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Käfig für Nadellager Die Erfindung betrifft solche Käfige für die
Nadeln von Nadellagern, bei denen .die Axialdrücke der Nadeln durch Druckübertragungsringe
auf die Laufringschultern übertragen werden und bei denen die Schrägstellung der
Nadeln durch einen Abstand der die Druckübertragungsringe zusammenhaltenden Stege
vermindert wird, ,der größer als die Steglänge ist. Die Axialdrücke der Nadeln treten
rhythmisch auf. Sie werden infolge des großen Stegabstandes, ohne die Stege stark
auf Zug zu beanspruchen, die Druckübertragungsringe so weit ausbiegen, daß das zwischen
ihnen und den Laufringschultern notwendige Axialspiel verschwindet und sie sich
an die Laufringschultern teilweise anlegen und den Axial.druck auf diese übertragen.
DerAxialdruck entsteht meistens nur in .der Druckzone des Lagers. Damit die ausgebogenen
Druckübertragungsringe nach Aufhören des Axialdrucks nicht fortfahren, an den Laufringschultern
zu schleifen, müssen sie aus eigener Kraft, d.h. infolge ihrer Elastizität, in ihre
ursprüngliche Gestalt zurückkehren. Die Kraft zur Zurückfederung besitzt ein rillenförmig
ausgebildeter Querschnitt in höherem ?Maße als ein flacher Querschnitt, gleiche
Länge und Form der Nadeln vorausgesetzt.
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Dieser Vorteil des rillenförmigen vordem flachen Querschnitt tritt
insbesondere dann in Erscheinung, wenn man die axiale Wandstärke der Druckübertragungsringe
zugunsten; der tragenden Nadellänge möglichst schwach macht; denn in
diesem
Fall ist das Verhältnis der firägheitsmomente des rillenförmigen zum flachen Querschnitt
beträchtlich größer als bei großer axialer Wandstärke der Druckübertragungs.ringe.
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Die elastischen Eigenschaften der Druckübertragungsringe werden in
noch höherem Maße in Anspruch genommen, wenn man die letzte, etwa in der Mitte zwischen
zwei Stegen liegende Nadel einfedert. Je weiter die Stege voneinander abstehen,
desto weniger werden die Übergangsstellen zwischen den Druckübertragungsringen und
dien Stegen auf Zug beansprucht. Dies ist für die Festigkeit des Käfigs von Bedeutung,
insbesondere wenn der Käfig elektrisch geschweißt werden soll, da elektrisch geschweißte
Verbindungen gegen Zugbeanspruchungen empfindlich sind.
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Es wird stets das Bestreben des Konstrukteurs sein, ,die tragende
Nadellänge so groß wie möglich und die axiale Wandstärke der Druckübertragungsringe
so dünn wie möglich zu machen,. Da aber gleichzeitig zur Verminderung der Schrägstellung
der Nadeln der Stegabstand groß gewählt wird, kann die Biegsamkeit der zwischen
zwei Stegen liegenden Sektoren so groß werden, daß die notwendige Stabilität leiden
würde. Dem soll dadurch entgegengewirkt werden, daß die infolge des großen Stegäbstandes
geringe Stabilität der Druckübertragungsringedurch seitliche Befestigung von Ringen,
die gleichzeitig als Führungsrillen dienen, vermehrt wird.
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Demgemäß soll nach der Erfindung ein Käfig für Nadellager, bestehend
aus seitlichen Druckübertragungsringen und einigen diese verbindenden Stegen, deren.
Länge kleiner ist als ihr .Elbstand, dadurch gekennzeichnet sein, daß der Stegabstand
so groß gewählt und den D-ruckübertragungsringen ein solcher rillenförmiger Querschnitt
erteilt wird, daß sie -die Axiabdrücke der Nadeln elastisch auf die Laufringschultern
übertragen.
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Zweckmäßig wird man den Abstand der Stege so groß und .den Querschnitt
der Druckübertragungsringe so klein wählen, daß die etwa in der Mitte zwischen zwei
Stegen liegenden Nadeln in die Rillen der Druckübertragungsringe eingefedert werden
können.
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Auch läßt man die äußere Rillenwand der Druckübertragungsringe in
einem solchen Abstand von der Laufbahn des Außenrings verlaufen, daß die kreisenden
Nadeln außerhalb der Druckzone infolge ihrer Fliehkraft durch ,die äußere Rillenwand
von der Laufbahn des Außenrings abgehalten werden.
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Sollen die Stege mit den Druckübertragungsringen elektrisch verschweißt
werden, so wird der Abstand -der Stege voneinander so groß gewählt, .daß die Schweißstellen
beim Einfedern nur wenig auf Zug beansprucht werden.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung einer solchen elektrischen Schweißurig
der Nadelkäfige wird zweckmäßig so ausgebildet, d.aß die Stege während des elektrischen
Schweißens im. radialer Richtung durch konzentrischgeführte Zylinder und in tangentialer
Richtung durch zwischen die Stege gelegte Ringstücke senkrecht auf den Ebenen der
Druckübertragungsringe gehalten werden, während deren axialer Abstand dadurch bestimmt
wird, daß sich die Stege infolge der Schweißurig so weit verkürzen; bis sich die
Druckübertragungsringe auf die Ringstücke auflegen.
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Bei der Herstellung des Käfigs nach der Erfindung können auch die
Stege während der Sehweißung oder Löturig dadurch senkrecht auf den Druckübertragungsringen
festgehalten werden, daß die Druckübertragungsringe auf den Stegenden gebohrt und
verstiftet und -dann hart gelötet oder elektrisch geschweißt werden.
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Bei einer Ausführungsform des Käfigs gemäß der Erfindung wird der
infolge des großen Stegabstan.des geringe Widerstand der Druckübertragungsringe
gegen das elastische Ausbiegen unter axialem Nadeldruck -durch seitlich befestigte;
gleichzeitig die Führungsrillen bildende Ringe erhöht.
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Zusätzlich kann bei einem solchen Käfig mit großem Stegabstand der
Widerstand der Druckübertragungsr.inge gegen das elastische Ausbiegen durch U-förmige
Verbindung der seitlichen Versteifungsringe erhöht werden.
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Diese U-förmigen Versteifungsringe können schließlich zur Sicherung
gegen durch axialen Nadeldruck erzeugten Verschleiß gehärtet oder aus verschleißfestem
Werkstoff hergestellt sein.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Einrichtung
gemäß der Erfindung dargestellt; es zeigt Fig. i ein mit der neuen Einrichtung ausgerüstetes
Nadellager in teilweisem Schnitt nach der Mittelachlse, wobei der Druckringkörper
in Ansicht erscheint, Fig. 2 und 3 den aus den Laufringen herausgenommenen Druckringkörper
in Ansicht von der Seite und von oben, Fig. 4 in größerem Maßstab einen Schnitt
durch die mit dem Druckringkörper ausgerüsteten Laufringe, Fig. 5, 6 eine Hilfseinrichtung
zur Herstellung der Druckringkörper gemäß der Erfindung im senkrechten Schnitt und
im Schnitt .nach A-B der Eig. 5, Fig. 7, 8 eine andere Hilfseinrichtung im senkrechten
Schnitt und' in Ansicht von oben, Fig. 9 bis i i eine Art der Verbindung von Druckringen
und Stegen durch Hartlötung, Fig. i2 und 13 einen aus dem Ganzen gearbeiteten
Druckringkörper und die Art seiner Herstellung, Fig. 14, 15 und 16 eine besondere
Art der Herstellung der Nadelrille, Fig. 17, 18, 19 schematisch das Verhalten der
Nadeln im Betrieb, Fig.2o eine weitere Ausführungsform.
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In der Zeichnung ist wegen der Klarheit der Darstellung die axiale
Wandstärke größer dargestellt, als sie gemacht werden kann.
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In den folgenden Ausführungen wird zunächst auf Fig. 17, i8 und i9
der Zeichnung Bezug genommen.
In der Praxis, läßt man bei der Prüfung
der Wälzkörper so viel Abweichung vom vollkommenen Zylinder zu, wie -der Wer'lcstoff
durch seine Elastizität aufnehmen kann, damit die Wälzkörper längs ihrer ganzen
Berührungslinie noch tragen. Bei gleicher Toleranz der Enddurchmesser stellt die
lange Nadel einen Kegel mit kleinerem Zentriw:inkel und die kürzere Nadel einen
Kegel mit größerem Zentriwinkel dar. Der Zentriwinkel ergibt den Steigungswinkel
der Schraubenlinie, die die wandernde Nadel ausführt. Dias Ende der Nadel durchwandert
hierbei das- Schulterspiel längs einer Kurve K (in Fig. i8), deren, Krümmung um
so stärker ist, je größer der Zentriwinkel der kegelförmigen Nadel bzw. je kürzer
die Nadel ist. Je -größer aber der Zentriwinkel der Nadel bzw. je kürzer die Nadel
und je stärker die Krümmung der Anlaufkurve ist, desto kleiner ist die senkrecht
auf die Schulter wirkende Komponente 111 (Fig. i9) der Kraft, mit der die Nadel
an der Schulter anläuft, und desto häufiger trifft die Nadel auf die Schulter auf.
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Bei dem Nadellager gemäß der Erfindung können .der äußere Laufring
a und der innere Laufring b :so ausgebildet sein, ,daß nur der äußere oder nur der
innere Laufring zwei Schultern c hat. Bei der dargestellten Ausführungsform hat
jeder der beiden Laufringe nur eine Schulter. Diese Ausführung hat den Vorteil,
daß das, Lager durch -den Druckringkörper d in axialer Richtung fixiert ist, bzw.
nach einer Achsrichtung hin Drücke übertragen kann.
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Die Schulter c kann auch in bekannter Weise als abnehmbare Schulter
ausgebildet sein. Zwischen dem äußeren und inneren Laufring sind Nadeln f eingelegt,
deren Länge etwa drei- bis zehnmal so groß ist wie ihr Durchmesiser. Die Nadeln
können auch ohne einen Innenring b unmittelbar auf der Welle abwälzen. An den Enden
sind die Nadeln meistens abgerundet, sie 'können aber auch an den Enden kegelförmig
zugespitzt sein oder in Zapfen von kleinerem Durchmesser auslaufen.
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Zwischen die Enden der Nadeln und die Schultern der Laufringe !s,ind
die Druckringe g lose eingelegt, die durch einige starre Stege e zu einem Druckringkörper
d miteinander verbunden sind. Der Druckringkörper 'kann auch mehrteilig ausgeführt
sein, z. B. in der Weise, daß die Teilfugen durch die Stege e gelegt werden. Zwischen
die Druckringe und die Stege werden die Nadeln f frei eingelegt. Die Druckringe
g weisen an der Nadelseite Rillen h. auf, durch die die Nadeln in dem Druckringkörper
d gehalten werden.
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Beim Einbau in den Druckringkörper können die meisten Nadeln in die
mit gleichbleibendem Querschnitt bis. zu den Stegen durchlaufenden Rillen schräg
eingeführt und seitlich verschoben werden. Die letzten Nadeln einer Gruppe können
nicht mehr schräg eingeführt werden. Um sie dennoch zwischen die Rillen einbringen
zu können, wird der Abstand der Stege so groß oder der Querschnitt der Druckringe
so klein gemacht, daß diese sich genügend elastisch ausbiegen können, um etwa in
der Mitte zwischen zwei Stegen die abgerundeten Nadelenden über den Rand in die
Rille eindrücken zu können, wie in Fig. i bei f' und in Fig. 2 oben dargestellt.
Die elastische Ausbie@gung und Beanspruchung der Druckringe wird vermindert, wenn
in dem Rand des Druckrings eine nicht bis auf die tiefste Stelle der Rille gehende
Mulde i (Fig. 4) angebracht wird.
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Wenn,die Druckringe und Stege aus einem Stück bestehen und z. B. aus
Bronze gegossen oder als Spritzguß hergestellt werden, ist es einfach, gleichzeitig
die Rille h mit vorzusehen. Dies ist aber schwierig, wenn die Druckringe und Stege
aus Stahl bestehen sollen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Druckringe vom
Rohr abzustechen und gleichzeitig dieRille einzudrehen und getrennt hiervon die
Stege von einem Profilstahl auf Maß abzuschneiden und beide durch elektrische Schweißung
oder durch Hartlötung im Schutzgas zusammenzufügen.
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Hierbei geht die elektrische Schweißung unter Benutzung der Vorrichtung
gemäß Fig. 5, 6 so vor sich, .daß der erforderliche Abstand der Druckringe durch
entsprechende Verkürzung der Stege infolge der Schweißhitze und äußeren Druck hergestellt
wird. Das Maß des Abstandes kann z. B. durch zwischen die Druckringe eingelegte
Ringstücke h (Fig.6) sichergestellt werden, auf die sich die Druckringe während
der elektrischen Schweißung und Verkürzung der Stege auflegen.
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Damit die Druckringe und Stege in der richtigen Lage zueinander stehen,
isst es vorteilhaft, bei der Herstellung so zu verfahren, daß die Stege während
der elektrischen Schweißung in radialer Richtung durch konzentrisch geführte Zylinder
L und m (Fig. 5) aus nicht leitendem Werkstoff und in tangent.ialer Richtung
durch die bereits erwähnten, zwischen die Stege gelegten Ringstücke h (Fig. 6) aus
leitendem Werkstoff senkrecht auf den Ebenen der Druckringe gehalten werden. In
den Zylindern l und in sind Aussparungen n, o vorgesehen, in die die Druckringe
g hineinragen und auf die die Elektroden p, q aufgesetzt werden.. Vor dem
elektrischen Schweißen empfiehlt es sich, wie bereits weiter oben erläutert, die
Seitenkanten an den Kopfenden der Stege so weit abzuschrägen, -daß der aus der Schweißfuge
quellende Werkstoff in die Abschrägung ausweichen kann.
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Bei Benutzung der in Fig.7 und 8 gezeigten Vorrichtung zur Herstellung
der Druckringkörper werden die Stege in am Außen- oder Innenumfang der Druckringe
in radialer Richtung angebrachte Nuten eingelegt und dann mit den Druckringen elektrisch
verschweißt. Wie aus Fg. 7 ersichtlich, ist an der Verbindungsstelle r sowohl im
Druckring eine Nut als auch im Steg ein entsprechender Rücksprung vorgesehen. In
dem Führungszylinder s sind an den Stegen Aussparungen t vorgesehen, in die eine
Elektrode u eingreift, um zusammen mit einer Elektrode v in radialer Richtung die
Schweißung vorzunehmen.
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Es kann vorteilhaft sein, für Stege den gleichen Rundstahl zu verwenden,
der für die Herstellung
von Nadeln dient, oder es können auch Nadeln
von entsprechender Länge und Stärke verwendet werden, ,die bereits mit abgerundeten
Köpfen versehen sind und mit diesen in die Rillen der Druckringe passen.
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Bei der Hartlötung im Schutzgas werden die Druckringe und Stege von
außen gleichmäßig auf die für Hartlötung oder Kupferlot u., dggl. erforderliche
Temperatur gebracht. Da die Vo.rri.chtungen nach Fig. 5 und 7 aus Werkstoffen bestehen,
die sich für hohe Temperaturen nicht eignen, geht man hier, wie in Fig. 9 bis i
i gezeigt, in folgender Weise vor: Damit die Stege auf .den Ebenen der Druckringe
genau senkrecht stehen, werden an den Endender Stege beim Abstechen Zapfen w angebracht,
die in entsprechende Bohrungen der Druckringe eingepreßt werden. Man kann auch,
wie in Fig.9 unten gezeigt, Druckring und Steg, in einer geeigneten Vorrichtung
eingespannt, zusammen anbohren und durch einen Paßstift zxi verbinden. Dieses Verfahren
der Herstellung kann bei glatten und bei mit Rille versehenen Druckringen angewandt
werden. Der Abstand der Druckringe kann dadurch genau eingehalten werden, daß der
Abstand,der Schultern x der Stege genau hergestellt und die Druckringe bis auf diese
Schultern aufgepreßt werden, oder dadurch, daß zwischen die lose auf die Zapfen
w aufgelegten Druckringe, ähnlich wie in Fig. 6, Ringstücke h eingesetzt werden,
.die jedoch hier aus feuerfestem Werkstoff bestehen müssen und auf denen die Druckringe
während des Hartlötens aufliegen. Auf diese Weise wird nicht nur der Abstand der
Druckringe gesichert, sondern auch ein Verziehen .durch die Einwirkung der Wärme
verhindert.
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In den Fig. i2 bis 16 sind Ausiführungsbcispiele dargestellt, bei
-denen .die Druckringe und Stege aus einem Stück bestehen. Sie können in der Weise
hergestellt werden, -daß die für die Nadeln notwendigen Felder zwischen den Druckringen
aus einem Rohrstück ausgestanzt werden oder da.ß ein Scheibenfräser von dem beispielsweisen
Durchmesser y der Fig. 13 und von :der Seite z der Nadellänge im Abstand
cal der Breite der Druckringe von der Kante eines Rohres in radialer Richtung fortschreiteud
so weit in das. Rohr einfräst, bis die Seitenflächen der verbleibenden Stege etwa
senkrecht auf den, Kreis durch die Mittellinien der Nadeln stehen. Selbstverständlich
kann das Ausstanzen in mehreren Arbeitsgängen erfolgen, oder es kann der Fräser
auch kleineren Durchmesser und geringere Breite besitzen, und die herzustellende
Lücke für die Nadeln kann durch axiales und tangentiales Verschieben des Rohres
oder des Frässers usw. entstehen. Die Lücke für die Nadeln kann auch in der vereise
hergestellt werden, daß z. B: durch einen Formfräser am Außen- oder Innenumfang
der Druckringe ein Vorsprung a2 (Fig. 16) @stehengelassen wird. Es kann auch so
verfahren werden, daß der Druckxingkörper aus einem ebenen Blechstreifen ausgestanzt,
zu einem Ring gebogen und an den Enden zusammengeschweißt oder im Schutzgas hartgelötet
wird. Endlich kann eine .der Rille gemäß Fig. i bis q. ähnliche Wirkung dadurch
erzielt werden, daß auf dem Außen- oder Innenumfang der Druckringe oder auf beide
zugleich dünne Ringe a4 mit nach der Nadelseite vorstehenden Rändern, z. B. aus
Blech, aufgesetzt und, durch Körner, Punktschweißunglötung oder ,durch Flansche
befestigt werden, wie in Fig. 14 und 15 dargestellt ist. Das Einfüllen der Nadeln
kann dann z. B. so bewirkt werden, daß der äußere oder innere Blechring, wie bei
ca5 .der Fig. 15 dargestellt, etwas aufgeschnitten und nach dem Einfüllen
der Nadeln dieser Gruppe wieder zuggebogen wird.
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Bei der bereits erwähnten mehrteiligen Ausführungsform, bei der die
Teilfugen durch die Stege gelegt sind, können die einzelnen Teilstüdee des Druckrinigkörpers
in beiderseits umgebogene, dünne Blechringe eingesetzt und hierdurch ohne Schweißung
oder Lötung zu einem geschlossenen Ring zusammengehalten werden, wie es in Fig.
2o dargestellt ist.