oberen und des unteren Abschnitts mit größerem Außendurchmesser des Hüllenaußenrings.
Wenn der Pressring 8 um den Abschnitt 7 mit kleinerem Außendurchmesser des Hüllenaußenrings 2 in Presspassung aufgebracht wird, wird der Ring 2 zusammengeschnürt bzw. nach innen gepresst, so dass sich an der inneren Umfangsfläche seines zentralen Abschnitts ein eingeschnürter Abschnitt 9 bildet, der unter der Einwirkung der elastischen Verformung des Hüllenaußenrings nach innen vorgewölbt ist.
Der Innendurchmesser des Pressrings 8 wird auf der Basis des für den Hüllenaußenring 2 verwendeten Materials und des Schwellenwerts der erhöhten Temperatur bei Betrieb der Lagervorrichtung bestimmt. Das Ausmaß der Verformung des eingeschnürten Abschnitts 9, der um den Hüllenaußenring 2 gebildet ist, sollte innerhalb der Elastizitätsgrenze des Materials des Hüllenaußenrings liegen. Bezugszeichen 10 bezeichnet jeweils einen Kugelkäfig.
Wenn die Lagervorrichtung mit der vorstehend beschriebenen Anordnung montiert werden soll, wird der Pressring 8 zunächst um den Abschnitt 7 mit kleinerem Außendurchmesser des Hüllenaußenrings 2 unter Verwendung einer Aufschrumpftechnik im Presssitz aufgebracht, um den eingeschnürten Abschnitt 9 an der inneren Umfangsfläche des Hüllenaußenrings zu bilden.
Auf diese Weise werden der obere und der untere Abschnitt des Hüllenaußenrings 2 zu dem eingeschnürten Abschnitt 9 hin gezogen, um so den Abstand D₃ in Längsrichtung zwischen den äußeren Laufringen relativ zu dem Zustand vor dem Aufpressen des Pressrings 8 zu reduzieren.
Nachfolgend wird der Innenring 4 verschiebbar um den Wellenabschnitt 1b mit kleinerem Durchmesser der abgestuften Welle 1 aufgeschoben, der Hüllenaußenring 2 und die Kugeln 6a, 6b der ersten und der zweiten Reihe werden um diesen eingebaut und der Innenring 4 wird auf dem Wellenabschnitt 1b mit kleinerem Durchmesser durch ein geeignetes Mittel, wie z. B. einen Klebstoff, unter Aufbringen eines geeigneten Vorspannungsdrucks auf die obere Stirnfläche des Innenrings 4 befestigt. Auf diese Weise wird das Verbundlager vollendet.
Unter der Auswirkung der von der Umdrehung oder dem Betrieb der Lagervorrichtung erzeugten Reibungswärme oder durch die Auswirkung von von außerhalb der Lagervorrichtung zugeführter Wärmeenergie steigt die Temperatur der Lagervorrichtung an. Bei ansteigender Temperatur wird eine Wärmeausdehnung jedes Bauteils der Lagervorrichtung verursacht. Das Ausmaß der Wärmeausdehnung des Hüllenaußenrings 2 in diametraler Richtung ist größer als das des Innenrings 4 und/oder der abgestuften Welle 1.
Folglich nimmt der Abstand D₁ zwischen dem ersten bzw. dem zweiten inneren Laufring und dem äußeren Laufring bei ansteigender Temperatur zu. In diesem Zusammenhang wird die Lagervorrichtung verformt, um die durch die Laufringe durch den Kontakt mit den Kugeln auf diese einwirkende Last zu reduzieren. Der Grund dafür liegt darin, dass das Ausmaß der Wärmeausdehnung der Kugeln geringer ist als das des Innenrings 4 und/oder der abgestuften Welle und des Hüllenaußenrings.
Andererseits ist der durchschnittliche Durchmesser des Pressrings 8 größer als derjenige des Hüllenaußenrings 2, sodass bei ansteigender Temperatur der Lagervorrichtung der Pressring sich in einem größeren Ausmaß als der Hüllenaußenring ausdehnt, der von dem Pressring 8 an den Hüllenaußenring 2 angelegte Pressdruck vermindert wird und der Hüllenaußenring 2 dazu tendiert, seine ursprüngliche gerade zylindrische Konfiguration unter der Auswirkung der elastischen Rückstellkraft wieder anzunehmen, d. h. der Innendurchmesser D₂ des eingeschnürten Abschnitts 9 wird erhöht bzw. das Ausmaß des Vorspringens desselben wird vermindert, sodass der Hüllenaußenring in axialer Richtung erweitert wird. Mit anderen Worten dehnt sich der Hüllenaußenring selbst axial und der Abstand in Längsrichtung D₃ zwischen dem ersten und dem zweiten Laufring 5a und 5b wird ebenfalls erhöht, sodass die Lagervorrichtung verformt wird, um die Vorspannung zu steigern.
In der Folge wird die Reduzierung des Vorspannungsdrucks auf die Kugeln durch die Erweiterung des Abstands D₁ zwischen dem ersten bzw. dem zweiten inneren Laufring der ersten und der zweiten Kugelreihe und dem äußeren Laufring durch die Erhöhung der Vorspannung auf die Kugeln auf Grund der Erweiterung des Abstands D₃ in Längsrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten äußeren Laufring ausgeglichen. Auf diese Weise kann eine angemessene Vorspannung aufrechterhalten werden, auch wenn die Temperatur der Vorrichtung ansteigt.
Bei der vorstehend beschriebenen Lagervorrichtung der ersten Ausführungsform dient die Hülle 2 gemeinsam für die obere und die untere Lagereinrichtung als ein äußerer Ring, sodass die Anzahl der Teile vermindert werden kann, der Durchmesser des Wellenabschnitts 1a mit größerem Durchmesser um die Summe der Dicke des inneren und des äußeren Rings des Kugellagers vergrößert werden kann und der Durchmesser des Wellenabschnitts 1b mit kleinerem Durchmesser ebenfalls um die Dicke des äußeren Rings des Kugellagers vergrößert werden kann, sodass allgemein eine dickere Welle erreicht werden kann.
Entsprechend kann eine abgestufte Welle 1 mit höherer Steifigkeit, guter Dauerhaftigkeit, gehemmter Laufungenauigkeit und guter Laufruhe erzielt werden.
In der vorstehend beschriebenen Lagervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ist die Welle zwar als die abgestufte Welle 1 ausgebildet, kann jedoch auch eine gerade Welle wie bei der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform sein.
Die Lagervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ist ebenfalls mit einem Innenring 4 auf der Seite der ersten Kugelreihe 6a (d. h. der Oberseite in 2) versehen. Demgegenüber ist auf der Seite der zweiten Kugelreihe 6c (d. h. der Unterseite in 2) kein Innenring vorgesehen, und der zweite innere Laufring 3b ist direkt auf der äußeren Umfangsfläche der geraden Welle 11 gebildet.
Somit haben die Kugeln 6c der zweiten Reihe einen größeren Durchmesser als die Kugeln 6a der ersten Reihe.
Der allgemeine Aufbau der Lagervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ist im wesentlichen identisch mit dem der ersten Ausführungsform, abgesehen von der Anordnung der Welle und der Kugeln der zweiten Reihe.
Die Lagervorrichtung gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform haben den Hüllenaußenring 2, der als ein gemeinsames äußeres Ringelement dient, das an seiner Innenfläche die äußeren Laufringe 5a, 5b der beiden Reihen aufweist. Der Außenring kann aber auch in einen oberen ersten Hüllenaußenring 2a und einen unteren zweiten Hüllenaußenring 2b wie in der in 3 bis 6 gezeigten dritten bis sechsten Ausführungsform geteilt sein.
In der dritten und der vierten Ausführungsform sind der erste und der zweite Hüllenaußenring 2a und 2b jeweils an ihren einander gegenüberliegenden Enden mit abgestuften Abschnitten 12a, 12b mit verringertem Außendurchmesser gebildet. Die Stirnflächen dieser abgestuften Abschnitte mit verringertem Außendurchmesser sind mit hoher Genauigkeit bearbeitet, sodass sie engen Kontakt haben. Ein Pressring 8 ist so ausgelegt, dass er im Presssitz um den äußeren Umfang der Abschnitte 12a, 12b mit verringertem Durchmesser gesetzt werden kann.
Die in 4 gezeigte Lagervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform ist so ausgelegt, dass eine gerade Welle 11 die abgestufte Welle 1 der in 3 gezeigten dritten Ausführungsform ersetzt und die Bauteile oder die Anordnungen abgesehen von der Welle und den Kugeln der zweiten Reihe sind mit denjenigen der dritten Ausführungsform identisch.
Bei der Lagervorrichtung gemäß der fünften und sechsten Ausführungsform sind die dünnwandigen abgestuften Abschnitte 12a, 12b mit kleinerem Außendurchmesser jeweils an den Enden des ersten und des zweiten Hüllenaußenrings 2a und 2b gebildet, die einander gegenüberliegen. Die Stirnflächen dieser abgestuften Abschnitte mit kleinerem Außendurchmesser sind mit hoher Genauigkeit bearbeitet, sodass sie in engem Kontakt miteinander liegen. Der erste und der zweite Pressring 8a, 8b sind jeweils so ausgelegt, dass sie jeweils um den äußeren Umfang des jeweiligen Abschnitts 12a, 12b mit kleinerem Außendurchmesser in Presspassung aufgebracht werden können.
Die in 6 gezeigte Lagervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform ist so ausgelegt, dass die abgestufte Welle 1 der in 5 gezeigten fünften Ausführungsform durch eine gerade Welle 11 ersetzt ist, und die Bauteile oder die Anordnungen abgesehen von der Welle und den Kugeln der zweiten Reihe sind mit denjenigen der fünften Ausführungsform identisch.
Bei der Lagervorrichtung der dritten bis sechsten Ausführungsform kann der Aufpressvorgang des Pressrings 8 oder der Ringe 8a, 8b um die Abschnitte 12a, 12b mit kleinerem Außendurchmesser des Hüllenaußenrings leichter durchgeführt werden als bei der ersten und zweiten Ausführungsform, da die Hüllenaußenringe dieser Ausführungsformen in einen oberen und einen unteren Außenring geteilt bzw. getrennt sind.
Bei der Lagervorrichtung der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform diente der Hüllenaußenring 2 als ein gemeinsames äußeres Ringelement, auf dem ein Paar äußere Laufringe gebildet sind. Es ist schwierig, diese beiden äußeren Laufringe so herzustellen, dass die Konzentrizität und/oder die Parallelität zwischen den Laufringen mit hoher Genauigkeit sichergestellt sind. Dieser Bearbeitungsvorgang ist insbesondere dann schwierig, wenn die Kugeln der ersten Reihe relativ weit von denjenigen der zweiten Reihe beabstandet sind. Im Gegensatz dazu kann bei der Lagervorrichtung gemäß der dritten bis sechsten Ausführungsform der Bearbeitungsvorgang der äußeren Laufringe mit hoher Genauigkeit relativ einfach durchgeführt werden. Der Grund dafür liegt darin, dass der Hüllenaußenring in zwei Hüllenaußenringe 2a, 2b geteilt ist und der Bearbeitungsvorgang an jedem dieser Hüllenaußenringe durchgeführt werden kann. Mit anderen Worten können die äußeren Laufringe ohne weiteres mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden. Dies bringt den großen Vorteil mit sich, dass die Laufringe auch dann mit hoher Genauigkeit ohne weiteres bearbeitet werden können, wenn der Abstand zwischen den Kugeln der ersten Reihe und denjenigen der zweiten Reihe relativ groß ist.
Bei der Lagervorrichtung gemäß der dritten bis sechsten Ausführungsform ist in der gleichen Weise wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform der Außendurchmesser des Pressrings 8 bzw. der Ringe 8a, 8b identisch mit dem des oberen und des unteren Abschnitts des Hüllenaußenrings 2 bzw. der Ringe 2a, 2b mit größerem Durchmesser.
Die Lagervorrichtung gemäß der vorstehend beschriebenen ersten bis sechsten Ausführungsform ist an ihrem Außendurchmesser gerade ausgebildet, sodass eine Rotornabe oder ein umlaufendes Element des Motors ohne weiteres an dem Lagerelement montiert werden können, ohne dass eine spezielle Bearbeitung der Rotornabe erforderlich ist.
Bei der Lagervorrichtung gemäß der vorstehend beschriebenen ersten bis sechsten Ausführungsform ist bzw. sind der dünnwandige Abschnitt 7 mit kleinerem Außendurchmesser oder die abgestuften Abschnitte 12a, 12b um den Hüllenaußenring ausgebildet und der Pressring 8 oder die Ringe 8a und 8b werden auf diese im Presssitz aufgebracht. Demgegenüber wird bei der Lagervorrichtung gemäß der siebten und achten Ausführungsform, wie in 7 und 8 gezeigt, ein Hüllenaußenring 13 mit gerader zylindrischer Konfiguration verwendet, der keinen abgestuften Abschnitt um seine äußere Umfangsfläche aufweist. Ein Pressring 14 kann um den äußeren Umfang des Hüllenaußenrings 13 montiert sein.
Die jeweiligen Pressringe 14 der siebten und der achten Ausführungsform haben eine gerade zylindrische Konfiguration mit einem äußeren Umfang mit konstantem Durchmesser in axialer Richtung. Der Pressring 14 hat an seiner inneren Umfangsfläche einen oberen und einen unteren Abschnitt mit größerem Innendurchmesser und einen dickwandigen Abschnitt 15 mit reduziertem Innendurchmesser dazwischen.
Der Innendurchmesser des oberen und des unteren Abschnitts mit größerem Innendurchmesser des Pressrings 14 ist größer als der Außendurchmesser des Hüllenaußenrings, sodass zwischen den jeweiligen Abschnitten mit größerem Innendurchmesser und der äußeren Umfangsfläche des Hüllenaußenrings ein leichter Spalt gebildet ist. Demgegenüber ist der Innendurchmesser des Abschnitts mit verringertem Innendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser des Hüllenaußenrings 13, sodass der Hüllenaußenring 13 durch den Abschnitt 15 mit verringertem Innendurchmesser nach innen gedrückt wird. Auf diese Weise wird der Hüllenaußenring unter dem Einfluss der Presskraft elastisch verformt und bildet einen eingeschnürten Abschnitt 9, der an seiner Innenfläche zwischen dem ersten und dem zweiten äußeren Laufring 5a, 5b nach innen vorspringt.
Der Innendurchmesser des Abschnitts 15 mit verringertem Innendurchmesser wird auf der Basis des für den Hüllenaußenring 13 verwendeten Materials und des Schwellenwertes der erhöhten Temperatur beim Betrieb der Lagervorrichtung bestimmt. Das Ausmaß der Verformung des eingeschnürten Abschnitts 9, der um den Hüllenaußenring 13 gebildet wird, sollte innerhalb der Elastizitätsgrenze des Materials des Hüllenaußenrings liegen.
Die in 9 bis 12 gezeigte Lagervorrichtung gemäß der neunten bis zwölften Ausführungsform ist dafür ausgelegt, die Anfangsverformung des Hüllenaußenrings 13 gemäß der vorstehend beschriebenen siebten und achten Ausführungsform zu erleichtern.
Die Lagervorrichtung gemäß der neunten und der zehnten Ausführungsform umfasst den Hüllenaußenring 13. Der Hüllenaußenring 13 kann in einen oberen und einen unteren Abschnitt, an deren Innenflächen der erste bzw. der zweite äußere Laufring 5a, 5b vorgesehen sind, und einen zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt liegenden zentralen Abschnitt geteilt werden. Der Hüllenaußenring 13 ist an der äußeren Umfangsfläche des zentralen Abschnitts mit einem Paar paralleler Umfangsnuten 16a, 16b versehen.
Bei der Lagervorrichtung gemäß der neunten und der zehnten Ausführungsform wird ein Abschnitt der Hülle, der zwischen den Umfangsnuten 16a, 16b begrenzt ist, durch den Abschnitt 15 mit kleinerem Innendurchmesser des Pressrings 14 beaufschlagt, sodass er sich nach innen verformt und einen eingeschnürten Abschnitt 9 bildet.
Der allgemeine Aufbau der Lagervorrichtung gemäß der zehnten Ausführungsform, die in 10 gezeigt ist, ist im wesentlichen mit dem der in 9 gezeigten neunten Ausführungsform identisch, abgesehen von der Anordnung der Welle und der Kugeln der zweiten Reihe.
Die in 11 und 12 gezeigte Lagervorrichtung gemäß der elften oder zwölften Ausführungsform hat einen Hüllenaußenring, der einen oberen und einen unteren Abschnitt und einen dazwischenliegenden zentralen Abschnitt umfasst. Der obere und der untere Abschnitt des Hüllenaußenrings 13 sind an ihren inneren Umfangsflächen mit dem ersten und dem zweiten äußeren Laufring 5a, 5b versehen. Der zentrale Abschnitt des Hüllenaußenrings ist an seiner inneren Umfangsfläche mit einem Abschnitt 17 mit größerem Innendurchmesser versehen, dessen Breite im wesentlichen identisch mit der des Abschnitts 15 mit kleinerem Innendurchmesser des Pressrings 14 ist.
Der Hüllenaußenring 13 der Lagervorrichtung gemäß der elften oder der zwölften Ausführungsform ist so ausgelegt, dass er um den Abschnitt 17 mit größerem Innendurchmesser unter dem Einfluss der Presskraft, die von dem Abschnitt 15 mit kleinerem Innendurchmesser des Pressrings 14 von der Außenseite des äußeren Rings 13 angelegt wird, nach innen verformt wird.
Der allgemeine Aufbau der in 12 gezeigten Lagervorrichtung gemäß der zwölften Ausführungsform ist im wesentlichen identisch mit dem der in 11 gezeigten elften Ausführungsform, abgesehen von der Anordnung der Welle und der Kugeln der zweiten Reihe.
Obgleich die Kugeln in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aus Keramikmaterial hergestellt sind, um ihre Dauerhaftigkeit zu verbessern, kann dafür auch Stahl oder jedes andere Material verwendet werden.
Die Lagervorrichtung der vorstehend beschriebenen Anordnung bzw. mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau gemäß vorliegender Erfindung hat die folgenden Auswirkungen oder Vorteile.
Der Pressring drückt den zentralen Abschnitt des äußeren Ringelements, das die Welle umgibt, sodass ein eingeschnürter Abschnitt gebildet wird, sodass sich bei ansteigender Temperatur der Lagervorrichtung die Bauteile der Lagervorrichtung ausdehnen und den Abstand zwischen den inneren und den äußeren Laufringen vergrößern. Andererseits erweitert sich das äußere Ringelement unter der Einwirkung der elastischen Rückstellkraft, sodass sich der axiale Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten äußeren Laufring vergrößert. Somit wird die an die Kugeln durch den Kontakt mit den inneren und den äußeren Laufringen angelegte Last, d. h. die an die Kugeln angelegte Vorspannung, auf einem vorbestimmten Wert gehalten.
Folglich kann die Umlaufgenauigkeit der Lagervorrichtung konstant gehalten werden, auch wenn Temperaturschwankungen in dieser auftreten. Es kann nachhaltig verhindert werden, dass die Resonanzfrequenz variiert. Laufungenauigkeiten und damit verbundene Geräusche können auch reduziert werden.
Durch Verwendung von Kugeln aus Keramikmaterial kann eine Lagervorrichtung mit längerer Lebensdauer erhalten werden. Der Grund dafür liegt in der größeren Lebensdauer von Keramikmaterial gegenüber Stahl.
In der in 3–6 gezeigten Lagervorrichtung gemäß der dritten bis sechsten Ausführungsform, bei der das äußere Ringelement aus einem Paar eines ersten und eines zweiten Hüllenaußenrings gebildet ist, kann der Bearbeitungsvorgang für den äußeren Laufring an dem äußeren Ringelement ohne weiteres durchgeführt werden, da ein Laufring jeweils an dem ersten bzw. dem zweiten Hüllenaußenring gebildet werden kann.
Während bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert und beschrieben wurden, ist des für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verbundlagervorrichtung mit einer Welle (1), einem zylindrischen äußeren Ringelement (2), das die Welle (1) umgibt, und mehreren Kugeln, die die erste und die zweite Kugelreihe (6a, 6b) darstellen, die zwischen der Welle (1) und dem äußeren Ringelement (2) angeordnet sind, wobei die Lagervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist: dass das äußere Ringelement (2) obere und untere Abschnitte und einen zentralen Abschnitt dazwischen enthält, zwei äußere Laufringe (5a, 5b) für die erste und die zweite Kugelreihe (6a, 6b) auf der inneren umfänglichen Fläche des oberen und des unteren Abschnitts des äußeren Ringelementes (2) ausgebildet sind, ein Pressring (8) aus dem selben Material wie das, das zum Bilden des äußeren Ringelementes (2) verwendet wird, oder aus jedem anderen Material mit im wesentlichen dem selben Koeffizienten für die lineare thermische Ausdehnung wie der des äußeren Ringelementes (2) um die äußere Peripherie des zentralen Abschnitts des äußeren Ringelementes (2) angeordnet ist, um das äußere Ringelement (2) elastisch nach innen zu verformen, um einen nach innen vorstehenden Pressabschnitt auszubilden.
Verbundlagervorrichtung mit einer Welle (11), an der ein Innenring (4) verschiebbar angeordnet ist, einem zylindrischen äußeren Ringelement (2), das die Welle (11) umgibt, mehreren Kugeln, die eine erste Reihe darstellen, die zwischen einem ersten inneren Laufring (3a), der an der äußeren Peripherie des Innenrings (4) angeordnet ist, und einem ersten äußeren Laufring (5a) eingesetzt ist, der an der inneren Peripherie des äußeren Ringelementes (2) ausgebildet ist, mehreren Kugeln, die eine zweite Reihe (6c) darstellen, die zwischen einem zweiten inneren Laufring (3b), der direkt an der äußeren Peripherie der Welle (11) ausgebildet ist, und einem zweiten äußeren Laufring (5b) eingesetzt ist, der an der inneren Peripherie des äußeren Ringelementes (2) ausgebildet ist, wobei die Lagervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass: das äußere Ringelement (2) obere und untere Abschnitte, an deren inneren Peripherien jeweils der erste und der zweite äußere Laufring (5a, 5b) bereitgestellt sind, und einen zentralen Abschnitt dazwischen enthält, ein Pressring (8) aus dem selben Material wie das, das zum Ausbilden des äußeren Ringelementes (2) verwendet wird, oder aus jedem anderen Material mit im wesentlichen dem selben Koeffizienten für die lineare thermische Ausdehnung wie der des äußeren Ringelementes (2), um die äußere Peripherie des zentralen Abschnitts des äußeren Ringelementes (2) angeordnet ist, um das äußere Ringelement (2) elastisch nach innen zu verformen, um einen nach innen vorstehenden Pressabschnitt (9) auszubilden.
Verbundlagervorrichtung mit einer abgestuften Welle (1), die mit einem Wellenabschnitt (1a) mit größerem Durchmesser und einem Wellenabschnitt (1b) mit kleinerem Durchmesser ausgestattet ist, einem Innenring (4), der verschiebbar um den. Wellenabschnitt (1b) mit kleinerem Durchmesser der abgestuften Welle angeordnet ist, und einem zylindrischen äußeren Ringelement (2a, 2b), das die Welle (1) umgibt, wobei mehrere Kugeln eine erste Reihe (6a) darstellen, die zwischen einem ersten inneren Laufring (3a), der an der äußeren Peripherie des Innenrings (4) ausgebildet ist, und einem ersten äußeren Laufring (5a), der an dem inneren Umfang des äußeren Ringelementes (2a, 2b) ausgebildet ist, eingesetzt ist, und mehrere Kugeln eine zweite Reihe (6b) darstellen, die zwischen einem zweiten inneren Laufring (3b), der direkt an der äußeren Peripherie des Wellenabschnitts (1a) mit größerem Durchmesser ausgebildet ist, und einem zweiten äußeren Laufring (5b), der an der inneren Peripherie des äußeren Ringelementes (2a, 2b) ausgebildet ist, eingesetzt ist, wobei die Lagervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass: das äußere Ringelement einen oberen und einen unteren Abschnitt (2a, 2b) an der inneren Peripherie, an deren innerer Peripherie jeweils der erste und der zweite äußere Laufring (5a, 5b) bereitgestellt sind, und einen dazwischenliegenden zentralen Abschnitt enthält, ein Pressring (8) aus dem selben Material, wie das, das zum Ausbilden des äußeren Ringelementes (2a, 2b) verwendet wird, oder aus jedem anderen Material mit im wesentlichen dem selben Koeffizienten für die lineare thermische Ausdehnung wie der des äußeren Ringelementes (2a, 2b) um die äußere Peripherie des zentralen Abschnitts des äußeren Ringelementes (2a, 2b) angeordnet ist, um das äußere Ringelement (2a, 2b) nach innen zu verformen, um einen nach innen vorstehenden Pressabschnitt (9) auszubilden.
Verbundlagervorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, wobei der Außendurchmesser des Innenrings (4) dem des Wellenabschnitts (1a) mit größerem Durchmesser der abgestuften Welle (1) entspricht und die Kugeln der ersten Reihe (6a) die selben Durchmesser aufweisen, wie die Kugeln der zweiten Reihe (6b).
Verbundlagervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein dünnwandiger Abschnitt mit kleinerem Außendurchmesser um die äußere Peripherie des zentralen Abschnitts des äußeren Ringelementes ausgebildet ist und der Pressring im Presssitz um den Abschnitt mit dem kleineren Außendurchmesser angeordnet ist.
Verbundlagervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das äußere Ringelement den ersten und den zweiten äußeren Ring (2a, 2b) enthält, die axial nebeneinander liegen, wobei der erste und der zweite äußere Laufring (5a, 5b) jeweils an der Innenfläche des ersten und des zweiten Hüllenaußenrings (2a, 2b) ausgebildet ist, dünnwandige abgestufte Abschnitte (12a, 12b) mit kleinerem Außendurchmesser um benachbarte Endabschnitte des ersten und des zweiten Hüllenaußenrings (2a, 2b) ausgebildet sind und der Pressring (8) um die abgestuften Abschnitte (12a, 12b) mit kleinerem Außendurchmesser angeordnet sind.
Verbundlagervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das äußere Ringelement den ersten und den zweiten Hüllenaußenring (2a, 2b) enthält, die axial nebeneinander liegen, wobei der erste und der zweite äußere Laufring (5a, 5b) jeweils an der Innenfläche des ersten und des zweiten Hüllenaußenrings (2a, 2b) ausgebildet ist, dünnwandige abgestufte Abschnitte (12a, 12b) mit kleinerem Außendurchmesser um nebeneinander liegende Endabschnitte des ersten und des zweiten Hüllenaußenrings (2a, 2b) ausgebildet sind, und der Pressring durch einen ersten und einen zweiten Pressring (8a, 8b) dargestellt ist, die jeweils um die abgestuften Abschnitte (12a, 12b) mit kleinerem Außendurchmesser angeordnet sind.
Verbundlagervorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei der Pressring (14) an seiner inneren Peripherie mit einem dickwandigen Abschnitt (15) mit kleinerem Durchmesser ausgebildet ist, der mit einem Innendurchmesser ausgestattet ist, der kleiner ist als der Außendurchmesser des äußeren Ringelementes (13), wobei eine axiale Erstreckung des dickwandigen Abschnitts (15) kleiner ist als der Abstand zwischen den beiden äußeren Laufringen (5a, 5b) und das äußere Ringelement (13) durch den Abschnitt mit dem kleineren Innendurchmesser (15) des Pressrings (14) gedrückt wird.
Verbundlagervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kugeln (6a, 6b) aus einem keramischen Material hergestellt sind.
Verbundlagervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Pressring (8, 8a, 8b) im Presssitz um das äußere Ringelement (2, 2a, 2b) angeordnet ist.
Verbundlagervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 oder einem beliebigen Unteranspruch davon, wobei der Innenring (4) mit einer geeigneten Vorspannung an der Welle (1) befestigt ist.