WO2004079216A1 - Anti-friction bearing assembly - Google Patents

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WO2004079216A1
WO2004079216A1 PCT/DE2004/000428 DE2004000428W WO2004079216A1 WO 2004079216 A1 WO2004079216 A1 WO 2004079216A1 DE 2004000428 W DE2004000428 W DE 2004000428W WO 2004079216 A1 WO2004079216 A1 WO 2004079216A1
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rolling
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Achim Wiebelt
Achmed Schulz
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Universität Karlsruhe
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    • F16C2360/23Gas turbine engines
    • F16C2360/24Turbochargers

Definitions

  • the present invention relates to what is claimed in the preamble and is therefore concerned with bearings.
  • Bearings serve to reduce the friction between a rotating shaft and a fixed housing or the like.
  • a rotating shaft For this purpose, between the shaft and the solid housing element or the like supporting it, such as balls (ball bearings) or cylinders are arranged, which are rotatable. Since the rotatable bodies rotate at least partially when the shaft rotates, the friction of the shaft when it rotates relative to the housing is reduced.
  • DE 40 37 734 A1 also shows a machine part with a rolling or sliding bearing surface in which a plurality of tiny is formed arbitrarily recesses that have certain statistical properties.
  • DE OS 2162678 discloses a radial or axial roller bearing with rolling elements arranged between two bearing rings or disks, which are guided through fixed or loose ribs in one or both axial directions, with flat spiral grooves or in the contact surfaces of the ribs or the rolling elements the like is provided.
  • WO 94 / 2.4446 shows a self-pumping.
  • Rolling bearings with an inner and an outer ring and a plurality of rolling elements.
  • the inner surface of the outer ring and the outer surface of the inner ring have a channel in the circumferential direction of the bearing and a group of oblique grooves which are cut in the surface of the inner and / or outer ring, so that lubricant from one side of the Rolling bearing can be brought to the other side to lubricate the bearing surface and the rolling elements.
  • US 3 792 911 discloses a radially rotating bearing, in which one of the sections has a specific trough surface.
  • one of the trough rings is equipped with a rim, the front side of which lies in the plane perpendicular to the central axis of the bearing and on which there are spiral grooves.
  • German utility model application 68 10 086 describes a front thrust washer for the journal of the cross member of a universal joint, which is arranged floating between the front side of the journal and the bottom of the associated bearing bush and has lubrication pockets in the end faces thereof. are seen, the face thrust washer made of a heat-stabilized, highly crystalline and heat-resistant plastic into which the lubrication pockets are pressed during manufacture.
  • German Offenlegungsschrift 1 575 500 describes a grease-lubricated thrust bearing consisting of a disk-shaped cage and a number of rolling elements accommodated in pockets of the cage, at least one of the two end faces of the cage being provided with groove-shaped depressions which extend over the whole or approximately the extend the entire radial height of the cage to its outer diameter and are inclined in the direction of rotation of the cage related to the adjacent running disk.
  • US 3 179 478 describes a roller bearing of the form in which a plurality of balls are forced by a cage ring to rotate on a circular path between the inner and the outer tread, the outer ball tread having a groove which corresponds to the shape of the Corresponds to balls and a web is provided on each side of this groove, on which the cage ring slides through hydrodynamic lubrication; the balls are held in spaced apart arrangement by a plurality of ball pockets along the circumference of the ring; it is proposed that the outermost part of the cage be changed by spiral grooves which are directed onto the ball path in the direction of rotation of the cage ring and are dimensioned to produce hydraulic forces which are sufficient to overcome the centrifugal displacement of oil in this bearing, the inner surface of the cage having the largest circumference in the plane of the spherical path and falls to a smaller extent at the end of the cage.
  • the aforementioned arrangements show rolling bearings that are lubricated with oil or the like.
  • Such bearings are known, for example, from DE 29 31 348 C2, which shows a radial cylindrical roller bearing, consisting of a race with radial rims provided at both ends, which with the end faces of cylindrical rollers, which with only a small mutual distance the circumference of the race almost completely fill cooperate in order to guide and extending radially at least bis- to the cylinder, the successive through the lines of contact the cylindrical rollers is, wherein the raceway on the circumferential distributed feed bores for a hydrostatic 'medium are provided, wherein full between the The end faces of all cylindrical rollers and the adjacent ribs are only thin Liquid gaps are present and the feed bores, the number of which corresponds at least to the number of cylindrical rollers, are designed as throttle bores.
  • a multi-row cylindrical roller bearing preferably a support roller, is known, consisting of two concentric races, which have radial, opposing ribs at both axial ends and roll between which cylindrical rollers, each of which has one flange On-board pair has a circumferential groove open to the other board, into which a sealing ring slotted at one circumferential point, which is supported under pretension on the other board, engages with slight play on all sides, one of the races providing a bore for the supply of oil mist in a manner known per se is, wherein at least one of the rims has a plurality of axially extending through openings, at least some of which are closed with removable plugs, the through openings being arranged in the radial region between the raceway of the associated race and the sealing ring.
  • the object of the present invention is to provide something new for commercial use.
  • the present invention thus proposes, in a first basic concept, a rolling bearing with a plurality of rotating rolling elements and a lateral flange for this purpose, in which it is provided that the rolling elements have recesses on the end face of the rolling element.
  • the rims in a fluid cage roller bearing be structured in such a way that the end face of the rolling element does not rest on the entire surface. This can significantly reduce the friction between the ribs and the roller bearing body.
  • the indentation already provides a further design parameter, which makes it possible to better adapt the rolling bearing design to the respective specific applications.
  • the rolling bearing will typically be an air cage. '' act in which air is pressed under the circumference under pressure into the rolling element area between the outer circumference and the shaft.
  • a fluid cage roller bearing is therefore a roller bearing with a fluid cage.
  • an air cage bearing for the purposes of the present invention is also referred to as an air cage roller bearing or fluid cage roller bearing and is also referred to as an aerostatic roller bearing if not air but a different, compressible fluid such as helium or the like is used becomes.
  • special applications in particular may require storage in which neither conventional liquid lubricants nor oxidizable or oxidizing gases are used for storage.
  • the rolling bearing assembly of the present invention will be readily usable in such cases, as will be apparent to those skilled in the art from the entire description.
  • the rolling bearing is typically used for high-speed applications, in particular with rotational speeds of at least 12,000 rpm, preferably above 20,000 rpm. At such speeds of rotation, the friction between the rolling element face and the rims becomes significant and the indentations can contribute to an improvement to a greater extent.
  • the high rotational speeds in connection with compressible fluids in the rolling element area allow this Floating the end faces of the rolling elements on fluid cushions, the cushion-forming fluid being pressed by the rolling element as it moves over the recess into the recess.
  • the rolling element which moves over the recess, thus initially pushes air or another fluid into the recess and then slides on the air compressed in this way.
  • At least six, preferably at least eight, rolling elements are typically provided. These numbers allow a very smooth movement. In a practical embodiment, about ten to fourteen rolling elements are distributed around the circumference.
  • the rolling element dimensions, etc. experience from other bearings with an aerostatic cage can be used.
  • the rolling elements will preferably have two flat end faces, which can in particular be parallel to one another.
  • the term “even” also includes such configurations on which a chamfer and / or crowning is present.
  • Barrel-shaped, frustoconical or conical rolling elements can be used with the invention, if this is desired and appropriate bearing training is provided.
  • the side rims will preferably be profiled with depressions on both rolling element end faces, the recesses preferably being designed such that this is the preferred behavior desired.
  • a recess for example as a circumferential groove, and optionally to make further depressions in this recess
  • the recesses are completely fluidly separated from one another, that is to say fluid from one recess into the next only via one can flow not deepened board area. In this case, the desired reduction in the friction behavior results in a special way.
  • the recess or recess is preferably dimensioned and / or shaped such that it can be covered completely by the individual rolling element or by its end face.
  • the recess can also have an inclination to the shelf level. Is preferred when viewed in the case of asymmetrical depressions in the typical direction of rotation, the rolling element first passes over a further deepened area and then a less deep area of the deepening. Instead of an inclination, a gradation or the like can obviously also be provided. During production, however, there are manufacturing advantages due to a continuous inclination, since the recesses can be provided by spark erosion, for example.
  • the inclination or, in the case of gradation, imaginary inclination will typically be less than 10 ° ' and in particular be in the range between above 0 ° and below 5 °. Inclinations that are too large result in a volume that is too large with reasonable indentation surfaces, which leads to a late onset of the effect, that is to say a reduction only at very high speeds. At too low inclinations in to sensitive ⁇ royal air cushion results. For reasons of disclosure, it should be mentioned that a plateau without inclination can be provided in the depression area. Advantageous precise designs of the inclination, recess shape etc.
  • the recesses will preferably be arranged close to one another, the distance between two recesses in particular being smaller than the diameter of the rolling element end face.
  • the rolling element covers recess on recess practically without interruption.
  • the distance between the recesses is less than the radius of the rolling element. It should be pointed out, however, that recesses that are too narrow can possibly result in the desired effect no longer being able to be achieved in the manner required for a significant improvement in behavior if the recesses are too close to one another.
  • Fig. 1 is a developed sectional view through a
  • FIG. 2 shows a plan view of a section of a flange
  • FIG. 3 shows a plan view of a rolling bearing from above with the ribs partially broken away
  • FIG. 4 shows a perspective view of a rolling bearing of the invention.
  • a rolling bearing 1, generally designated 1 comprises a plurality of rotating rolling elements 2a, two of which, namely rolling elements 2a and 2a2, are shown in FIG. 1, and a lateral flange 3 therefor, the recesses 4 towards the rolling element end face 2b having.
  • the roller bearing 1 is formed as possible from 100 Cr6 roller bearing steel, which is already good Has tribological properties and is cheaper than the materials that can also be used for the purposes of the invention, such as ceramics, etc.
  • the roller bearing 1 is formed as an aerostatic cage known per se, in which, as can be seen in particular in FIG. 3, air flows in from the circumferential side through inlet bores 1 a between roller elements 2 a 1, 2 a 2 lying close to one another, passes between them and near the mounted shaft 5 exits through the spaces 6 between the cylinder bodies and the shaft 5. Pressure chambers 7 are thus formed between the rolling elements in a manner known per se.
  • the rolling elements 2 are cylindrical in the present case, the rollers being slightly spherical and having a small chamfer in order to avoid the occurrence of critical edge stresses in the generally cylindrical rolling element.
  • the chamfer is selected so small that the leakage gap that arises between a rolling element and the outer raceway is at most small, that is to say the aerostatic cage effect is not significantly impaired.
  • FIGS. 3 and 4 a large number of rolling elements, approximately 10 (FIG. 3) and 14 (FIG. 4) respectively, are provided.
  • the rims 3 do not extend exactly to the shaft 5, but leave a free area 8 open to it.
  • the width of the shelves is selected so that more than half of the rolling element end is covered by the shelves 3, as can be seen in particular from FIG. 3.
  • each indentation 4 is things formed inclined with changing height in the running direction.
  • the selected shape is only shown as an example as a semicircle, since such a design can be produced particularly easily. Obviously, other training courses would be feasible without any problems. It can be seen that - as possible, but not absolutely necessary - the indentations in the radial-radial direction extend over more than half of a rolling element end face, as can be seen from the rolling element end face shown in broken lines. In the running direction, each indentation is smaller than the rolling element diameter at the widest point.
  • the recess 4 is inclined, namely at an angle to the general plane of the shelves 3 in a preferred embodiment 5 °. (Fig. 1 is drawn exaggerated.)
  • the bearing is fastened in a suitable manner with the shaft to be supported on a fixed part, such as a machine housing, relative to which the bearing is to be carried out. Then the pressure lines for supplying the aerostatic cage are connected.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

The invention relates to a fluidic cage anti-friction bearing (1) comprising a large number of circulating anti-friction bearings (2a) and a lateral rim (3). The latter (3) has recesses (4) on the side of the anti-friction bearings.

Description

Titel: - WälzlageranordnungTitle: - Rolling bearing arrangement
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte und befaßt sich somit mit Lagern.The present invention relates to what is claimed in the preamble and is therefore concerned with bearings.
Lager sind bekannt. Sie dienen dazu, die Reibung zwischen ei- ner drehenden Welle und einem festen Gehäuse oder dergleichen zu verringern. Dazu werden zwischen der Welle und dem sie tragenden festen Gehäuseelement oder dergleichen Körper wie Kugeln (Kugellager) oder Zylinder angeordnet, die drehfähig sind. Da sich bei der Drehung der Welle die drehfähigen Kör- per zumindest partiell mitdrehen, ist die Reibung der Welle bei ihrer Drehung relativ zum Gehäuse reduziert.Bearings are known. They serve to reduce the friction between a rotating shaft and a fixed housing or the like. For this purpose, between the shaft and the solid housing element or the like supporting it, such as balls (ball bearings) or cylinders are arranged, which are rotatable. Since the rotatable bodies rotate at least partially when the shaft rotates, the friction of the shaft when it rotates relative to the housing is reduced.
Unterschiedliche technische Anwendungen erfordern nun in verschiedene Richtungen optimierte Lager. Ein besonderes Problem tritt etwa dann aufy wenn die gelagerte Welle sich sehr schnell drehen soll. Dies ist etwa der Fall bei Äbgasturbo- ladern, wie sie in Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Da mit steigender Drehgeschwindigkeit die Reibung zunimmt, muß die Reibung zwischen den einzelnen Komponenten verringert werden. Prinzipiell können dazu reibungsvermindernde Fluide wie Schmieröle und dergleichen eingesetzt werden.Different technical applications now require bearings that are optimized in different directions. A particular problem arises about then y when the bearing shaft should rotate very fast. This is the case with exhaust gas turbochargers such as those used in internal combustion engines. Since the friction increases with increasing rotational speed, the friction between the individual components must be reduced. In principle, friction-reducing fluids such as lubricating oils and the like can be used for this.
Ein solches Lager ist zum Beispiel im französischen Patent 1.464.889 beschrieben.Such a bearing is described for example in French patent 1,464,889.
Weiter zeigt die DE 40 37 734 AI ein Maschinenteil mit einer Wälz- oder Gleitlagerfläche, in der eine Mehrzahl von winzi- gen Ausnehmungen willkürlich ausgebildet ist, die dabei bestimmte statistische Eigenschaften aufweisen.DE 40 37 734 A1 also shows a machine part with a rolling or sliding bearing surface in which a plurality of tiny is formed arbitrarily recesses that have certain statistical properties.
Die DE OS 2162678 offenbart ein Radial- bzw. Axialrollenlager mit zwischen zwei Lagerringen bzw. -Scheiben angeordneten Rollkörpern, die durch feste oder lose Borde in einer oder beiden axialen Richtungen geführt sind, wobei in den Anlaufflächen der Borde oder der Rollkörper flache spiralförmige Nuten oder dergleichen vorgesehen ist.DE OS 2162678 discloses a radial or axial roller bearing with rolling elements arranged between two bearing rings or disks, which are guided through fixed or loose ribs in one or both axial directions, with flat spiral grooves or in the contact surfaces of the ribs or the rolling elements the like is provided.
Die WO 94/2.4446 zeigt ein selbstpumpendes. Wälzlager mit- einem inneren und einem äußeren Ring und einer Mehrzahl an Wälzelementen. Die innere Oberfläche des äußeren Rings und die äußere Oberfläche des inneren Rings besitzen einen Kanal in üm- fangsrichtung des Lagers und eine Gruppe schräger Rillen, die in die Oberfläche des inneren und/oder äußeren Rings geschnitten sind, so daß Schmiermittel von der einen Seite des Wälzlagers zur anderen Seite gebracht werden kann, um die Lageroberfläche und die Wälzelemente zu schmieren.WO 94 / 2.4446 shows a self-pumping. Rolling bearings with an inner and an outer ring and a plurality of rolling elements. The inner surface of the outer ring and the outer surface of the inner ring have a channel in the circumferential direction of the bearing and a group of oblique grooves which are cut in the surface of the inner and / or outer ring, so that lubricant from one side of the Rolling bearing can be brought to the other side to lubricate the bearing surface and the rolling elements.
Die US 3 792 911 offenbart ein radial rotierendes Lager, in welchem eines der Teilstücke eine bestimmte Laufrinnenoberfläche aufweist. So ist zum Beispiel einer der Laufrinnenringe mit einer Borde ausgestattet, deren Frontalseite in der Ebene rechtwinklig zur zentralen Achse des Lagers liegt und auf der sich spiralförmige Rillen befinden.US 3 792 911 discloses a radially rotating bearing, in which one of the sections has a specific trough surface. For example, one of the trough rings is equipped with a rim, the front side of which lies in the plane perpendicular to the central axis of the bearing and on which there are spiral grooves.
Die deutsche Gebrauchsmusteranmeldung 68 10 086 beschreibt eine Stirnanlaufscheibe für die Lagerzapfen des Zapfenkreuzes eines Kreuzgelenkes, die schwimmend zwischen der Stirnseite des Lagerzapfens und dem Boden der zugehörigen Lagerbüchse angeordnet ist und' in deren Stirnflächen Schmiertaschen vor- gesehen sind, wobei die StirnanlaufScheibe aus einem hitzestabilisierten, hochkristallinen und wärmebeständigen Kunststoff besteht, in den die Schmiertaschen bei der Herstellung eingepreßt werden.The German utility model application 68 10 086 describes a front thrust washer for the journal of the cross member of a universal joint, which is arranged floating between the front side of the journal and the bottom of the associated bearing bush and has lubrication pockets in the end faces thereof. are seen, the face thrust washer made of a heat-stabilized, highly crystalline and heat-resistant plastic into which the lubrication pockets are pressed during manufacture.
Die deutsche Offenlegungsschrift 1 575 500 beschreibt ein fettgeschmiertes Axiallager, bestehend aus einem scheibenförmigen Käfig und einer Anzahl in Taschen des Käfigs aufgenommener Wälzkörper, wobei mindestens eine der beiden Stirnflä- chen des Käfigs mit nutenförmigen Vertiefungen versehen sind, die sich über die ganze oder annähernd die ganze radiale Bauhöhe des Käfigs bis zu dessen Aussendurchmesser erstrecken und in der auf die angrenzende Laufscheibe bezogene Drehrichtung des Käfigs geneigt sind.German Offenlegungsschrift 1 575 500 describes a grease-lubricated thrust bearing consisting of a disk-shaped cage and a number of rolling elements accommodated in pockets of the cage, at least one of the two end faces of the cage being provided with groove-shaped depressions which extend over the whole or approximately the extend the entire radial height of the cage to its outer diameter and are inclined in the direction of rotation of the cage related to the adjacent running disk.
Die US 3 179 478 beschreibt ein Wälzlager der Form, daß eine Vielzahl von Kugeln durch einen Käfigring gezwungen wird, auf einem zirkulären Pfad zwischen der inneren und der äusseren Lauffläche zu rotieren, wobei die äussere Kugellauffläche ei- ne Rille aufweist , die der Form der Kugeln entspricht und auf jeder Seite dieser Rille ein Steg vorgesehen ist, auf welchem der Käfigring durch hydrodynamische Schmierung gleitet; die Kugeln werden in voneinander beabstandeter Anordnung durch eine Vielzahl von Kugeltaschen entlang des Umfang des Ringes gehalten; hierbei wird vorgeschlagen, daß der äußerste Teil des Käfigs durch spiralförmige Rillen verändert wird, die auf den Kugelpfad in der Rotationsrichtung des Käfigringes gerichtet und dazu dimensioniert sind, hydraulische Kräfte hervorzubringen, die- ausreichen, die zentrifugale Verschiebung von Öl in diesem Lager zu überwinden, wobei die innere Oberfläche des Käfigs den größten Umfang in der Ebene des Kugel- pfades aufweist und zu einem kleineren Umfang am Ende des Käfigs abfällt.US 3 179 478 describes a roller bearing of the form in which a plurality of balls are forced by a cage ring to rotate on a circular path between the inner and the outer tread, the outer ball tread having a groove which corresponds to the shape of the Corresponds to balls and a web is provided on each side of this groove, on which the cage ring slides through hydrodynamic lubrication; the balls are held in spaced apart arrangement by a plurality of ball pockets along the circumference of the ring; it is proposed that the outermost part of the cage be changed by spiral grooves which are directed onto the ball path in the direction of rotation of the cage ring and are dimensioned to produce hydraulic forces which are sufficient to overcome the centrifugal displacement of oil in this bearing, the inner surface of the cage having the largest circumference in the plane of the spherical path and falls to a smaller extent at the end of the cage.
Die vorbenannten Anordnungen zeigen also Wälzlager, die mit Öl oder ähnlichen geschmiert sind.The aforementioned arrangements show rolling bearings that are lubricated with oil or the like.
Es gibt jedoch eine Reihe von Anwendungen, bei denen der Einsatz von reibungsver indernden Fluiden wie Schmieröle und dergleichen unerwünscht, unmöglich oder unzureichend ist. So verschlechtert sich etwa bei Abgasverdichtern das Emissionsverhalten wesentlich, wenn Schmiermittel eingesetzt werden. In anderen Fällen, wie bei Hochtemperaturbrennstoffzellen, in denen zugeführte Luft gleichfalls verdichtet werden muß, ist ein Schmiermittelzusatz z. B. gar nicht möglich.However, there are a number of applications in which the use of friction-reducing fluids such as lubricating oils and the like is undesirable, impossible or insufficient. For example, the emission behavior of exhaust gas compressors deteriorates significantly when lubricants are used. In other cases, such as in high-temperature fuel cells, in which supplied air must also be compressed, a lubricant additive is e.g. B. not possible at all.
Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, eine Lageranordnung mit einem Luftkäfig auszubilden, bei welchem die Reibung der einzelnen Komponenten dadurch verringert wird, daß zwischen die Lagerkörper Luft eingepreßt wird.It has therefore already been proposed to design a bearing arrangement with an air cage, in which the friction of the individual components is reduced by the fact that air is pressed in between the bearing bodies.
Derartige Lager sind beispielsweise bekannt aus der DE 29 31 348 C2, die ein Radial-Zylinderrollenlager zeigt, bestehend aus einem Laufring mit an seinen beiden Enden vorgesehenen radialen Borden, die mit den Stirnflächen von Zylinderrollen, welche mit nur geringem gegenseitigen Abstand den Umfang des Laufringes nahezu vollständig ausfüllen, zu deren Führung zusammenwirken und die sich radial mindestens bis- zu dem Zylinder erstrecken, der durch die Berührungslinien aufeinanderfolgender Zylinderrollen geht, wobei am Laufring über den Um- fang verteilte Zuführbohrungen für ein hydrostatisches' Medium vorgesehen sind, wobei zwischen den vollen Stirnflächen sämtlicher Zylinderrollen und den angrenzenden Borden nur dünne Flüssigkeitsspalte vorhanden sind und die Zuführbohrungen, deren Anzahl mindestens der Anzahl der Zylinderrollen entspricht, als Drosselbohrungen ausgebildet sind.Such bearings are known, for example, from DE 29 31 348 C2, which shows a radial cylindrical roller bearing, consisting of a race with radial rims provided at both ends, which with the end faces of cylindrical rollers, which with only a small mutual distance the circumference of the race almost completely fill cooperate in order to guide and extending radially at least bis- to the cylinder, the successive through the lines of contact the cylindrical rollers is, wherein the raceway on the circumferential distributed feed bores for a hydrostatic 'medium are provided, wherein full between the The end faces of all cylindrical rollers and the adjacent ribs are only thin Liquid gaps are present and the feed bores, the number of which corresponds at least to the number of cylindrical rollers, are designed as throttle bores.
Mit einer solchen Anordnung soll der Gleitreibungsanteil in Lagern deutlich vermindert werden. Ein weiteres aerostati- sches Lager ist aus der US-PS 48 87 914 bekannt. Weiter ist aus der DE 32 23 007 C2 ein mehrreihiges Zylinderrollenlager, vorzugsweise eine Stützrolle, bekannt, bestehend aus zwei konzentrischen Laufringen, die an beiden axialen Enden radiale-, einander gegenüberliegende Borde -aufweisen und zwischen denen Zylinderrollen abrollen, wobei der jeweils eine Bord eines Bordpaares eine zum anderen Bord hin offene Umfangsnut besitzt, in die ein an einer Umfangsstelle geschlitzter, sich unter Vorspannung am anderen Bord abstützender Dichtring mit allseitigem geringen Spiel eingreift, wobei einer der Laufringe in an sich bekannter Weise mit einer Bohrung für die Zuführung von Ölnebel versehen ist, wobei mindestens einer der Borde mehrere axial verlaufende Durchgangsöffnungen auf- weist,, von denen wenigstens einige mit entfernbaren Stopfen verschlossen sind, wobei die Durchgangsöffnungen in dem radialen Bereich zwischen der Laufbahn des zugehörigen Laufringes und dem Dichtring angeordnet sind.With such an arrangement, the proportion of sliding friction in bearings should be significantly reduced. Another aerostatic bearing is known from US-PS 48 87 914. Furthermore, from DE 32 23 007 C2 a multi-row cylindrical roller bearing, preferably a support roller, is known, consisting of two concentric races, which have radial, opposing ribs at both axial ends and roll between which cylindrical rollers, each of which has one flange On-board pair has a circumferential groove open to the other board, into which a sealing ring slotted at one circumferential point, which is supported under pretension on the other board, engages with slight play on all sides, one of the races providing a bore for the supply of oil mist in a manner known per se is, wherein at least one of the rims has a plurality of axially extending through openings, at least some of which are closed with removable plugs, the through openings being arranged in the radial region between the raceway of the associated race and the sealing ring.
Verwiesen sei auch noch auf die DE 198 35 261 AI und die DE 39 33 689 C2, betreffend weitere aerostatische Lager.Reference is also made to DE 198 35 261 AI and DE 39 33 689 C2 regarding further aerostatic bearings.
Obwohl bei derartigen Zylinderrollenlagern oder dergleichen wesentliche Verbesserungen durch die aerostatischen Käfige erreicht werden, machen es erhöhte Anforderungen erstrebenswert, die Verwendbarkeit von Lagern weiter zu verbessern. Solche Verbesserungen zielen auf eine Verkleinerung des La- gers bei gleichen Eigenschaften, die Verwendbarkeit von preiswerterem Material bei ansonsten gleichen Parametern, die Erhöhung der Traglast, der maximal zerstörungsfrei dauerhaft zu ertragenden Drehzahlen usw. Mit anderen Worten ist es wün- sehenswert, vorteilhafte Änderungen im Design zu ermöglichen.Although such improvements are achieved by the aerostatic cages in such cylindrical roller bearings or the like, increased demands make it desirable to further improve the usability of bearings. Such improvements are aimed at reducing the load gers with the same properties, the usability of cheaper material with otherwise the same parameters, the increase in the load capacity, the maximum non-destructive speeds, etc. In other words, it is worthwhile to enable advantageous changes in design.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.The object of the present invention is to provide something new for commercial use.
Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.The solution to this problem is claimed in an independent form. Preferred embodiments can be found in the subclaims.
Die vorliegende Erfindung schlägt somit in einem ersten Grundgedanken ein Wälzlager mit einer Vielzahl umlaufender Wälzkörper und einer seitlichen Borde hierfür vor, bei welchem vorgesehen ist, daß die Borde wälzkörperstirnseitige Eintiefungen aufweist.The present invention thus proposes, in a first basic concept, a rolling bearing with a plurality of rotating rolling elements and a lateral flange for this purpose, in which it is provided that the rolling elements have recesses on the end face of the rolling element.
Es wird also zunächst vorgeschlagen, daß bei einem Fluidkä- figwälzlager die Borde so strukturiert ist, daß die Wälzkörperstirn nicht 'vollflächig aufliegt. Dies kann wesentlich zu einer Verringerung der Friktion zwischen der Borde und dem Wälzlagerkörper führen. Bereits durch die Eintiefung wird al- so ein weiterer Designparameter zur Verfügung gestellt, der es ermöglicht, eine bessere Anpassung des Wälzlagerdesigns an jeweilige spezifische..Anwendungen zu ermöglichen.It is therefore initially proposed that the rims in a fluid cage roller bearing be structured in such a way that the end face of the rolling element does not rest on the entire surface. This can significantly reduce the friction between the ribs and the roller bearing body. The indentation already provides a further design parameter, which makes it possible to better adapt the rolling bearing design to the respective specific applications.
Bei dem Wälzlager wird es sich typisch um ein Luftkäfigwälz- .'lager handeln, bei dem umfangsseitig Luft unter Druck in den Wälzkörperbereich zwischen Außenumfässung und Welle eingedrückt wird. Auf entsprechende Veröffentlichungen, die das genaue Prinzip solcher Anordnungen beschreiben, wird hingewiesen. Durch Bezugnahme vollumfänglich zum Teil dieser Offenbarung gemacht wird insbesondere die Veröffentlichung „Oil-free Roller bearing with aerostatic Cage for Turbochar- ger Applications Part 2: An experimental Study" von A. Wiebelt, A. Schulz und S. Wittig, 9th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, Honolulu, Hawaii, Februar 10-14-2002.The rolling bearing will typically be an air cage. '' act in which air is pressed under the circumference under pressure into the rolling element area between the outer circumference and the shaft. On corresponding publications that the Describe the exact principle of such arrangements is pointed out. In particular the publication is made fully by reference to the part of this disclosure "Oil-free roller bearing with aerostatic Cage for Turbochar- ger Applications Part 2: An experimental Study" by A. Wiebelt, A. Schulz and S. Wittig, 9 th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, Honolulu, Hawaii, February 10-14-2002.
Bei einem Fluidkäfigwälzlager handelt es sich also um ein Wälzlager mit einem Fluidkäfig. Es sei darauf hingewiesen, daß ein Luftkäfiglager für Zwecke der vorliegenden Erfindung auch dann als Luftkäfigwälzlager bzw. Fluidkäfigwälzlager bezeichnet wird und auch dann von einem aerostatischen Wälzla- ger die Rede ist, wenn nicht Luft, sondern ein anderes, komprimierbares Fluid wie Helium oder dergleichen eingesetzt wird. Es sei erwähnt, daß insbesondere Spezialanwendung.en eine Lagerung erfordern können, bei der weder herkömmliche flüssige Schmierstoffe noch oxidierbare oder oxidierende Gase zur Lagerung verwendet werden. Die Wälzlageranordnung der vorliegenden Erfindung wird für solche Fälle problemfrei verwendbar sein, wie dem Fachmann aus der gesamten Beschreibung unmittelbar einsichtig ist.A fluid cage roller bearing is therefore a roller bearing with a fluid cage. It should be pointed out that an air cage bearing for the purposes of the present invention is also referred to as an air cage roller bearing or fluid cage roller bearing and is also referred to as an aerostatic roller bearing if not air but a different, compressible fluid such as helium or the like is used becomes. It should be mentioned that special applications in particular may require storage in which neither conventional liquid lubricants nor oxidizable or oxidizing gases are used for storage. The rolling bearing assembly of the present invention will be readily usable in such cases, as will be apparent to those skilled in the art from the entire description.
Typisch wird das Wälzlager für hochdrehende Anwendungen verwendet, wobei insbesondere Drehgeschwindigkeiten von wenigstens 12 000 U/min, bevorzugt über 20 000 U/min vorgesehensind. Bei derartigen Drehgeschwindigkeiten wird die Reibung zwischen Wälzkörperstirn und Borde signifikant und die Ein- tiefungen können hier in größerem Maße- zu einer Verbesserung beitragen. Die hohen Drehgeschwindigkeiten in Verbindung mit komprimierbaren Fluiden im Wälzkörperbereich erlauben das Aufschweben der Wälzkörperstirnseiten auf Fluidkissen, wobei das kissenbildende Fluid vom Wälzkörper bei dessen Bewegung über die Eintiefung hinweg in die Eintiefung hinein gedrückt wird. Der Wälzkörper, der sich über die Eintiefung hinweg be- wegt, drängt also zunächst Luft oder ein anderes Fluid in die Eintiefung hinein und gleitet dann auf der so komprimierten Luft auf. Auf diese Weise ist die Reibung signifikant reduziert gegenüber selbst guten tribologischen Paarungen zwischen Wälzkörpern und Borden. Dies erlaubt es, bei gleicher Materialwahl höhere Drehzahlen zuzulassen, bevor ein Lagerversagen auftritt .. Bei entsprechender Materialwahl hinsichtlich tribologischem und/oder Festigkeitsverhalten usw. kann durch die Erfindung noch eine weitere Drehgeschwindigkeitssteigerung erzielt werden. Es sei darauf hingewiesen, daß der Auflagerungs- bzw. Luftkisseneffekt bzw. das hierfür gehaltene Verhalten einer erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung erst bei hinreichend schneller Bewegung der Wälzkörper über die Eintiefungen hinweg auftreten wird. Da aber die Reibungsverluste bei geringen Drehzahlen, bei welchen noch keine wesent- liehen Effekte durch Fluidkompression und/oder Verdrängung etc. in die Ausnehmung bzw. Eintiefung hinein zu beobachten sind, klein sind, sind bei geringen Drehzahlen typisch auch keine Zerstörungen oder Betriebsbeeinträchtigungen zu erwarten. So kann eine Turbine wie bei einem Turbolader problem- frei über den Anlauf- bzw. Auslaufdrehzahlenbereich hinweg gefahren werden, ohne daß negative Effekte erwartet werden.The rolling bearing is typically used for high-speed applications, in particular with rotational speeds of at least 12,000 rpm, preferably above 20,000 rpm. At such speeds of rotation, the friction between the rolling element face and the rims becomes significant and the indentations can contribute to an improvement to a greater extent. The high rotational speeds in connection with compressible fluids in the rolling element area allow this Floating the end faces of the rolling elements on fluid cushions, the cushion-forming fluid being pressed by the rolling element as it moves over the recess into the recess. The rolling element, which moves over the recess, thus initially pushes air or another fluid into the recess and then slides on the air compressed in this way. In this way, the friction is significantly reduced compared to even good tribological pairings between rolling elements and rims. With the same choice of material, this makes it possible to allow higher speeds before a bearing failure occurs. With a corresponding choice of material with regard to tribological and / or strength behavior, etc., a further increase in rotational speed can be achieved by the invention. It should be pointed out that the support or air cushion effect or the behavior of a rolling bearing arrangement according to the invention which is held for this will only occur with sufficiently rapid movement of the rolling bodies over the depressions. However, since the friction losses at low speeds, at which no significant effects due to fluid compression and / or displacement etc. into the recess or recess can be observed, are small, no damage or operational impairments are typically expected at low speeds , In this way, a turbine can be driven over the starting or stopping speed range like a turbocharger without negative effects being expected.
Typisch werden wenigstens sechs, bevorzugt zumindest acht Wälzkörper vorgesehen. Diese Zahlen erlauben eine sehr gleichmäßige Bewegung. In einem praktischen Ausführungsbei- spiel liegen etwa zehn bis vierzehn Wälzkörper um den Umfang verteilt. Bei der Auslegung eines Wälzlagers kann bezüglich der Wälzkörperdimensionen usw. auf die Erfahrungen aus anderen Lagern mit aerostatischem Käfig Rückgriff genommen werden.At least six, preferably at least eight, rolling elements are typically provided. These numbers allow a very smooth movement. In a practical embodiment, about ten to fourteen rolling elements are distributed around the circumference. When designing a roller bearing, the rolling element dimensions, etc., experience from other bearings with an aerostatic cage can be used.
Bevorzugt werden die Wälzkörper zwei ebene Stirnseiten aufweisen, die insbesondere parallel zueinander liegen können. Dabei schließt der Begriff „eben" auch solche Ausbildungen mit ein, an welchen eine Anfasung und/oder Balligkeit vorliegt. Es sind faßförmige, kegelstumpfförmige oder kegelför- mige Wälzkörper mit der Erfindung verwendbar, falls dies gewünscht ist und eine entsprechende Lagerausbildung vorgesehen wird. Besonders bevorzugt ist es aber, als Wälzkörper Zylinderrollen zu verwenden. In einem Fall, in welchem die Wälzkörper zwei allgemein ebene Stirnseiten aufweisen, wird be- vorzugt auf beiden Wälzkörperstirnseiten die seitliche Borde mit Eintiefungen profiliert sein, wobei bevorzugt jeweils die Eintiefungen so ausgebildet sind, daß sich das als bevorzugt gewünschte Verhalten ergibt.The rolling elements will preferably have two flat end faces, which can in particular be parallel to one another. The term “even” also includes such configurations on which a chamfer and / or crowning is present. Barrel-shaped, frustoconical or conical rolling elements can be used with the invention, if this is desired and appropriate bearing training is provided. Particularly In a case in which the rolling elements have two generally flat end faces, the side rims will preferably be profiled with depressions on both rolling element end faces, the recesses preferably being designed such that this is the preferred behavior desired.
Während es per se möglich ist, eine Eintiefung etwa als eine umlaufende Nut durchgehend auszubilden und gegebenenfalls in dieser weitere Vertiefungen punktuell vorzunehmen, • ist es bevorzugt, wenn die Ausnehmungen untereinander fluidmäßig komplett separiert sind, also Fluid aus einer Ausnehmung in die nächste nur über einen nicht eingetieften Bordebereich strömen kann. In diesem Fall ergibt sich die gewünschte Reduktion des Reibungsverhaltens in besonderer Weise.While it is possible per se to form a recess, for example as a circumferential groove, and optionally to make further depressions in this recess, it is preferred if the recesses are completely fluidly separated from one another, that is to say fluid from one recess into the next only via one can flow not deepened board area. In this case, the desired reduction in the friction behavior results in a special way.
Die Ausnehmung bzw. Eintiefung ist bevorzugt so dimensioniert und/oder geformt, daß sie vom einzelnen Wälzkörper bzw. von dessen Stirnseite voll überdeckbar ist. Die Ausnehmung kann zudem eine Neigung zur Bordeebene aufweisen. Bevorzugt wird dabei, bei asymmetrischen Eintiefungen in der typischen Drehrichtung betrachtet, der Wälzkörper zunächst über einen weiter eingetieften dann und einen weniger tiefen Bereich der Eintiefung treten. Statt einer Neigung kann einsichtigerweise auch eine Abstufung oder dergleichen vorgesehen sein. Bei der Herstellung ergeben sich aber durch eine kontinuierliche Neigung Fertigungsvorteile, da so die Ausnehmungen etwa durch Funkenerosion vorgesehen werden können.The recess or recess is preferably dimensioned and / or shaped such that it can be covered completely by the individual rolling element or by its end face. The recess can also have an inclination to the shelf level. Is preferred when viewed in the case of asymmetrical depressions in the typical direction of rotation, the rolling element first passes over a further deepened area and then a less deep area of the deepening. Instead of an inclination, a gradation or the like can obviously also be provided. During production, however, there are manufacturing advantages due to a continuous inclination, since the recesses can be provided by spark erosion, for example.
Die Neigung oder, bei Abstufung, gedachte Neigung wird typisch kleiner als 10°' sein und insbesondere im Bereich zwischen über 0° und unter 5° liegen. Zu große Neigungen ergeben ein zu großes Volumen bei vernünftigen Eintiefungs-Ober- flächen, was zu einem erst späten Einsetzen des Effektes führt, also nur bei sehr großen Drehzahlen eine Verminderung bringt. Bei zu geringen Neigungen ergibt sich ein zu empfind- liches Luftkissen. Daß ein Plateau ohne Neigung im Eintie- fungsbereich vorgesehen sein kann, sei aus Offenbarungsgründen erwähnt. Vorteilhafte genaue Ausbildungen der Neigung, Eintief ngsform etc. ergeben sich dem Fachmann aus der nachstehenden Beschreibung unter Berücksichtigung der gewünschten Lager-Anwendung etwa bezüglich Last, Material usw. durch Betrachtung der hydrodynamischen und hydrostatischen bzw. aerodynamischen und aerostatischen Eigenschaften der Anordnung zusätzlich zu anderen, üblichen Größen. Auf die Modellierbar- keit sei hingewiesen.The inclination or, in the case of gradation, imaginary inclination will typically be less than 10 ° ' and in particular be in the range between above 0 ° and below 5 °. Inclinations that are too large result in a volume that is too large with reasonable indentation surfaces, which leads to a late onset of the effect, that is to say a reduction only at very high speeds. At too low inclinations in to sensitive royal air cushion results. For reasons of disclosure, it should be mentioned that a plateau without inclination can be provided in the depression area. Advantageous precise designs of the inclination, recess shape etc. can be obtained by the person skilled in the art from the description below, taking into account the desired bearing application, for example with regard to load, material, etc., by considering the hydrodynamic and hydrostatic or aerodynamic and aerostatic properties of the arrangement in addition to others, usual sizes. Attention is drawn to the possibility of modeling.
Die Ausnehmungen werden bevorzugt dicht beieinander angeordnet sein, wobei insbesondere der Abstand zwischen zwei Aus- nehmungen kleiner sein wird als der Durchmesser der Wälzkörperstirn. Mit anderen Worten überstreicht der Wälzkörper Ausnehmung auf Ausnehmung praktisch ohne Unterbrechung. Beson- ders bevorzugt ist es, wenn der Abstand der Eintiefungen geringer ist als der Wälzkörperstirnradius . Es sei aber darauf hingewiesen, daß zu enge Ausnehmungen womöglich dazu führen können, daß sich der gewünschte Effekt nicht mehr in der für eine signifikante Verhaltensverbesserung erforderlichen Weise erzielen läßt, wenn die Ausnehmungen zu dicht beieinander liegen. Bevorzugt ist aber in jedem Fall, wenn die Anzahl aller Eintiefungen bzw. Ausnehmungen, die insbesondere gegen- - einander separiert sind, größer als die Anzahl der Wälzkörper ist.The recesses will preferably be arranged close to one another, the distance between two recesses in particular being smaller than the diameter of the rolling element end face. In other words, the rolling element covers recess on recess practically without interruption. special it is preferred if the distance between the recesses is less than the radius of the rolling element. It should be pointed out, however, that recesses that are too narrow can possibly result in the desired effect no longer being able to be achieved in the manner required for a significant improvement in behavior if the recesses are too close to one another. However, it is preferred in any case if the number of all depressions or recesses, which are in particular separated from one another, is greater than the number of rolling elements.
Die Erfindung wird im folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt:The invention is described below only by way of example with reference to the drawing. In this shows:
Fig. 1 eine abgewickelte Schnittansicht durch einFig. 1 is a developed sectional view through a
Wälzlager der vorliegenden Erfindung im Bordebereich, Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Borde, Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Wälzlager von oben mit teilweise weggebrochener Borde, Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Wälzlagers der Erfindung.Rolling bearing of the present invention in the flange area, FIG. 2 shows a plan view of a section of a flange, FIG. 3 shows a plan view of a rolling bearing from above with the ribs partially broken away, FIG. 4 shows a perspective view of a rolling bearing of the invention.
Nach Fig. 1 umfaßt ein allgemein mit 1 bezeichnetes Wälzlager 1 eine Vielzahl umlaufender Wälzkörper 2a, von denen in Fig. 1 zwei, nämlich Wälzkörper 2al und 2a2, dargestellt sind und eine seitliche Borde 3 hierfür, wobei die Borde zur Wälzkörperstirn 2b hin Eintiefungen 4 aufweist.According to FIG. 1, a rolling bearing 1, generally designated 1, comprises a plurality of rotating rolling elements 2a, two of which, namely rolling elements 2a and 2a2, are shown in FIG. 1, and a lateral flange 3 therefor, the recesses 4 towards the rolling element end face 2b having.
Das Wälzlager 1 ist im vorliegenden Fall wie bevorzugt möglich aus Walzlagerstahl 100 Cr6 gebildet, der bereits gute tribologische Eigenschaften aufweist und preiswerter als die für die Zwecke der Erfindung gleichfalls verwendbaren Materialien, wie Keramik usw. ist. Das Wälzlager 1 ist dabei als per se bekannter aerostatischer Käfig gebildet, in den wie insbesondere in Fig. 3 ersichtlich, von der Umfangsseite her durch Einlaßbohrungen la Luft zwischen dicht aneinander liegenden Wälzkörpern 2al, 2a2 einströmt, zwischen diesen durchtritt und nahe der gelagerten Welle 5 durch die Zwischenräume 6 zwischen den Zylinderkörpern und der Welle 5 austritt. Es bilden sich somit Druckkammern 7 zwischen den Wälzkörpern in per se bekannter Weise.In the present case, the roller bearing 1 is formed as possible from 100 Cr6 roller bearing steel, which is already good Has tribological properties and is cheaper than the materials that can also be used for the purposes of the invention, such as ceramics, etc. The roller bearing 1 is formed as an aerostatic cage known per se, in which, as can be seen in particular in FIG. 3, air flows in from the circumferential side through inlet bores 1 a between roller elements 2 a 1, 2 a 2 lying close to one another, passes between them and near the mounted shaft 5 exits through the spaces 6 between the cylinder bodies and the shaft 5. Pressure chambers 7 are thus formed between the rolling elements in a manner known per se.
Die Wälzkörper 2 sind vorliegend zylinderförmig gebildet, wobei die Rollen leicht ballig und mit einer kleinen Fase aus- gebildet sind, um im allgemein zylindrischen Wälzkörper das Auftreten kritischer Randspannungen zu vermeiden. Die Fase ist so klein gewählt, daß der zwischen einem Wälzkörper und der Außenlaufbahn entstehende Leckagespalt allenfalls gering ist, also die aerostatische Käfigwirkung nicht signifikant beeinträchtigt wird. Wie in den Fig. 3 und 4 zu erkennen, sind eine Vielzahl von Wälzkörpern, dargestellt etwa 10 (Fig. 3) bzw. 14 (Fig. 4) , vorgesehen.The rolling elements 2 are cylindrical in the present case, the rollers being slightly spherical and having a small chamfer in order to avoid the occurrence of critical edge stresses in the generally cylindrical rolling element. The chamfer is selected so small that the leakage gap that arises between a rolling element and the outer raceway is at most small, that is to say the aerostatic cage effect is not significantly impaired. As can be seen in FIGS. 3 and 4, a large number of rolling elements, approximately 10 (FIG. 3) and 14 (FIG. 4) respectively, are provided.
Die Borde 3 erstreckt sich nicht exakt bis zur Welle 5, son- dern läßt zu dieser einen freien Bereich 8 offen. Die Breite der Borde ist jedoch so gewählt, daß mehr als die Hälfte der Wälzkörperstirn von der Borde 3 überdeckt ist, wie insbesondere aus Fig. 3 zu erkennen.The rims 3 do not extend exactly to the shaft 5, but leave a free area 8 open to it. However, the width of the shelves is selected so that more than half of the rolling element end is covered by the shelves 3, as can be seen in particular from FIG. 3.
Die Eintiefungen 4 sind, wie in Fig. 2 gezeigt, dicht an dicht angeordnet. In der durch Pfeil 9 dargestellten Vorzugsdrehrichtung des Lagers ist jede Eintiefung 4 herstellungsbe- dingt mit sich in Laufrichtung ändernder Höhe geneigt ausgebildet. Die gewählte Form ist dabei nur beispielhaft als Halbrund gezeigt, da sich eine solche Ausbildung besonders leicht herstellen läßt. Einsichtigerweise wären andere Aus- bildungen problemfrei realisierbar. Es ist ersichtlich, daß sich - wie möglich, aber nicht zwingend erforderlich - die Eintiefungen in Borde-Radial-richtung über mehr als die Hälfte einer Wälzkörperstirnfläche hin erstrecken, wie durch die strichpunktiert gezeichnete Wälzkörperstirn ersichtlich. In Laufrichtung ist jede Eintiefung an der breitesten Stelle kleiner als der Wälzkörperdurchmesser.The depressions 4 are, as shown in Fig. 2, arranged close to each other. In the preferred direction of rotation of the bearing shown by arrow 9, each indentation 4 is things formed inclined with changing height in the running direction. The selected shape is only shown as an example as a semicircle, since such a design can be produced particularly easily. Obviously, other training courses would be feasible without any problems. It can be seen that - as possible, but not absolutely necessary - the indentations in the radial-radial direction extend over more than half of a rolling element end face, as can be seen from the rolling element end face shown in broken lines. In the running direction, each indentation is smaller than the rolling element diameter at the widest point.
Die Eintiefung 4 ist geneigt, und zwar in einem Winkel gegen die allgemeine Ebene der Borde 3 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 5°. (Fig. 1 ist überhöht gezeichnet.)The recess 4 is inclined, namely at an angle to the general plane of the shelves 3 in a preferred embodiment 5 °. (Fig. 1 is drawn exaggerated.)
Die Anordnung wird verwendet wie folgt:The arrangement is used as follows:
Zunächst wird das Lager in geeigneter Weise mit der- zu la- gernden Welle an einem feststehenden Teil wie einem Maschinengehäuse, relativ zu welchem die Lagerung erfolgen soll, befestigt. Dann werden die Druckleitungen zur Versorgung des aerostatischen Käfigs angeschlossen.First, the bearing is fastened in a suitable manner with the shaft to be supported on a fixed part, such as a machine housing, relative to which the bearing is to be carried out. Then the pressure lines for supplying the aerostatic cage are connected.
Nun wird die Druckquelle in Betrieb gesetzt und die Drehbewegung der Welle in Rotationsrichtung eingeleitet. Durch den Borde-Rollen-Kontakt ergeben sich normal-orientierte Belastungen durch einen Axialschub, der aus Winkelfehlern zwischen der Welle und dem Lager resultiert, wobei die Winkel- fehler sich entweder auf Grund von Einbautoleranzen und/oder im Betrieb durch rotordynamisch angeregte Rotorschwingungen ergeben können. Kontaktbedingt treten nun Reibungsverluste während des Anfahrens in per se gewohnter Weise auf. Sobald die Rotationsgeschwindigkeit der Welle und damit auch die Umlaufgeschwindigkeit der Wälzkörper eine bestimmte kri- tische Grenze überschritten hat, treiben die mitumlaufenden Wälzzylinder Luft vor sich in großem Maße in die Eintiefungen 4 hinein. Bei diesem Eintreiben wird die Luft komprimiert und zugleich bewegt sich der Wälzzylinder immer weiter über die Eintiefung hinweg, bis schließlich die Eintiefung ganz abge- deckt ist. Die in die Eintief ng hinein verdichtete und komprimierte Luft führt dazu, daß die Stirnseite des Wälzzylinders nicht mehr auf der Borde reibt, sondern auf einem Luftkissen gleitet. Da durch die dichte Anordnung der Eintiefungen nahe beieinander dieser Prozeß quasi kontinuierlich er- folgt, erfolgt auch kein Taumeln oder dergleichen und es sind der Verschleiß und die Reibung signifikant reduziert. Es werden im Vergleich zu einem ansonsten identischen, aber an den Borden nicht eingetieften Wälzlager um 10 bis 15 % höhere Drehzahlen vor Bauteilversagen erreicht. Now the pressure source is put into operation and the rotational movement of the shaft in the direction of rotation is initiated. The board-roller contact results in normal-oriented loads due to an axial thrust, which results from angular errors between the shaft and the bearing, the angular errors occurring either due to installation tolerances and / or during operation due to rotor dynamically excited rotor vibrations can result. Due to the contact, frictional losses now occur per se in the usual way. As soon as the rotational speed of the shaft and thus also the rotational speed of the rolling elements has exceeded a certain critical limit, the rotating rolling cylinders drive air in front of them to a large extent into the depressions 4. During this driving-in process, the air is compressed and at the same time the rolling cylinder continues to move beyond the recess until the recess is finally completely covered. The air compressed and compressed into the recess leads to the end face of the rolling cylinder no longer rubbing on the shelves but sliding on an air cushion. Since this process is practically continuous due to the close arrangement of the depressions, there is no wobbling or the like and wear and friction are significantly reduced. In comparison to an otherwise identical, but not deepened roller bearing, 10 to 15% higher speeds are achieved before component failure.

Claims

Patentansprüche claims
1. Fluidkäfigwälzlager mit einer Vielzahl umlaufender Wälz- körper und einer seitlichen Borde hierfür, dadurch gekennzeichnet, daß die Borde mit wälzkörperstirnseitigen Eintiefungen vorgesehen ist.1. Fluid cage roller bearing with a plurality of rotating rolling elements and a lateral ribs therefor, characterized in that the ribs are provided with recesses on the end face of the rolling element.
2. Fluidkäfigwälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Fluid um2. Fluid cage rolling bearing according to one of the preceding claims, characterized in that it is the fluid
Luft handelt.Air acts.
3. Fluidkäfigwälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es für Drehgeschwindig- keiten von wenigstens 12 000 U/min, insbesondere über 20 000 U/min ausgelegt ist.3. Fluid cage roller bearing according to one of the preceding claims, characterized in that it is designed for speeds of at least 12,000 rpm, in particular over 20,000 rpm.
4. Fluidkäfigwälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest sechs, bevor- zugt wenigstens acht, insbesondere bevorzugt zumindest zehn Wälzkörper vorgesehen sind.4. Fluid cage rolling bearing according to one of the preceding claims, characterized in that at least six, preferably at least eight, particularly preferably at least ten rolling elements are provided.
5. Fluidkäfigwälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper zwei ebe- ne Stirnseiten haben, insbesondere zwei gleichgroße ebene Stirnseiten aufweisen und insbesondere zylinderförmig sind.5. Fluid cage roller bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the rolling bodies have two flat end faces, in particular have two flat end faces of the same size and in particular are cylindrical.
6. Fluidkäfigwälzlager nach dem vorhergehenden Anspruch, da- durch gekennzeichnet, daß beidseits der Wälzkörper eine seitliche Borde mit Eintiefungen vorgesehen ist. 6. Fluid cage roller bearing according to the preceding claim, characterized in that a lateral rim with recesses is provided on both sides of the rolling elements.
7. Fluidkäfigwälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintiefungen durch fluidmäßig separierte Ausnehmungen gebildet sind, insbesondere derart, daß für die Fluidkommunikation von Aus- nehmung zu Ausnehmung ein nicht eingetiefter Bordebereich von Fluid überströmt werden muß .7. fluid cage roller bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the recesses are formed by fluidically separated recesses, in particular such that a non-recessed on-board area of fluid must be overflowed for fluid communication from recess to recess.
8. Fluidkäfigwälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vom Wälzkörper vollüber- deckbare Eintiefungen vorgesehen sind.8. Fluid cage roller bearing according to one of the preceding claims, characterized in that recesses which can be covered completely are provided by the rolling element.
9. Fluidkäfigwälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen eine Neigung zur allgemeinen Bordeebene aufweisen.9. Fluid cage roller bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the recesses have an inclination to the general shelf level.
10. Fluidkäfigwälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung kleiner als 10 ist und insbesondere im Bereich über 0 und unter 5 liegt.10. Fluid cage roller bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the inclination is less than 10 and in particular in the range above 0 and below 5.
11. Fluidkäfigwälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dicht beieinander liegende Eintiefungen vorgesehen sind, insbesondere mit einem Abstand von Kante zu Kante kleiner als ein Wälzkör- "perstirndurc messer, bevorzugt geringer als ein Wälzkör- perstirnseitenradius .11. Fluid cage roller bearing according to one of the preceding claims, characterized in that closely spaced depressions are provided, in particular with a distance from edge to edge smaller than a Wälzkör- " perstirndurc knife, preferably less than a Wälzkör- perstirnseitenradius.
12. Fluidkäfigwälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Ausneh- ungen größer als die Wälzkörperzahl ist.. 12. Fluid cage roller bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the number of recesses is greater than the number of rolling elements.
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