Kugellager
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Kugellager mit einem äußeren Laufring, einem konzentrischen inneren Laufring und mit zwischen den Laufringen angeordneten Kugeln-
Kugellager der angesprochenen Art sind bekannt. Diese werden durch ihre Bauform voneinander unterschieden, beispielsweise in einreihige Rillenkugellager, Schulterkugellager, Vierpunktlager, Axial- rillenkugellager. Es hat sich gezeigt, daß die bekannten Lager einen hohen Reibwiderstand aufweisen. Dieser führt, insbesondere bei höheren Drehzahlen, zu einer deutlichen Verringerung der Leistung und Lebensdauer der Lager, überdies sind die bekannten Kugellager nicht in allen Fällen für die Aufnahme von einem Käfig, in dem die Kugeln geführt werden, geeignet.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Kugellager der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine hohe Leistung und lange Lebensdauer aufweist, universell einsetzbar sowie kostengünstig herstellbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kugellager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Dieses zeichnet sich dadurch aus, daß der äußere Laufring
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zwei und der innere Laufring einen Anlagebereich für die Kugeln oder der äußere Laufring einen und der innere Laufring zwei Anlagebereiche aufweisen. Dadurch, daß die Kugeln jeweils insgesamt nur an drei Berührungsstellen an den Laufringen anliegen, weist das Kugellager auch bei hohen Drehzahlen einen geringen Reibungswiderstand und somit einen geringen Verschleiß auf. Das Kugellager zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Leistung und lange Lebensdauer auf. Das Kugellager ist allgemein einsetzbar, weil Kräfte in axialer, radialer und auch aus wechselnder Richtung aufgenommen werden können.
Die Anlagebereiche der beiden Laufringe für die Kugeln sind punkt- oder flächenförmig. Das heißt, bei einem punktförmigen Anlagebereich berühren die Kugeln den Laufring -zumindest theoretisch- nur in einem Punkt. Die Laufbahn der Kugeln entspricht hier einer Kreislinie. Bei einem flächenförmigen Anlagebereich liegen demgemäß die Kugeln über einen Umfangsbereich an dem Laufring an.
Es wird ein Ausführungsbeispiel des Kugellagers bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, daß die Kugeln in einem Käfig geführt sind, der die Kugeln auf Abstand zueinander hält. Durch den Käfig und die drei Anlagebereiche der Laufringe, an denen sich die Kugeln abrollen, ergibt sich eine konstante Kugeldrehrichtung. Hierdurch kann ein Kugellager mit einem sehr geringen Verschleiß und kleinem Reibungswiderstand realsiert werden.
Schließlich wird ein Ausführungsbeispiel des Kugellagers bevorzugt, bei dem der Anlagebereich an dem
Laufring, der nur einen Anlagebereich für die Kugeln aufweist, an einem Wandbereich beziehungsweise Wandabschnitt gebildet ist, dessen Radius größer ist als der Radius der Kugel. Dadurch kann das Kugellager auch Winkelfehler der Wellenachsen aufnehmen. Der Wandbereich/Wandabschnitt kann eine Krümmung beziehungsweise einen Bogen aufweisen oder -bei einem Sonderfall, bei dem der Radius unendlich groß ist- gerade ausgebildet sein.
Weitere vorteilhafte Ausfuhrungsformen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert und zwar zeigen:
Figur 1 einen Axialschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kugellagers;
Figuren jeweils einen Axialschnitt durch einen 2 bis 4 Teil weiterer Ausführungsbeispiele des Kugellagers und
Figuren jeweils einen Querschnitt durch einen
5 bis 7 Teil von zwei Kugellagern, die zu einem
Doppellager zusammengefaßt sind.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kugellagers 1, das einen äußeren Laufring 3 und einen inneren Laufring 5 aufweist. Zwischen den beiden konzentrisch angeordneten Laufringen 3, 5 ist ein Käfig 7 vorgesehen, der eine Anzahl von Kugeln 9 in einer gewünschten Position auf Abstand zueinander hält.
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Kugellager der hier angesprochenen Art sind bekannt, so daß hier nicht näher darauf eingegangen wird..
Der äußere und der innere Laufring des Kugellagers 1 sind vorzugsweise aus Blech in einem Umformverfahren hergestellt. Die Rohlinge für die beiden Laufringe 3 , 5 können aus einem ebenen Blechteil ausgestanzt werden. Danach werden die beiden Laufringe 5 beispielsweise in einem Tiefziehverfahren hergestellt beziehungsweise ausgeformt. Aufgrund der einfachen Herstellung des Kugellagers ist dieses kostengünstig herstellbar. Vorteilhaft ist ferner, daß das Kugellager durch die Blechteile nur ein geringes Gewicht aufweist. Alternativ können für Sonderausführungen des Kugellagers die Laufringe mit Hilfe einer Drehmaschine aus Vollmaterial gefertigt werden. Die aus Stahl bestehenden Lauf- ringe 3, 5 sind vorzugsweise gehärtet. Die Härte der Laufringe beträgt bei einem bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiel 58 bis 64 Härte-Rockwell .
Der äußere Laufring 3 weist einen im wesentlichen horizontal verlaufenden ersten Wandabschnitt 11 auf, der eine obere Begrenzungsfläche für den die Kugeln 9 aufnehmenden Innenraum 13 bildet. Der äußere Laufring 3 umfaßt außerdem einen zweiten, im wesentlichen senkrecht verlaufenden Wandabschnitt 15, der eine seitliche Begrenzungsfläche sowohl für das Kugellager 1 als auch für den Innenraum 13 bildet.
Der innere Laufring 5 weist eine dem ersten Wandabschnitt 11 gegenüberliegenden ersten Wandbereich 17 auf, an den sich ein vertikal verlaufender zweiter Wandbereich 19 anschließt. Dieser geht über in
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einen dritten Wandbereich 21, der mit dem ersten Wandabschnitt 11 des äußeren Laufrings 3 quasi fluchtet. Der dritte Wandbereich 21 geht schließlich in einen weiteren, vertikal verlaufenden vierten Wandbereich 23 über, der einen inneren Freiraum 25 umschließt, in den eine mit dem Kugellager 1 zusammenwirkende -nicht dargestellte- Welle einbringbar ist.
Die in vertikaler Richtung gemessene Höhe des zweiten Wandabschnitts 15 des äußeren Laufrings 3 und der zweiten und vierten Wandbereiche 19 und 23 des inneren Laufrings 5 ist so gewählt, daß das Kugellager 1 eine ebene obere Begrenzungsfläche 27 sowie eine dazu parallel verlaufende ebene untere Begrenzungsfläche 29 aufweist.
Die Wandabschnitte 11 und 15 des äußeren Laufrings 3 gehen über einen dritten, gebogenen Wandabschnitt 31 ineinander über, so daß eine gebogene Innenfläche 33 ausgebildet wird. Auch die ersten und zweiten Wandbereiche 17 und 19 des inneren Laufrings 5 gehen über einen fünften, geraden Wandbereich 35 ineinander über, so daß hier eine gerade Innenfläche 37 gebildet wird.
Der zweite Wandbereich 19 geht über einen gebogenen Wandbereich 39 in den dritten Wandbereich 21 und von dort über einen gebogenen Wandbereich 41 in den vierten Wandbereich 23 über.
Der in horizontaler Richtung gemessene Abstand des zweiten Wandbereichs 19 und des vierten Wandbereichs 23 kann durch Veränderung der in horizontaler Richtung gemessenen Länge des dritten Wandbereichs 21 verändert werden. Damit verändert sich
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auch der Innendurchmesser des inneren Freiraums 25 des Kugellagers 1. Es zeigt sich also, daß durch eine Veränderung der Länge des dritten Wandbereichs 21 eine Anpassung des Kugellagers 1 an verschiedene Wellendurchmesser problemlos möglich ist. Dabei ist insbesondere wichtig, daß der dem Innenraum 13 zugewandte Bereich des inneren Laufrings 5, der Käfig 7 und der äußere Laufring 3 unverändert bleiben können. Es ist also auf einfache Weise möglich, das Kugellager 1 an verschiedene Wellendurchmesser anzupassen, ohne dabei die Abrolleigenschaften der Kugeln 9 auf den Innenflächen 33 und 37 zu verändern. Besonders vorteilhaft ist ferner, daß Toleranzen in der Dicke des Blechs, aus dem die Lauf- ringe 3, 5 hergestellt sind, und die Herstelltoleranzen des Kugellagers durch die Formgebung des inneren Laufrings 3 ausgeglichen werden können.
Die Innenfläche 33 des äußeren Laufrings 3 ist kreisbogenförmig gekrümmt und weist einen Innenradius Rl auf. Aus Figur 1 ist ersichtlich, daß der Radius Rl der Kreisbogenkontur der Innenfläche 33 kleiner ist als der mit r gekennzeichnete Radius der Kugel 9. Aufgrund dieser Ausgestaltung der Innenfläche 33 und durch die gerade Innenfläche 37 des inneren Laufrings 5 ergeben sich insgesamt drei definierte Anlagebereiche AI, A2 und A3, an denen die Kugeln 9 an den Laufringen anliegen. Der äußere Laufring 3 weist die Anlagebereiche AI und A2 und der innere Laufring 5 den Anlagebereich A3 auf. In diesen Anlagebereichen rollen die Kugeln 9 an den Laufringen 3, 5 ab. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Anlagebereiche AI, A2 und A3 -zumindest theoretisch- punktförmig ausgebildet, das heißt die Kugeln 9 berühren die Lauf- ringe an diesen Stellen jeweils nur in einem Punkt.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird auch dann von einer "punktförmigen" Berührung/Anlage der Kugeln 9 an den Laufringen 3 , 5 gesprochen, wenn im Wälzkontakt unter Last infolge von "Abplattung" eine Berührfläche zwischen den Kugeln und den Innenflächen der Laufringe in den Anlagebereichen gebildet wird.
Die erste Anlagefläche AI liegt auf einer gedachten ersten Geraden Gl, die den Mittelpunkt der Kugel 9 schneidet und hier parallel zur Rotationsachse 43 des Kugellagers 1 verläuft. Der zweite Anlagebereich A2 liegt auf einer gedachten zweiten Geraden G2 , die -entgegen dem Uhrzeigersinn gesehen- gegenüber der ersten Geraden Gl um einen Winkel α geneigt ist, der bei diesem Ausführungsbeispiel 90° beträgt. Durch variieren der Kontur der Innenfläche 33 kann der Winkel α ohne weiteres in einem Bereich von 70° bis 110° variiert werden. Der dritte Anlagebereich A3 liegt auf einer gedachten dritten Geraden G3 , die entgegen dem Uhrzeigersinn gegenüber der ersten Geraden Gl um einen Winkel ß geneigt ist, der vorzugsweise in einem Bereich von 30° bis 60° und bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel 45° beträgt. Aufgrund der Anordnung der Anlagebereiche AI, A2 , A3 kann das Kugellager 1 Kräfte in axialer, radialer und aus wechselnder Richtung problemlos aufnehmen, ohne daß sich dadurch das Abrollverhalten der Kugeln 9 ändert. Die Reibung und somit die Wärmeentwicklung des Kugellagers 1 sowie dessen Verschleiß sind daher gering.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels des Kugellagers 1. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß auf deren Beschreibung anhand von Figur 1 verwiesen
wird. Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich ausschließlich dadurch, daß bei der Variante gemäß Figur 2 der äußere Laufring 3 mit einem senkrecht zur Rotationsachse 43 des Lagers verlaufenden Flansch 45 versehen ist, der einstückig an dem äußeren Laufring 3 angeformt ist.
Figur 3 zeigt einen Axialschnitt durch einen Teil eines dritten Ausführungsbeispiels des Kugellagers 1. Teile, die mit denen in Figur 1 übereinstimmen, sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Im folgenden wird lediglich auf die Unterschiede näher eingegangen.
Die Wandbereiche 17 und 19 des inneren Laufrings 5 gehen bei diesem Auεführungsbeispiel über einen gebogenen Wandabschnitt 35* ineinander über, so daß eine gebogenen Innenfläche 39' ausgebildet wird. Diese ist kreisbogenförmig gekrümmt und weist einen Innenradius R2 auf, der größer ist als der Radius r der Kugeln 9. Durch die Kreisbogenkontur der Innenfläche 37 ' ergibt sich ein flächiger Anlagebereich der Kugeln 9 am inneren Laufring 5, das heißt, die Kugeln liegen über einen Umfangsbereich an der Innenfläche 37 ' an. Es wird ohne weiteres deutlich, daß auch bei dieser Ausgestaltung der Laufringe 3 , 5 sich lediglich drei Anlagebereiche AI, A2, A3 für die Kugeln ergeben. Auch bei dieser Ausführungsva- riante des Kugellagers weist der äußere Laufring 3 zwei -hier punktförmige- Anlagebereiche AI und A2 und der innere Laufring 5 einen -flächenför ig ausgebildeten- Anlagebereich A3 auf. Auch das in Figur 3 dargestellte Kugellager 1 kann Kräfte in axialer und radialer Richtung sowie auch aus wechselnder Richtung problemlos aufnehmen. Trotz des flächen-
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förmigen Anlagebereichs A3 weist das Kugellager 1 gegenüber bekannten Kugellagern eine kleinere Reibung und einen geringeren Verschleiß auf. Da der Radius R2 der Innenfläche 37' größer ist als der Radius r der Kugeln 9, kann das Kugellager 1 auch Winkelfehler der Wellenachsen aufnehmen beziehungsweise kompensieren.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt eines Teils eines vierten Ausführungsbeispiels des Kugellagers 1, das sich von den anhand der Figuren 1 bis 3 beschriebenen Kugellagern im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß der äußere Laufring 3 nur einen Anlagebereich A3 und der innere Laufring 5 zwei Anlagebereiche AI und A2 aufweist. Dies wird einerseits dadurch realisiert, daß die Wandabschnitte 11 und 15 des äußeren Laufrings 3 über einen geraden Wandabschnitt 31' ineinander über gehen, so daß eine gerade Innenfläche 33' gebildet wird. Die Innenfläche 33' weist einen punktförmigen Anlagebereich A3 für die Kugeln 9 auf. Andererseits gehen die Wandbereiche 17 und 19 des inneren Laufrings 5 über einen gebogenen Wandbereich 35* ' ineinander über, so daß eine kreisbogenförmig gekrümmte Innenfläche 37' • gebildet wird. Deren Radius Rl ist kleiner als der Radius r der Kugeln 9. Dadurch ergeben sich am inneren Laufring 5 zwei punktförmige Anlagebereiche AI und A2 für die Kugeln 9.
Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbei- spiel sind die Abstände der Anlagebereiche AI, A2 , A3 zueinander über den Umfang der Kugel 9 identisch mit den Abständen der Anlagebereiche der anhand der Figuren 1 bis 3 beschriebenen Kugellager. Das heißt, die gedachte zweite Gerade G2, auf der der Anlagebereich A2 liegt, ist gegenüber der ersten
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Geraden Gl, auf der der Anlagebereich AI liegt, um einen Winkel α von 90° geneigt. Die dritte Gerade G3, auf der der Anlagebereich A3 liegt, ist gegenüber der ersten Geraden Gl um einen Winkel ß von 45° geneigt. Unabhängig davon, an welchem der beiden Laufringe zwei beziehungsweise ein Anlagebereich für die Kugeln ausgebildet ist, sind die Abstände der Anlagebereiche AI bis A3 zueinander, also die Winkel α und ß, variierbar.
Nach allem wird deutlich, daß die Kontur der Innenflächen 33 und 37, an denen die Kugeln an drei Stellen (Anlagebereiche) an den Laufringen 3, 5 anliegen, praktisch beliebig variierbar sind. Bei einem Vergleich der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele des Kugellagers 1 wird deutlich, daß durch die Ausgestaltung der Kontur der Innenflächen 33, 37 der Laufringe 3, 5 festgelegt wird, an welchem der beiden Laufringe die Kugeln 9 an zwei und an welchem der Laufringe an einer Stelle berühren beziehungsweise anliegen.
Figuren 5 und 6 zeigen jeweils zwei identisch aufgebaute, anhand von Figur 2 beschriebene Kugellager 1, die miteinander kombiniert sind. Die Kugellager 1 sind symmetrisch angeordnet (Tandemanordnung) , so daß auf einfache Weise ein auch als zweireihiges Lager bezeichnetes Doppellager realisiert ist. Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Kugellager 1 derart angeordnet, daß deren Begrenzungsflächen 27 aneinander anliegen, so daß ein Zwischenraum 47 zwischen den Flanschen 45 an den äußeren Laufringen 3 gebildet wird. Bei dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die Kugellager 1 mit ihren Begrenzungsflächen 29 und ihren Flanschen 45 aneinander an. Die Kugella-
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ger 1 sind gegenseitig gepaart, wodurch in vorteilhafter Weise ein Austreten von Fett aus dem Innenraum 13 der Kugellager 1 auf ein Minimum begrenzt ist.
Die in den Figuren 5 und 6 dargestellten, mit einem Flansch 45 ausgebildeten Kugellager, die in Tandembauweise verwendet werden, können durch eine Verbindung im Flanschbereich zusammengehalten werden. Es ist auch möglich, den Flansch 45 in einem die Kugellager verbindenden Kunststoffteil einzuspritzen.
Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Doppellagers, dessen Kugellager 1 im Aufbau und Ausgestaltung dem anhand von Figur 1 beschriebenen Kugellager entsprechen. Durch die senkrechten Wandabschnitte 15 des äußeren Laufrings 3 weist das Doppellager eine zylindrische Außenkontur auf.
Die Teile der anhand der Figuren 1 bis 7 beschriebenen Kugellager 1, also der äußere Laufring 3, der Käfig 7 mit den Kugeln 9 und der innere Laufring 5 bilden nach dem Einbau eine Baueinheit. Die einzelnen Elemente werden durch Einklemmen oder Verpres- sen zusammengehalten.
Allen Ausführungsbeispielen der Kugellager ist gemeinsam, daß die Zwischenräume zwischen den Laufringen 3, 5 eng sind, so daß das Kugellager einerseits vor dem Eintritt von Fremdpartikeln in den Innenraum 13 geschützt wird. Andererseits wird ein Austritt von Fett aus dem Innenraum 13 auf ein Minimum beschränkt. Die Kugellager sind also weitgehend geschlossen, so daß das Fett im Lager zurückgehalten wird.
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Zu Einpassen des äußeren Laufrings 3 in eine Bohrung und zum Aufpressen des inneren Laufrings 5 auf eine Welle, kann an den Begrenzungsflächen 27, 29 der Laufringe 3 , 5 mit einem Montagewerkzeug auf das Kugellager eingewirkt werden.
Das hier beschriebene Kugellager zeichnet sich durch einen sehr einfachen Aufbau, durch eine variable Verwendungsmöglichkeit und durch einen sehr geringen Verschleiß aus. In axialer und radialer Richtung und auch aus wechselnder Richtung wirkende Kräfte werden sicher abgefangen.