EP4211358A1 - Bearing assembly - Google Patents

Bearing assembly

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Publication number
EP4211358A1
EP4211358A1 EP21773315.3A EP21773315A EP4211358A1 EP 4211358 A1 EP4211358 A1 EP 4211358A1 EP 21773315 A EP21773315 A EP 21773315A EP 4211358 A1 EP4211358 A1 EP 4211358A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
raceway
iii
axis
bearing
ball
Prior art date
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Pending
Application number
EP21773315.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ingo Schulz
Lijun CAO
Christoph ZEUG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SKF AB
Original Assignee
SKF AB
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Filing date
Publication date
Application filed by SKF AB filed Critical SKF AB
Publication of EP4211358A1 publication Critical patent/EP4211358A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58Raceways; Race rings
    • F16C33/60Raceways; Race rings divided or split, e.g. comprising two juxtaposed rings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/14Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
    • F16C19/16Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls
    • F16C19/163Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls with angular contact
    • F16C19/166Four-point-contact ball bearings
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    • F16C33/58Raceways; Race rings
    • F16C33/583Details of specific parts of races
    • F16C33/585Details of specific parts of races of raceways, e.g. ribs to guide the rollers
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    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/31Wind motors

Definitions

  • the present invention relates to a bearing arrangement with a first raceway element and a second raceway element according to patent claim 1.
  • Crossed roller bearings are often used for this purpose and can be used as a single bearing, whereas two bearings would be required with other types of bearings.
  • Crossed roller bearings have high rigidity, high running accuracy and low backlash.
  • Cylindrical rollers are used for crossed roller bearings, which are inserted in an alternating sequence at an angle of 45° between the bearing rings. Such crossed roller bearings are known for both rotary motion applications and linear motion applications.
  • half of the rollers can carry more load than the other half, creating an unequally distributed loaded zone.
  • the alternating positioning of the rollers also causes additional effort when assembling the bearing, since special mechanisms are required to position the rollers.
  • Thrust ball bearings have minimal radial load stiffness and radial load can cause eccentricity between the bearing rings.
  • the balls in a thrust ball bearing exhibit increased sliding due to centrifugal forces. Since there are only two points of contact between the balls and the raceways, this can result in high contact pressure. The two points of contact between the balls and the raceways change with the direction of the load, causing a dynamic change in the ball's axis of rotation and therefore high and non-constant sliding and therefore high energy losses.
  • the bearing arrangement has a first raceway element and a second raceway element, with balls being arranged between the raceway elements.
  • the balls each roll on raceways that are arranged on the raceway elements.
  • the bearing arrangement can be a ball bearing, in the form of a radial bearing or an axial bearing, or a linear bearing.
  • the first raceway element and the second raceway element correspond to the inner ring and the outer ring.
  • the inner ring and the outer ring ie, the first raceway member and the second raceway member
  • the first raceway element and the second raceway element correspond to a rail and a carriage.
  • each ball has four contact points with the raceways. This means that each ball has a total of four contact points, i.e. two contact points per track element. At the point of contact, the respective raceway and ball have the same tangent and the radius of curvature, i.e. the distance between the center of the circle of curvature of the raceway curvature and the point of contact, is perpendicular to this tangent. These four contact points distribute the contact pressure unlike other bearings, reducing contact stresses and therefore wear, friction and other surface damage.
  • a conventional four-point contact ball bearing that can be used as thrust bearings also have four contact points, but these are only theoretically available. In operation, only two of the four theoretical contact points are active, thus resulting in high contact pressure at these two active contact points. In contrast, four contact points are always active in the bearing arrangement proposed here, which means that the contact pressure is better distributed.
  • a conventional four-point contact ball bearing also has reduced contact rigidity in both the axial and radial directions because the normal direction of the contact points is not aligned with either the axial or the radial axis. Furthermore, such a bearing requires a high axial preload in order to be able to absorb radial loads.
  • the bearing assembly is notionally divided in cross section by the axis of rotation of a ball and an axis perpendicular to the axis of rotation of the ball into four quadrants arranged clockwise.
  • the axis of rotation of the sphere is seen here as an imaginary axis of rotation at a standstill. In operation, the axis of rotation of the sphere is not fixed but can move.
  • the track of the second track element lies in the first and second quadrants and the track of the first track element lies in the third and fourth quadrants.
  • the center of the radius of curvature of the trajectory of the first quadrant lies in the third quadrant
  • the center of the radius of curvature of the trajectory of the second quadrant lies in the fourth quadrant
  • the center of the radius of curvature of the trajectory of the third quadrant lies in the first quadrant
  • the center of the radius of curvature of the Fourth quadrant career is in the second quadrant.
  • Each of the four contact points of a sphere lies in one of the four quadrants. This special arrangement ensures that each ball always has four contact points with its raceways and these contact points are maintained even under load.
  • a thrust ball bearing works with only two points of contact and crossed roller bearings also work with only two lines of contact.
  • the four contact points thus generate less contact pressure per point of contact with the ball, which can, for example, reduce wear on the bearing assembly, while at the same time radial and axial loads can be absorbed by the arrangement of the contact points.
  • balls can simplify assembly of the bearing assembly since the balls can be installed without a specific orientation compared to rollers.
  • the use of balls is further advantageous because a ball is a fully symmetrical element that does not require alternating orientation of the rolling elements as is known from crossed roller bearings. This allows all rolling elements to carry the load between all raceways, even when working under special conditions, instead of only half the elements as is the case with crossed roller bearings.
  • spheres are free to rotate about their center and can therefore transfer the load through any point on their surface. This utilizes the surface area of the balls to a maximum, spreading the contact over the full surface of the ball and thus spreading the wear over the full surface of the ball. In contrast, only some areas of the rolling element surface would be worn, for example, with crossed roller bearings.
  • the bearing arrangement described here can be implemented as a full bearing without additional wear always taking place at the same point, as is the case with roller bearings.
  • the punctiform ball-to-ball contact causes wear on the balls.
  • this leads to a lower overall load for the balls.
  • a cage can also be used, it also being possible to use spacers instead of a complete cage.
  • the bearing assembly provides enough space in the area along the ball's axis of rotation to use both spacers and a cage.
  • the intersection of the two radii of curvature of the raceway of the first raceway element lies on an axis perpendicular to the axis of rotation of the ball and the intersection of the two radii of curvature of the raceway of the second raceway element also lies on an axis perpendicular to the axis of rotation of the ball.
  • These axes can also be a common axis, in particular the axis which is perpendicular to the axis of rotation and passes through the center of the sphere.
  • the points of intersection can also lie on the axis of rotation.
  • Each track thus has two radii of curvature whose centers do not coincide, whereby each track consists of two segments between which there is a transition.
  • the transition between the two raceways or the contact line of the two raceways lies on a plane which passes through the center of the sphere and is perpendicular to the imaginary axis of rotation of the sphere.
  • the radii of curvature are identical. This leads to a symmetrical distribution of the radii of curvature and their centers to the four quadrants. This symmetrical arrangement distributes the load evenly over the four contact points between the balls and the raceways.
  • the contact points are offset from the axis perpendicular to the axis of rotation of the ball. This means that the contact points are preferably not on the axis of rotation of the sphere and on the axis perpendicular to the axis of rotation of the sphere. In this way, the bearing assembly can be prevented from behaving as a thrust or radial ball bearing that has only two points of contact, which would reduce the radial or axial stiffness.
  • the bearing arrangement can absorb radial or axial loads in a defined manner right from the start of the load, in contrast to a radial or axial ball bearing, which has a contact point on one of the raceway elements.
  • axial or radial loads can be absorbed in a defined manner right from the start of the load, unlike a ball bearing which also has a contact point on one of the axles.
  • the contact points are arranged in a range of ⁇ 20°, preferably ⁇ 10° around the axis perpendicular to the axis of rotation of the sphere.
  • the contact points between the ball and the raceways can vary within this range depending on the application.
  • the four contact points create special kinematics for the balls, since the axis of rotation of the balls always remains perpendicular to the axis around which the contact points are arranged, even during loading.
  • the radius of curvature is a variable radius.
  • the respective tracks can be circular arc segments, but also ellipses or ovals in general.
  • the first raceway element and/or the second raceway element may be formed as a split raceway element with a biasing mechanism provided to control the points of contact between the ball and the raceways. By preloading the respective track element, the preload of the contact points can be adjusted by adjusting the play between the parts of the split track element.
  • the bearing arrangement can be implemented as an axial bearing, radial bearing or linear bearing.
  • the axis of rotation of the ball can be perpendicular to the axis of rotation of the bearing (in the case of a thrust bearing), parallel to the axis of rotation of the bearing (in the case of a radial bearing), and perpendicular to the direction of motion (in the case of a linear bearing).
  • bearing arrangement described here provides good radial load rigidity and low wear behavior due to low sliding behavior.
  • a gear in particular a high-precision gear
  • a bearing arrangement as described above.
  • a high-precision gear can be used, for example, in robots that require very precise control of the movement sequences and therefore of the joints in which bearings are used.
  • the bearing arrangement can be used as a bearing in a robotic application to connect successive arms or arm parts.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the bearing arrangement from FIG. 1 as a single-row axial bearing
  • FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of the bearing arrangement from FIG. 1 as a single-row radial bearing
  • FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the bearing arrangement from FIG. 1 as a double-row axial bearing
  • FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of the bearing arrangement from FIG. 1 as a double-row radial bearing
  • FIG. 6 a schematic cross-sectional view of the bearing arrangement of FIG. 1 as a linear bearing with a split raceway element.
  • FIG. 1 shows a bearing arrangement 1 with a first raceway element 2 and a second raceway element 4. Between the raceway elements 2, 4, balls 6 are arranged as rolling bodies. The balls 6 roll on raceways 8 which are arranged on the raceway elements 2,4.
  • the bearing arrangement 1 can be designed as a ball bearing, in particular as a radial or axial bearing, or as a linear bearing.
  • the first raceway element 2 and the second raceway element 4 correspond to the inner ring and the outer ring.
  • the first raceway element 2 and the second raceway element 4 correspond to the shaft washer and the housing washer.
  • the first raceway element 2 and the second raceway element 4 correspond to the rail and the carriage.
  • the raceways 8 can be divided into four quadrants I, II, III, IV.
  • the division into the four quadrants I, II, III, IV takes place through the axis of rotation AR of the sphere and an axis As, which is perpendicular to the axis of rotation AR.
  • the track of the second track element 4 is formed by two segments 8-1, 8-II and lies in the first and second quadrant I, II and the track of the first track element 2 is formed by two track segments 8-III and 8-IV and lies in the third and fourth quadrants III, IV.
  • the ball 6 comes with raceways 8-1, 8-II at two contact points PI, P-II located in two contact zones 10-1 and 10-11, and with raceways 8-III and 8-IV at two Contact points P-III, P-IV located in contact zones 10-III and 10-IV.
  • the raceways 8 have a special design: the center point MI of the radius of curvature RI of the raceway segment 8-1 is in the third quadrant III, the center M-II of the radius of curvature R-II of the raceway segment 8-II lies in the fourth quadrant IV, the center M-III of the radius of curvature R-III of the raceway segment 8-III lies in the first quadrant I and the Center M-IV of the radius of curvature R-IV of the raceway segment 8-IV is in the second quadrant II.
  • the intersection of the radii of curvature RI, R-II of the first and second quadrant I, II lies on the axis As and the intersection of the radii of curvature R-III, R-IV of the third and fourth quadrant III , IV also lies on the As axis.
  • the radius of curvature R is understood here as the radius defining the curvature, i.e. the distance between the track 8 and the center point M.
  • the straight line through MI and M-III intersects the straight line through M-II and M-IV at the point of intersection S.
  • the point of intersection S lies simultaneously on the point of intersection of the axis of rotation AR and the axis As, but this is not absolutely necessary.
  • This specific configuration of the radii of curvature R of the raceways 8 ensures that the ball 6 touches the raceways 8 at the contact points P-I, P-II, P-III, P-IV.
  • the contact points P-I, P-II, P-III, P-IV are in the contact zones 10 in a range of ⁇ 20°, in particular ⁇ 10° around the axis As.
  • the contact points PI, P-II, P-III, P-IV are always offset from the axis As.
  • the ball 6 always has four points of contact PI, P-II, P-III, P-IV with the raceways 8, located respectively in the contact zones 10-1, 10-11, 10-III and 10-IV located, whereby a good radial load stiffness and a good load and pressure distribution and thus a low wear behavior is achieved.
  • the bearing arrangement 1 can be used in different configurations, as shown in FIGS.
  • the bearing assembly can be used as a single row thrust ball bearing, in which case the axis of rotation AR is perpendicular to the axis of rotation AL of the bearing.
  • the axis As, around which the contact zones 10-1, 10-11, 10-III, 10-IV are arranged, is parallel to the axis of rotation AL of the bearing.
  • the bearing assembly 1 can be used as a single row radial ball bearing as shown in FIG.
  • the axis of rotation AR is parallel to the axis of rotation AL of the bearing 1.
  • the axis As, around which the contact zones 10-1, 10-11, 10-III and 10-IV are arranged, is in this case perpendicular to the axis of rotation of the bearing AL.
  • the bearing arrangement 1 can also be used as a double-row axial ball bearing (Fig. 4) or as a double-row radial ball bearing (Fig. 5).
  • the axis of rotation AR is perpendicular to the bearing axis of rotation AL and in the case of a double row radial ball bearing, the axis of rotation AR is parallel to the bearing axis AL.
  • the inner or outer rings 2, 4 can be designed as split rings (not shown).
  • a preloading mechanism for example a screw connection, can be used to control the contact points P-I, P-II, P-III, P-IV or contact zones 10 between the ball 6 and the raceways 8.
  • the preload of the contact points P-I, P-II, P-III, P-IV can be adjusted by adjusting the clearance between the parts of the split ring 2,4.
  • Single-row axial or radial ball bearings can also be implemented with split rings 2, 4 and preload mechanisms.
  • the bearing assembly 1 can also be used as a linear bearing, as shown in FIG.
  • the first track element 2 is formed by a rail and the second track element by a carriage 12 and a separate element 4'.
  • the second raceway element 4' can be adjusted by a prestressing element 14 in its prestressing or its play in order to correspondingly Adjust contact points PI, P-II, P-III, P-IV or contact zones 10-1, 10-11, 10-III, 10-IV.
  • the ball rotation axis AR is perpendicular to the direction of movement of the bearing 1 in the carriage 12.

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Abstract

The invention relates to a bearing assembly (1) having a first raceway element (2) and a second raceway element (4), wherein: balls (6) are arranged between the raceway elements (2, 4); the balls (6) roll on raceways (8) which are arranged on the raceway elements (2, 4); the cross-section of the bearing assembly (1) is divided conceptually into four quadrants (I, II, III, IV) by the axis of rotation (AR) of one ball (6) and an axis (As) perpendicular to the axis of rotation (AR) of the ball (6), which quadrants are arranged clockwise; the ball (6) has four contact points (P-I, P-II, P-III, P-IV) with the raceways (8), and each contact point (P-I, P-II, P-III, P-IV) is situated in one of the four quadrants (I, II, III, IV); the raceway (8) of the second raceway element (4) is situated in the first and second quadrants (I, II), and the raceway (8) of the first raceway element (2) is situated in the third and fourth quadrants (III, IV); the midpoint (M-I) of the radius of curvature (R-I) of the raceway (8-1) of the first quadrant (I) is situated in the third quadrant (III); the midpoint (M-II) of the radius of curvature (R-II) of the raceway (8-II) of the second quadrant (II) is situated in the fourth quadrant (IV); the midpoint (M-III) of the radius of curvature (R-III) of the raceway (8-III) of the third quadrant (III) is situated in the first quadrant (I); and the midpoint (M-IV) of the radius of curvature (R-IV) of the raceway (8-IV) of the fourth quadrant (IV) is situated in the second quadrant (II).

Description

B e s c h r e i b u n g Description
Lageranordnung bearing arrangement
Vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit einem ersten Laufbahnelement und einem zweiten Laufbahnelement gemäß Patentanspruch 1. The present invention relates to a bearing arrangement with a first raceway element and a second raceway element according to patent claim 1.
In Hochpräzisionsgetrieben, insbesondere in den Gelenken von Robotern oder den Lagern von Windturbinenblättem, muss von den dort verwendeten Lagern häufig eine Rotationsbewegung von weniger als 360° bei einer niedrigen Geschwindigkeit durchgeführt werden. Gleichzeitig kann dabei eine komplexe Lastsituation mit sowohl radialen als auch axialen Kräften, Neigungsmomentlasten und einer Kombination von Lasten auftreten. Hierfür werden häufig Kreuzrollenlager verwendet, die als ein einzelnes Lager eingesetzt werden können, wohingegen mit anderen Lagerarten zwei Lager notwendig wären. Kreuzrollenlager weisen eine hohe Steifigkeit, eine hohe Laufgenauigkeit und ein niedriges Spiel auf. Für Kreuzrollenlager werden Zylinderrollen verwendet, die in alternierender Folge um 45° geneigt zwischen den Lagerringen eingesetzt sind. Solche Kreuzrollenlager sind sowohl für Rotationsbewegungsanwendungen als auch Linearbewegungsanwendungen bekannt. In high-precision gears, especially in the joints of robots or the bearings of wind turbine blades, the bearings used there often have to perform a rotational movement of less than 360° at a low speed. At the same time, a complex load situation can occur with both radial and axial forces, tilting moment loads and a combination of loads. Crossed roller bearings are often used for this purpose and can be used as a single bearing, whereas two bearings would be required with other types of bearings. Crossed roller bearings have high rigidity, high running accuracy and low backlash. Cylindrical rollers are used for crossed roller bearings, which are inserted in an alternating sequence at an angle of 45° between the bearing rings. Such crossed roller bearings are known for both rotary motion applications and linear motion applications.
Allerdings tritt bei Zylinderrollen vermehrt ein Gleiten, sogenannter Schlupf, zwischen den Rollen und den Laufbahnflächen und zwischen den Rollenseitenflächen und der gegenüberliegenden Laufbahn auf, was zu einer erhöhten Abnutzung führt. Auch tritt ein Gleiten zwischen den Rollen selbst auf, was dazu führt, dass Abstandshalter vorteilhaft sind, was wiederum die Komplexität des Lagers erhöht und einen zusätzlichen Aufwand beim Zusammenbau des Lagers mit sich bringt. Das Gleiten führt auch zu einem hohen Energieverlust bei solchen Lagern. Des Weiteren kann bei Kreuzrollenlagern eine Kantenspannung, insbesondere unter hohen Lasten, auftreten, Diese Kantenspannung kann zwar durch spezielle Profile der Laufbahnen abgeschwächt werden, allerdings sind diese immer nur für einen einzelnen Lastfall vorgesehen und erzeugen eine schlechte Lastverteilung in anderen Lastfällen. Je näher die Lastrichtung zu der Rotationsachse der Rolle ist, desto weniger Last wird durch die Rolle aufgenommen. Dies führt dazu, dass unter speziellen Lastbedingungen die Last nur durch 50 % der verfügbaren Rollen getragen wird. Des Weiteren kann in manchen Fällen aufgrund der alternierenden Positionierung der Rollen die Hälfte der Rollen mehr Last als die andere Hälfte tragen, was eine ungleich verteilte belastete Zone erzeugt. Die alternierende Positionierung der Rollen verursacht des Weiteren einen zusätzlichen Aufwand beim Zusammenbau des Lagers, da spezielle Mechanismen erforderlich sind, um die Rollen zu positionieren. However, in the case of cylindrical rollers, sliding, so-called slip, occurs more frequently between the rollers and the raceway surfaces and between the roller side surfaces and the opposite raceway, which leads to increased wear. Sliding also occurs between the rollers themselves, making spacers advantageous, which in turn increases the complexity of the bearing and introduces additional effort in assembling the bearing. Sliding also leads to high energy loss in such bearings. Furthermore, edge stress can occur with crossed roller bearings, This edge stress can be mitigated by special raceway profiles, but these are only intended for a single load case and produce poor load distribution in other load cases. The closer the load direction is to the axis of rotation of the roller, the less load will be carried by the roller. This results in the load being carried by only 50% of the available sheaves under specific load conditions. Furthermore, in some cases, due to the alternating positioning of the rollers, half of the rollers can carry more load than the other half, creating an unequally distributed loaded zone. The alternating positioning of the rollers also causes additional effort when assembling the bearing, since special mechanisms are required to position the rollers.
Andere potenzielle Lösungen, um Lasten aufzunehmen, wenn axiale Kräfte dominieren, sind zum Beispiel ein Axialkugellager oder ein Vierpunktkontaktkugellager, wenn zusätzlich ein Biegemoment aufgenommen werden muss. Allerdings haben diese Lager ebenfalls einige Nachteile. Axialkugellager haben eine minimale radiale Laststeifigkeit und eine radiale Last kann zu einer Exzentrizität zwischen den Lagerringen führen. Die Kugeln in einem Axialkugellager zeigen aufgrund von Zentrifugalkräften vermehrtes Gleiten. Da es zwischen den Kugeln und den Laufbahnen nur zwei Kontaktstellen gibt, kann dies zu einem hohen Kontaktdruck führen. Die zwei Kontaktstellen zwischen den Kugeln und den Laufbahnen verändern sich mit der Lastrichtung, was eine dynamische Veränderung der Kugelrotationsachse verursacht und daher ein hohes und nicht konstantes Gleiten und daher einen hohen Energieverluste verursacht. Other potential solutions to support loads when axial forces are dominant include a thrust ball bearing or a four-point contact ball bearing when a bending moment needs to be supported as well. However, these bearings also have some disadvantages. Thrust ball bearings have minimal radial load stiffness and radial load can cause eccentricity between the bearing rings. The balls in a thrust ball bearing exhibit increased sliding due to centrifugal forces. Since there are only two points of contact between the balls and the raceways, this can result in high contact pressure. The two points of contact between the balls and the raceways change with the direction of the load, causing a dynamic change in the ball's axis of rotation and therefore high and non-constant sliding and therefore high energy losses.
Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Lageranordnung bereitzustellen, die ein stabiles Lager für radiale und axiale Lasten mit einem niedrigen Energieverlust darstellt und die günstig und einfach herzustellen ist. It is therefore an object of the present invention to provide a bearing arrangement which is a stable bearing for radial and axial loads with a low energy loss and which is cheap and easy to manufacture.
Diese Aufgabe wird durch eine Lageranordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. This object is achieved by a bearing arrangement according to patent claim 1.
Die Lageranordnung weist ein erstes Laufbahnelement und ein zweites Laufbahnelement auf, wobei zwischen den Laufbahnelementen Kugeln angeordnet sind. Die Kugeln rollen jeweils auf Laufbahnen ab, die an den Laufbahnelementen angeordnet sind. Die Lageranordnung kann ein Kugellager, in der Form eines Radiallagers oder eines Axial - lagers, oder ein Linearlager sein. In dem Fall eines Radiallagers entsprechen das erste Laufbahnelement und das zweite Laufbahnelement dem Innenring und dem Außenring. In dem Fall eines Axiallagers werden der Innenring und der Außenring (d.h. das erste Laufbahnelement und das zweite Laufbahnelement) als Gehäusescheibe und Wellenscheibe bezeichnet. In dem Fall eines Linearlagers entsprechen das erste Laufbahnelement und das zweite Laufbahnelement einer Schiene und einem Schlitten. The bearing arrangement has a first raceway element and a second raceway element, with balls being arranged between the raceway elements. The balls each roll on raceways that are arranged on the raceway elements. The bearing arrangement can be a ball bearing, in the form of a radial bearing or an axial bearing, or a linear bearing. In the case of a radial bearing, the first raceway element and the second raceway element correspond to the inner ring and the outer ring. In the case of a thrust bearing, the inner ring and the outer ring (ie, the first raceway member and the second raceway member) are referred to as the housing washer and the shaft washer. In the case of a linear bearing, the first raceway element and the second raceway element correspond to a rail and a carriage.
Um geringe Gleit- und Reibungsverluste sowie eine hohe Biegesteifigkeit und einen geringen Maximalkontaktdruck mit den Laufbahnen zu ermöglichen, weisen die Kugeln mit den Laufbahnen jeweils vier Kontaktpunkte auf. Das bedeutet, dass jede Kugel insgesamt vier Kontaktpunkte aufweist, d.h. pro Laufbahnelement zwei Kontaktpunkte. In dem Kontaktpunkt haben die jeweilige Laufbahn und die Kugel dieselbe Tangente und der Krümmungsradius, d.h. der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Krümmungskreises der Laufbahnkrümmung und dem Kontaktpunkt, steht senkrecht auf dieser Tangente. Durch diese vier Kontaktpunkte wird der Kontaktdruck im Gegensatz zu anderen Lagern aufgeteilt und dadurch die Kontaktspannungen und damit der Verschleiß, die Reibung und andere Oberflächenschädigungen reduziert. In order to enable low sliding and friction losses as well as high flexural rigidity and a low maximum contact pressure with the raceways, the balls each have four contact points with the raceways. This means that each ball has a total of four contact points, i.e. two contact points per track element. At the point of contact, the respective raceway and ball have the same tangent and the radius of curvature, i.e. the distance between the center of the circle of curvature of the raceway curvature and the point of contact, is perpendicular to this tangent. These four contact points distribute the contact pressure unlike other bearings, reducing contact stresses and therefore wear, friction and other surface damage.
Übliche Vierpunktkontaktkugellager, die als Axiallager verwendet werden können, weisen ebenfalls vier Kontaktstellen auf, allerdings sind diese nur theoretisch vorhanden. Im Betrieb sind nur zwei der vier theoretischen Kontaktstellen aktiv, was somit zu einem hohen Kontaktdruck an diesen zwei aktiven Kontaktstellen führt. Im Gegensatz dazu sind bei der hier vorgeschlagenen Lageranordnung immer vier Kontaktpunkte aktiv, wodurch sich der Kontaktdruck besser verteilt. Ein übliches Vierpunktkontaktkugellager hat des Weiteren eine reduzierte Kontaktsteifigkeit sowohl in axialer als auch radialer Richtung, da die Normalenrichtung der Kontaktstellen nicht mit der axialen oder der radialen Achse ausgerichtet ist. Des Weiteren benötigt ein solches Lager eine hohe axiale Vorspannung, um in der Lage zu sein, radiale Lasten aufzunehmen. Conventional four-point contact ball bearings that can be used as thrust bearings also have four contact points, but these are only theoretically available. In operation, only two of the four theoretical contact points are active, thus resulting in high contact pressure at these two active contact points. In contrast, four contact points are always active in the bearing arrangement proposed here, which means that the contact pressure is better distributed. A conventional four-point contact ball bearing also has reduced contact rigidity in both the axial and radial directions because the normal direction of the contact points is not aligned with either the axial or the radial axis. Furthermore, such a bearing requires a high axial preload in order to be able to absorb radial loads.
Um dies zu erreichen, ist die Lageranordnung im Querschnitt durch die Rotationsachse einer Kugel und eine Achse senkrecht zu der Rotationsachse der Kugel gedanklich in vier Quadranten geteilt, die im Uhrzeigersinn angeordnet sind. Die Rotationsachse der Kugel wird hierbei als gedankliche Rotationsachse im Stillstand gesehen. Im Betrieb ist die Rotationsachse der Kugel nicht fest, sondern kann sich bewegen. To achieve this, the bearing assembly is notionally divided in cross section by the axis of rotation of a ball and an axis perpendicular to the axis of rotation of the ball into four quadrants arranged clockwise. The axis of rotation of the sphere is seen here as an imaginary axis of rotation at a standstill. In operation, the axis of rotation of the sphere is not fixed but can move.
Die Laufbahn des zweiten Laufbahnelements liegt in dem ersten und dem zweiten Quadranten und die Laufbahn des ersten Laufbahnelements liegt in dem dritten und dem vierten Quadranten. Der Mittelpunkt des Krümmungsradius der Laufbahn des ersten Quadranten liegt in dem dritten Quadranten, der Mittelpunkt des Krümmungsradius der Laufbahn des zweiten Quadranten liegt in dem vierten Quadranten, der Mittelpunkt des Krümmungsradius der Laufbahn des dritten Quadranten liegt in dem ersten Quadranten und der Mittelpunkt des Krümmungsradius der Laufbahn des vierten Quadranten liegt in dem zweiten Quadranten. Jeder der vier Kontaktpunkte einer Kugel liegt dabei in einem der vier Quadranten. Durch diese spezielle Anordnung wird erreicht, dass jede Kugel mit ihren Laufbahnen immer vier Kontaktpunkte hat und diese Kontaktpunkte auch unter Last beibehalten werden. Bei einem üblichen Vierpunktkontaktkugellager werden im Betrieb unter Last nur zwei oder maximal drei Kontaktstellen belastet. Ein Axialkugellager arbeitet mit nur zwei Kontaktstellen und Kreuzrollenlager arbeiten ebenfalls nur mit zwei Kontaktlinien. Die vier Kontaktpunkte erzeugen somit pro Kontaktpunkt mit der Kugel einen geringeren Kontaktdruck, wodurch z.B. die Abnutzung der Lageranordnung reduziert werden kann, wobei gleichzeitig durch die Anordnung der Kontaktpunkte radiale und axiale Lasten aufgenommen werden können. The track of the second track element lies in the first and second quadrants and the track of the first track element lies in the third and fourth quadrants. The center of the radius of curvature of the trajectory of the first quadrant lies in the third quadrant, the center of the radius of curvature of the trajectory of the second quadrant lies in the fourth quadrant, the center of the radius of curvature of the trajectory of the third quadrant lies in the first quadrant, and the center of the radius of curvature of the Fourth quadrant career is in the second quadrant. Each of the four contact points of a sphere lies in one of the four quadrants. This special arrangement ensures that each ball always has four contact points with its raceways and these contact points are maintained even under load. With a conventional four-point contact ball bearing, only two or a maximum of three contact points are loaded during operation. A thrust ball bearing works with only two points of contact and crossed roller bearings also work with only two lines of contact. The four contact points thus generate less contact pressure per point of contact with the ball, which can, for example, reduce wear on the bearing assembly, while at the same time radial and axial loads can be absorbed by the arrangement of the contact points.
Durch die Verwendung von Kugeln kann der Zusammenbau der Lageranordnung vereinfacht werden, da die Kugeln im Vergleich zu Rollen ohne eine spezielle Orientierung eingebaut werden können. Die Verwendung von Kugeln ist des Weiteren vorteilhaft, da eine Kugel ein vollständig symmetrisches Element ist, das keine alternierende Orientierung der Wälzkörper benötigt, wie sie von Kreuzrollenlager bekannt ist. Dies ermöglicht, dass alle Wälzkörper die Last zwischen allen Laufbahnen tragen, auch wenn sie unter speziellen Bedingungen arbeiten, statt nur die Hälfte der Elemente, wie es bei Kreuzrollenlagern der Fall ist. Des Weiteren können Kugeln frei um ihre Mitte rotieren und können daher die Last über irgendeinen Punkt ihrer Oberfläche übertragen. Dies nutzt die Oberfläche der Kugeln bis zu einem Maximum aus, verteilt den Kontakt über die vollständige Kugeloberfläche und verteilt somit auch die Abnutzung über die vollständige Kugel Oberfläche. Im Gegensatz dazu würden beispielsweise bei Kreuzrollenlagem nur einige Bereiche der Wälzkörperoberfläche abgenutzt werden. Die hier beschriebene Lageranordnung kann als ein Volllager realisiert werden, ohne dass eine zusätzliche Abnutzung, wie es bei Rollenlagern der Fall ist, immer an der gleichen Stelle erfolgt. Durch den punktförmigen Kugel -Kugel -Kontakt entsteht zwar eine Abnutzung der Kugeln. Da die Kontaktpunkte jedoch auf der Oberfläche der Kugeln „wandern“ und somit nicht immer die gleiche Stelle belastet wird, führt dies zu einer geringeren Gesamtbelastung für die Kugeln. Dies ist der Fall, da die Orientierung des Kugelkörpers zu der Rotationsachse im Gegensatz zu einem Rollenlager variiert. Alternativ kann auch ein Käfig verwendet werden, wobei auch die Verwendung von Abstandshaltern statt eines vollständigen Käfigs möglich ist. Die Lageranordnung stellt genug Raum in dem Bereich entlang der Kugelrotationsachse bereit, um sowohl Abstandshalter als auch einen Käfig zu verwenden. The use of balls can simplify assembly of the bearing assembly since the balls can be installed without a specific orientation compared to rollers. The use of balls is further advantageous because a ball is a fully symmetrical element that does not require alternating orientation of the rolling elements as is known from crossed roller bearings. This allows all rolling elements to carry the load between all raceways, even when working under special conditions, instead of only half the elements as is the case with crossed roller bearings. Furthermore, spheres are free to rotate about their center and can therefore transfer the load through any point on their surface. This utilizes the surface area of the balls to a maximum, spreading the contact over the full surface of the ball and thus spreading the wear over the full surface of the ball. In contrast, only some areas of the rolling element surface would be worn, for example, with crossed roller bearings. The bearing arrangement described here can be implemented as a full bearing without additional wear always taking place at the same point, as is the case with roller bearings. The punctiform ball-to-ball contact causes wear on the balls. However, since the contact points "wander" on the surface of the balls and therefore not always the same place is loaded, this leads to a lower overall load for the balls. This is because the orientation of the spherical body to the axis of rotation varies, in contrast to a roller bearing. Alternatively, a cage can also be used, it also being possible to use spacers instead of a complete cage. The bearing assembly provides enough space in the area along the ball's axis of rotation to use both spacers and a cage.
Gemäß einer Ausführungsform liegt der Schnittpunkt der beiden Krümmungsradien der Laufbahn des ersten Laufbahnelements auf einer Achse senkrecht zur Rotationsachse der Kugel und der Schnittpunkt der beiden Krümmungsradien der Laufbahn des zweiten Laufbahnelements liegt ebenfalls auf einer Achse senkrecht zur Rotationsachse der Kugel. Diese Achsen können auch eine gemeinsame Achse sein, insbesondere die Achse, die senkrecht zur Rotationsachse liegt und durch den Mittelpunkt der Kugel geht. Auch können die Schnittpunkte auf der Rotationsachse liegen. Jede Laufbahn weist somit zwei Krümmungsradien auf, deren Mittelpunkte nicht zusammenfallen, wodurch jede Laufbahn aus zwei Segmenten besteht, zwischen denen ein Übergang besteht. Der Übergang zwischen den beiden Laufbahnen bzw. die Kontaktlinie der beiden Laufbahnen liegt auf einer Ebene, welche durch den Kugelmittelpunkt geht und senkrecht auf der gedachten Kugelrotationsachse steht. Durch diese zwei Krümmungsradien und deren spezielle Anordnung kann sichergestellt werden, dass die Kugel immer vier Kontaktstellen mit den Laufbahnen hat. Die beiden Krümmungsradien können unterschiedlich oder identisch sein. According to one embodiment, the intersection of the two radii of curvature of the raceway of the first raceway element lies on an axis perpendicular to the axis of rotation of the ball and the intersection of the two radii of curvature of the raceway of the second raceway element also lies on an axis perpendicular to the axis of rotation of the ball. These axes can also be a common axis, in particular the axis which is perpendicular to the axis of rotation and passes through the center of the sphere. The points of intersection can also lie on the axis of rotation. Each track thus has two radii of curvature whose centers do not coincide, whereby each track consists of two segments between which there is a transition. The transition between the two raceways or the contact line of the two raceways lies on a plane which passes through the center of the sphere and is perpendicular to the imaginary axis of rotation of the sphere. These two radii of curvature and their special arrangement ensure that the ball always has four contact points with the raceways. The two radii of curvature can be different or identical.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Krümmungsradien identisch. Dies führt zu einer symmetrischen Aufteilung der Krümmungsradien und deren Mittelpunkten auf die vier Quadranten. Durch diese symmetrische Anordnung wird die Last gleichmäßig auf die vier Kontaktstellen zwischen den Kugeln und den Laufbahnen verteilt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Kontaktpunkte versetzt zu der Achse senkrecht zu der Rotationsachse der Kugel angeordnet. Das bedeutet, dass die Kontaktpunkte sich vorzugsweise nicht auf der Rotationsachse der Kugel und auf der Achse senkrecht zu der Rotationsachse der Kugel befinden. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass sich die Lageranordnung als ein Axial- oder Radialkugellager verhält, das nur zwei Kontaktpunkte hat, was die radiale oder axiale Steifigkeit verringern würde. Des Weiteren können durch die Lageranordnung radiale oder axiale Lasten in einer definierten Weise direkt von Beginn der Belastung an aufgenommen werden, im Gegensatz zu einem Radialoder Axialkugellager, das je eine Kontaktstelle auf einem der Laufbahnelemente aufweist. In gleicher Weise können axiale oder radiale Lasten in einer definierten Weise direkt von Beginn der Belastung an aufgenommen werden, im Gegensatz zu einem Kugellager, das ebenfalls eine Kontaktstelle auf einer der Achsen hat. According to a further embodiment, the radii of curvature are identical. This leads to a symmetrical distribution of the radii of curvature and their centers to the four quadrants. This symmetrical arrangement distributes the load evenly over the four contact points between the balls and the raceways. According to a further embodiment, the contact points are offset from the axis perpendicular to the axis of rotation of the ball. This means that the contact points are preferably not on the axis of rotation of the sphere and on the axis perpendicular to the axis of rotation of the sphere. In this way, the bearing assembly can be prevented from behaving as a thrust or radial ball bearing that has only two points of contact, which would reduce the radial or axial stiffness. Furthermore, the bearing arrangement can absorb radial or axial loads in a defined manner right from the start of the load, in contrast to a radial or axial ball bearing, which has a contact point on one of the raceway elements. Likewise, axial or radial loads can be absorbed in a defined manner right from the start of the load, unlike a ball bearing which also has a contact point on one of the axles.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Kontaktpunkte in einem Bereich von ± 20°, vorzugsweise ± 10° um die Achse angeordnet, die senkrecht zu der Rotationsachse der Kugel ist. Die Kontaktstellen zwischen der Kugel und den Laufbahnen können innerhalb dieses Bereichs je nach Anwendungsfall variieren. Durch diese Anordnung erzeugen die vier Kontaktpunkte eine spezielle Kinematik der Kugeln, da die Rotationsachse der Kugeln, auch während einer Belastung, immer senkrecht zu der Achse bleibt, um die die Kontaktpunkte angeordnet sind. According to a further embodiment, the contact points are arranged in a range of ±20°, preferably ±10° around the axis perpendicular to the axis of rotation of the sphere. The contact points between the ball and the raceways can vary within this range depending on the application. With this arrangement, the four contact points create special kinematics for the balls, since the axis of rotation of the balls always remains perpendicular to the axis around which the contact points are arranged, even during loading.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Krümmungsradius ein variabler Radius. Das bedeutet, dass die jeweiligen Laufbahnen Kreisbogensegmente, aber auch Ellipsen oder allgemein Ovale sein können. According to one embodiment, the radius of curvature is a variable radius. This means that the respective tracks can be circular arc segments, but also ellipses or ovals in general.
Das erste Laufbahnelement und/oder das zweite Laufbahnelement können als geteiltes Laufbahnelement ausgebildet sein, wobei ein Vorspannmechanismus vorgesehen ist, um die Kontaktpunkte zwischen der Kugel und den Laufbahnen zu kontrollieren. Durch das Vorspannen des jeweiligen Laufbahnelements kann die Vorspannung der Kontaktpunkte durch ein Anpassen des Spiels zwischen den Teilen des geteilten Laufbahnelements angepasst werden. The first raceway element and/or the second raceway element may be formed as a split raceway element with a biasing mechanism provided to control the points of contact between the ball and the raceways. By preloading the respective track element, the preload of the contact points can be adjusted by adjusting the play between the parts of the split track element.
Die Lageranordnung kann als Axiallager, Radiallager oder Linearlager realisiert werden.The bearing arrangement can be implemented as an axial bearing, radial bearing or linear bearing.
Abhängig von der jeweiligen Ausgestaltung der Lageranordnung kann die Rotationsachse der Kugel senkrecht zu der Rotationsachse des Lagers (in dem Fall eines Axiallagers), parallel zu der Rotationsachse des Lagers (in dem Fall eines Radiallagers) und senkrecht zu der Bewegungsrichtung (in dem Fall eines Linearlagers) sein. Depending on the particular design of the bearing assembly, the axis of rotation of the ball can be perpendicular to the axis of rotation of the bearing (in the case of a thrust bearing), parallel to the axis of rotation of the bearing (in the case of a radial bearing), and perpendicular to the direction of motion (in the case of a linear bearing).
Durch die hier beschriebene Lageranordnung sind somit viele verschiedene Lagerausgestaltungen möglich, die jeweils die Vorteile der Lageranordnung, wie sie oben beschrieben sind, zeigen. Insbesondere wird durch die hier beschriebene Lageranordnung eine gute radiale Laststeifigkeit und ein geringes Abnutzungsverhalten aufgrund eines geringen Gleitverhaltens bereitgestellt. Many different bearing configurations are thus possible with the bearing arrangement described here, each showing the advantages of the bearing arrangement as described above. In particular, the bearing arrangement described here provides good radial load rigidity and low wear behavior due to low sliding behavior.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Getriebe, insbesondere ein Hochpräzisionsgetriebe, mit einer wie oben beschriebenen Lageranordnung bereitgestellt. Ein solches Hochpräzisionsgetriebe kann beispielsweise in Robotern eingesetzt werden, die eine sehr genaue Ansteuerung der Bewegungsabläufe und daher der Gelenke, in denen Lager verwendet werden, benötigen. Die Lageranordnung kann beispielsweise als Lager in einer Roboteranwendung verwendet werden, um aufeinanderfolgende Arme bzw. Armteile zu verbinden. According to a further aspect, a gear, in particular a high-precision gear, is provided with a bearing arrangement as described above. Such a high-precision gear can be used, for example, in robots that require very precise control of the movement sequences and therefore of the joints in which bearings are used. For example, the bearing arrangement can be used as a bearing in a robotic application to connect successive arms or arm parts.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können. Further advantages and advantageous embodiments are specified in the description, the drawings and the claims. In particular, the combinations of features specified in the description and in the drawings are purely exemplary, so that the features can also be present individually or in a different combination.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert. The invention is to be described in more detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings. The exemplary embodiments and the combinations shown in the exemplary embodiments are purely exemplary and are not intended to define the scope of protection of the invention. This is defined solely by the appended claims.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 : eine schematische Querschnittsansicht einer Lageranordnung; 1 : a schematic cross-sectional view of a bearing arrangement;
Fig. 2: eine schematische Querschnittsansicht der Lageranordnung von Fig. 1 als einreihiges Axiallager; Fig. 3: eine schematische Querschnittsansicht der Lageranordnung von Fig. 1 als einreihiges Radiallager; FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the bearing arrangement from FIG. 1 as a single-row axial bearing; FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of the bearing arrangement from FIG. 1 as a single-row radial bearing;
Fig. 4: eine schematische Querschnittsansicht der Lageranordnung von Fig. lals zweireihiges Axiallager; FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the bearing arrangement from FIG. 1 as a double-row axial bearing;
Fig. 5: eine schematische Querschnittsansicht der Lageranordnung von Fig. lals zweireihiges Radiallager; und FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of the bearing arrangement from FIG. 1 as a double-row radial bearing; and
Fig. 6: eine schematische Querschnittsansicht der Lageranordnung von Fig. 1 als Linearlager mit geteiltem Laufbahnelement. FIG. 6: a schematic cross-sectional view of the bearing arrangement of FIG. 1 as a linear bearing with a split raceway element.
Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Elements that are identical or have the same functional effect are identified below with the same reference symbols.
Fig. 1 zeigt eine Lageranordnung 1 mit einem ersten Laufbahnelement 2 und einem zweiten Laufbahnelement 4. Zwischen den Laufbahnelementen 2, 4 sind Kugeln 6 als Wälzkörper angeordnet. Die Kugeln 6 rollen auf Laufbahnen 8 ab, die an den Laufbahnelementen 2, 4 angeordnet sind. 1 shows a bearing arrangement 1 with a first raceway element 2 and a second raceway element 4. Between the raceway elements 2, 4, balls 6 are arranged as rolling bodies. The balls 6 roll on raceways 8 which are arranged on the raceway elements 2,4.
Die Lageranordnung 1 kann als Kugellager, insbesondere als Radial- oder Axiallager, oder als Linearlager ausgebildet sein. In dem Fall eines Radiallagers entsprechen das erste Laufbahnelement 2 und das zweite Laufbahnelement 4 dem Innenring und dem Außenring. In dem Fall eines Axiallagers entsprechen das erste Laufbahnelement 2 und das zweite Laufbahnelement 4 der Wellenscheibe und der Gehäusescheibe. In dem Fall eines Linearlagers entsprechen das erste Laufbahnelement 2 und das zweite Laufbahnelement 4 der Schiene und dem Schlitten. The bearing arrangement 1 can be designed as a ball bearing, in particular as a radial or axial bearing, or as a linear bearing. In the case of a radial bearing, the first raceway element 2 and the second raceway element 4 correspond to the inner ring and the outer ring. In the case of a thrust bearing, the first raceway element 2 and the second raceway element 4 correspond to the shaft washer and the housing washer. In the case of a linear bearing, the first raceway element 2 and the second raceway element 4 correspond to the rail and the carriage.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Lageranordnung 1 können die Laufbahnen 8 gedanklich in vier Quadranten I, II, III, IV aufgeteilt werden. Die Aufteilung in die vier Quadranten I, II, III, IV erfolgt durch die Rotationsachse AR der Kugel sowie eine Achse As, die senkrecht auf der Rotationsachse AR steht. Die Laufbahn des zweiten Laufbahnelements 4 wird durch zwei Segmente 8-1, 8-II gebildet und liegt in dem ersten und zweiten Quadranten I, II und die Laufbahn des ersten Laufbahnelements 2 wird durch zwei Laufbahnsegmente 8-III und 8-IV gebildet und liegt in dem dritten und vierten Quadranten III, IV. Die Kugel 6 kommt mit den Laufbahnen 8-1, 8-II an zwei Kontaktpunkten P-I, P-II, die sich in zwei Kontaktzonen 10-1 und 10-11 befinden, und mit den Laufbahnen 8-III und 8-IV an zwei Kontaktpunkten P-III, P-IV, die sich in den Kontaktzonen 10-III und 10-IV befinden, in Kontakt. Um sicherzustellen, dass die Kugel 6 die Laufbahnen 8 an den Kontaktpunkten P-I, P-II, P-III, P-IV, berührt, haben die Laufbahnen 8 eine spezielle Ausgestaltung: Der Mittelpunkt M-I des Krümmungsradius R-I des Laufbahnsegments 8-1 liegt in dem dritten Quadranten III, der Mittelpunkt M-II des Krümmungsradius R-II des Laufbahnsegments 8-II liegt in dem vierten Quadranten IV, der Mittelpunkt M-III des Krümmungsradius R-III des Laufbahnsegments 8-III liegt in dem ersten Quadranten I und der Mittelpunkt M-IV des Krümmungsradius R-IV des Laufbahnsegments 8-IV liegt in dem zweiten Quadranten II. In the case of the bearing arrangement 1 shown in FIG. 1, the raceways 8 can be divided into four quadrants I, II, III, IV. The division into the four quadrants I, II, III, IV takes place through the axis of rotation AR of the sphere and an axis As, which is perpendicular to the axis of rotation AR. The track of the second track element 4 is formed by two segments 8-1, 8-II and lies in the first and second quadrant I, II and the track of the first track element 2 is formed by two track segments 8-III and 8-IV and lies in the third and fourth quadrants III, IV. The ball 6 comes with raceways 8-1, 8-II at two contact points PI, P-II located in two contact zones 10-1 and 10-11, and with raceways 8-III and 8-IV at two Contact points P-III, P-IV located in contact zones 10-III and 10-IV. In order to ensure that the ball 6 touches the raceways 8 at the contact points PI, P-II, P-III, P-IV, the raceways 8 have a special design: the center point MI of the radius of curvature RI of the raceway segment 8-1 is in the third quadrant III, the center M-II of the radius of curvature R-II of the raceway segment 8-II lies in the fourth quadrant IV, the center M-III of the radius of curvature R-III of the raceway segment 8-III lies in the first quadrant I and the Center M-IV of the radius of curvature R-IV of the raceway segment 8-IV is in the second quadrant II.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform liegt der Schnittpunkt der Krümmungsradien R-I, R-II des ersten und des zweiten Quadranten I, II auf der Achse As und der Schnittpunkt der Krümmungsradien R-III, R-IV des dritten und des vierten Quadranten III, IV liegt ebenfalls auf der Achse As. Der Schnittpunkt kann aber auch nicht auf der Achse As liegen. Unter dem Krümmungsradius R wird hier der die Krümmung definierende Radius, d.h. der Abstand zwischen der Laufbahn 8 und dem Mittelpunkt M verstanden. Insbesondere, wie in Fig. 1 gezeigt ist, schneidet die Gerade durch M-I und M-III die Gerade durch M-II und M-IV in dem Schnittpunkt S. In dem hier gezeigten Fall liegt der Schnittpunkt S gleichzeitig auf dem Schnittpunkt der Rotationsachse AR und der Achse As, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Durch diese spezifische Ausgestaltung der Krümmungsradien R der Laufbahnen 8 wird sichergestellt, dass die Kugel 6 die Laufbahnen 8 an den Kontaktpunkten P-I, P-II, P-III, P-IV berührt. Die Kontaktpunkte P-I, P-II, P-III, P-IV liegen in den Kontaktzonen 10 in einem Bereich von ± 20°, insbesondere ±10° um die Achse As. In the embodiment shown in Fig. 1, the intersection of the radii of curvature RI, R-II of the first and second quadrant I, II lies on the axis As and the intersection of the radii of curvature R-III, R-IV of the third and fourth quadrant III , IV also lies on the As axis. However, the point of intersection cannot lie on the axis As either. The radius of curvature R is understood here as the radius defining the curvature, i.e. the distance between the track 8 and the center point M. In particular, as shown in FIG. 1, the straight line through MI and M-III intersects the straight line through M-II and M-IV at the point of intersection S. In the case shown here, the point of intersection S lies simultaneously on the point of intersection of the axis of rotation AR and the axis As, but this is not absolutely necessary. This specific configuration of the radii of curvature R of the raceways 8 ensures that the ball 6 touches the raceways 8 at the contact points P-I, P-II, P-III, P-IV. The contact points P-I, P-II, P-III, P-IV are in the contact zones 10 in a range of ±20°, in particular ±10° around the axis As.
Um sicherzustellen, dass das Kugellager 1 nicht nur axiale oder radiale Lasten aufnehmen kann, sind die Kontaktpunkte P-I, P-II, P-III, P-IV immer versetzt zu der Achse As. Auf diese Weise weist die Kugel 6 immer vier Kontaktstellen P-I, P-II, P-III, P-IV mit den Laufbahnen 8 auf, die sich jeweils in den Kontaktzonen 10-1, 10-11, 10-III und 10-IV befinden, wodurch eine gute radiale Laststeifigkeit und eine gute Last- und Druckverteilung und damit ein geringes Abnutzungsverhalten erreicht wird. Die Lageranordnung 1 kann in unterschiedlichen Ausgestaltungen eingesetzt werden, wie in den Figuren 2 bis 6 gezeigt ist. In order to ensure that the ball bearing 1 cannot only absorb axial or radial loads, the contact points PI, P-II, P-III, P-IV are always offset from the axis As. In this way, the ball 6 always has four points of contact PI, P-II, P-III, P-IV with the raceways 8, located respectively in the contact zones 10-1, 10-11, 10-III and 10-IV located, whereby a good radial load stiffness and a good load and pressure distribution and thus a low wear behavior is achieved. The bearing arrangement 1 can be used in different configurations, as shown in FIGS.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, kann die Lageranordnung als einreihiges Axialkugellager verwendet werden, wobei in diesem Fall die Rotationsachse AR senkrecht zu der Lagerrotationsachse AL ist. Die Achse As, um die die Kontaktzonen 10-1, 10-11, 10-III, 10-IV angeordnet sind, liegt dabei parallel zu der Rotationsachse AL des Lagers. As shown in FIG. 2, the bearing assembly can be used as a single row thrust ball bearing, in which case the axis of rotation AR is perpendicular to the axis of rotation AL of the bearing. The axis As, around which the contact zones 10-1, 10-11, 10-III, 10-IV are arranged, is parallel to the axis of rotation AL of the bearing.
Alternativ kann die Lageranordnung 1 als einreihiges Radialkugellager verwendet werden, wie in Fig. 3 gezeigt ist. In diesem Fall ist die Rotationsachse AR parallel zu der Rotationsachse AL des Lagers 1. Die Achse As, um die die Kontaktzonen 10-1, 10-11, 10-III und 10- IV angeordnet sind, ist in diesem Fall senkrecht zu der Lagerrotationsachse AL. Alternatively, the bearing assembly 1 can be used as a single row radial ball bearing as shown in FIG. In this case, the axis of rotation AR is parallel to the axis of rotation AL of the bearing 1. The axis As, around which the contact zones 10-1, 10-11, 10-III and 10-IV are arranged, is in this case perpendicular to the axis of rotation of the bearing AL.
Die Lageranordnung 1 kann auch als zweireihiges Axialkugellager (Fig. 4) oder als zweireihiges Radialkugellager (Fig. 5) verwendet werden. In dem Fall eines zweireihigen Axialkugellagers ist die Rotationsachse AR senkrecht zu der Lagerrotationsachse AL und in dem Fall eines zweireihigen Radialkugellagers ist die Rotationsachse AR parallel zu der Lagerachse AL. The bearing arrangement 1 can also be used as a double-row axial ball bearing (Fig. 4) or as a double-row radial ball bearing (Fig. 5). In the case of a double row thrust ball bearing, the axis of rotation AR is perpendicular to the bearing axis of rotation AL and in the case of a double row radial ball bearing, the axis of rotation AR is parallel to the bearing axis AL.
In dem Fall eines solchen zweireihigen Axial- oder Radialkugellagers können die Innen - oder Außenringe 2, 4 als geteilte Ringe ausgestaltet sein (nicht gezeigt). In diesem Fall kann ein Vorspannmechanismus, beispielsweise eine Schraubverbindung, verwendet werden, um die Kontaktpunkte P-I, P-II, P-III, P-IV bzw. Kontaktzonen 10 zwischen der Kugel 6 und den Laufbahnen 8 zu kontrollieren. Durch das Vorspannen des jeweiligen Rings 2, 4 kann die Vorspannung der Kontaktpunkte P-I, P-II, P-III, P-IV durch ein Anpassen des Spiels zwischen den Teilen des geteilten Rings 2, 4 angepasst werden. Auch einreihige Axial- oder Radialkugellager können mit geteilten Ringen 2, 4 und Vorspannmechanismen realisiert werden. In the case of such a double-row thrust or radial ball bearing, the inner or outer rings 2, 4 can be designed as split rings (not shown). In this case, a preloading mechanism, for example a screw connection, can be used to control the contact points P-I, P-II, P-III, P-IV or contact zones 10 between the ball 6 and the raceways 8. By preloading the respective ring 2, 4, the preload of the contact points P-I, P-II, P-III, P-IV can be adjusted by adjusting the clearance between the parts of the split ring 2,4. Single-row axial or radial ball bearings can also be implemented with split rings 2, 4 and preload mechanisms.
Die Lageranordnung 1 kann auch als ein Linearlager verwendet werden, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. In diesem Fall wird das erste Laufbahnelement 2 durch eine Schiene und das zweite Laufbahnelement durch einen Schlitten 12 und ein davon getrenntes Element 4' gebildet. Auch in diesem Fall kann das zweite Laufbahnelement 4' durch eine Vorspannelement 14 in seiner Vorspannung oder seinem Spiel angepasst werden, um entsprechend die Kontaktpunkte P-I, P-II, P-III, P-IV bzw. die Kontaktzonen 10-1, 10-11, 10-III, 10-IV anzupassen. In dem Fall des Linearlagers 1 von Fig. 6 ist die Kugelrotationsachse AR senkrecht zur Bewegungsrichtung des Lagers 1 in dem Schlitten 12. The bearing assembly 1 can also be used as a linear bearing, as shown in FIG. In this case, the first track element 2 is formed by a rail and the second track element by a carriage 12 and a separate element 4'. In this case, too, the second raceway element 4' can be adjusted by a prestressing element 14 in its prestressing or its play in order to correspondingly Adjust contact points PI, P-II, P-III, P-IV or contact zones 10-1, 10-11, 10-III, 10-IV. In the case of the linear bearing 1 of Fig. 6, the ball rotation axis AR is perpendicular to the direction of movement of the bearing 1 in the carriage 12.
Durch das hier beschriebene Kugellager können eine gute radiale und axiale Laststeifigkeit und ein geringes Abnutzungsverhalten aufgrund einer geringeren Reibung erreicht werden. With the ball bearing described here, good radial and axial load rigidity and low wear behavior due to lower friction can be achieved.
Bezugszeichenliste Reference List
1 Lageranordnung 1 bearing arrangement
2 erstes Laufbahnelement 2 first track element
4 zweites Laufbahnelement 4 second track element
6 Kugeln 6 balls
8 Laufbahnen 8 careers
10 Kontaktzonen 10 contact zones
12 Schlitten 12 sleds
14 Vorspannmechanismus 14 biasing mechanism
I, II, III, IV Quadranten I, II, III, IV quadrants
AL Lagerrotationsachse AL bearing axis of rotation
AR Kugelrotationsachse AR ball rotation axis
As Achse senkrecht zur KugelrotationsachseAs axis perpendicular to the sphere's axis of rotation
M Mittelpunkt des Krümmungsradius M Center of curvature radius
P Kontaktpunkte P contact points
R Krümmungsradius R radius of curvature
5 Schnittpunkt 5 intersection

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e P a t e n t claims
Lageranordnung Lageranordnung (1) mit einem ersten Laufbahnelement (2) und einem zweiten Laufbahnelement (4), wobei zwischen den Laufbahnelementen (2, 4) Kugeln (6) angeordnet sind, wobei die Kugeln (6) auf Laufbahnen (8), die an den Laufbahnelementen (2, 4) angeordnet sind, abrollen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (1) im Querschnitt durch die Rotationsachse (AR) einer Kugel (6) und eine Achse (As) senkrecht zu der Rotationsachse (AR) der Kugel (6) gedanklich in vier Quadranten (I, II, III, IV) geteilt ist, die im Uhrzeigersinn angeordnet sind, wobei die Kugel (6) vier Kontaktpunkte (P-I, P-II, P-III, P-IV) mit den Laufbahnen (8) aufweist und wobei jeder Kontaktpunkt (P-I, P- II, P-III, P-IV) in einem der vier Quadranten (I, II, III, IV) liegt, wobei die Laufbahn (8) des zweiten Laufbahnelements (4) im ersten und im zweiten Quadranten (I, II) und die Laufbahn (8) des ersten Laufbahnelements (2) im dritten und im vierten Quadranten (III, IV) liegt, wobei der Mittelpunkt (M-I) des Krümmungsradius (R-I) der Laufbahn (8-1) des ersten Quadranten (I) im dritten Quadranten (III) liegt, wobei der Mittelpunkt (M-II) des Krümmungsradius (R-II) der Laufbahn (8-II) des zweiten Quadranten (II) im vierten Quadranten (IV) liegt, wobei der Mittelpunkt (M-III) des Krümmungsradius (R-III) der Laufbahn (8-III) des dritten Quadranten (III) im ersten Quadranten (I) liegt, und wobei der Mittelpunkt (M-IV) des Krümmungsradius (R- IV) der Laufbahn (8-IV) des vierten Quadranten (IV) im zweiten Quadranten (II) liegt. Lageranordnung nach Anspruch 1, wobei der Schnittpunkt der beiden Krümmungsradien (R-III, R-IV) der Laufbahn (8-III, 8-IV) des ersten Laufbahnelements (2) auf einer Achse senkrecht zu der Rotationsachse (AR) der Kugel (6) liegt und wobei der Schnittpunkt der beiden Krümmungsradien (R-I, R-II) der Laufbahn (8-1, 8-II) des zweiten Laufbahnelements (4) auf einer Achse senkrecht zu der Rotationsachse (AR) der Kugel (6) liegt. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Krümmungsradien (R-I, R-II, R- III, R-IV) identisch sind. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktpunkte (P-I, P-II, P-III, P-IV) versetzt zu der Achse (As) senkrecht zu der Rotationsachse (AR) der Kugel (6) angeordnet sind. Lageranordnung nach Anspruch 4, wobei die Kontaktpunkte (P-I, P-II, P-III, P-IV) der Kugel (6) mit den Laufbahnen (8) in einem Bereich von ± 20°, vorzugsweise ±10°, um die Achse (As) angeordnet sind, die senkrecht zu der Rotationsachse (AR) der Kugel (6) ist. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Krümmungsradius (R-I, R-II, R-III, R-IV) der Laufbahnen (8) ein variabler Radius ist. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Laufbahnelement (2) und/oder das zweite Laufbahnelement (4) als geteiltes Laufbahnelement ausgebildet ist, wobei ein Vorspannmechanismus vorgesehen ist, um die Kontaktpunkte (P-I, P-II, P-III, P-IV) zwischen der Kugel (6) und den Laufbahnen (8) zu kontrollieren. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lageranordnung (1) ein Kugellager ist, wobei das erste Laufbahnelement (2) ein Innenring oder eine Wellenscheibe ist und wobei das zweite Laufbahnelement (4) ein Außenring o- der eine Gehäusescheibe ist. Lageranordnung nach Anspruch 8, wobei die Rotationsachse (AR) der Kugeln (6) senkrecht oder parallel zu der Rotationsachse (AL) des Kugellagers (1) ist. 15 Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Lageranordnung (1) ein Linearlager ist, wobei das erste Laufbahnelement (2) eine Schiene ist und wobei das zweite Laufbahnelement (4‘, 12) ein Schlitten ist. Bearing arrangement Bearing arrangement (1) with a first raceway element (2) and a second raceway element (4), balls (6) being arranged between the raceway elements (2, 4), the balls (6) being on raceways (8) which are on are arranged on the raceway elements (2, 4), characterized in that the bearing arrangement (1) in cross section through the axis of rotation (AR) of a ball (6) and an axis (As) perpendicular to the axis of rotation (AR) of the ball ( 6) conceptually divided into four quadrants (I, II, III, IV) arranged clockwise, with the ball (6) having four points of contact (PI, P-II, P-III, P-IV) with the raceways (8) and wherein each contact point (PI, P-II, P-III, P-IV) is in one of the four quadrants (I, II, III, IV), the raceway (8) of the second raceway element (4 ) in the first and in the second quadrant (I, II) and the raceway (8) of the first raceway element (2) in the third and in the fourth quadrant (III, IV), the center ( MI) of the radius of curvature (RI) of the raceway (8-1) of the first quadrant (I) lies in the third quadrant (III), the center (M-II) of the radius of curvature (R-II) of the raceway (8-II) of the second quadrant (II) lies in the fourth quadrant (IV), the center (M-III) of the radius of curvature (R-III) of the raceway (8-III) of the third quadrant (III) lying in the first quadrant (I), and wherein the center (M-IV) of the radius of curvature (R-IV) of the raceway (8-IV) of the fourth quadrant (IV) lies in the second quadrant (II). Bearing arrangement according to claim 1, wherein the intersection of the two radii of curvature (R-III, R-IV) of the raceway (8-III, 8-IV) of the first raceway element (2) on an axis perpendicular to the axis of rotation (AR) of the ball ( 6) and wherein the intersection of the two radii of curvature (RI, R-II) of the raceway (8-1, 8-II) of the second raceway element (4) lies on an axis perpendicular to the axis of rotation (AR) of the ball (6). . Bearing arrangement according to claim 1 or 2, wherein the radii of curvature (RI, R-II, R-III, R-IV) are identical. Bearing arrangement according to one of the preceding claims, wherein the contact points (PI, P-II, P-III, P-IV) are arranged offset to the axis (As) perpendicular to the axis of rotation (AR) of the ball (6). Bearing arrangement according to claim 4, wherein the contact points (PI, P-II, P-III, P-IV) of the ball (6) with the raceways (8) in a range of ± 20°, preferably ± 10°, around the axis (As) are arranged, which is perpendicular to the axis of rotation (AR) of the ball (6). Bearing arrangement according to one of the preceding claims, wherein the radius of curvature (RI, R-II, R-III, R-IV) of the raceways (8) is a variable radius. Bearing arrangement according to one of the preceding claims, wherein the first raceway element (2) and/or the second raceway element (4) is designed as a split raceway element, with a pretensioning mechanism being provided in order to keep the contact points (PI, P-II, P-III, P -IV) between the ball (6) and the raceways (8). Bearing arrangement according to one of the preceding claims, wherein the bearing arrangement (1) is a ball bearing, wherein the first raceway element (2) is an inner ring or a shaft washer and the second raceway element (4) is an outer ring or a housing washer. Bearing arrangement according to claim 8, wherein the axis of rotation (AR) of the balls (6) is perpendicular or parallel to the axis of rotation (AL) of the ball bearing (1). 15 Bearing arrangement according to one of claims 1 to 7, wherein the bearing arrangement (1) is a linear bearing, wherein the first track element (2) is a rail and wherein the second track element (4 ', 12) is a carriage.
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