Lager für hohe Drehzahlen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lager für hohe Drehzahlen.
Die Bestrebungen nach einer vollkommenen La gerung für hohe Drehzahlen, insbesondere bei Schleif spindeln, wo für diese sehr anspruchsvolle Lagerung die höchste Sorgfalt und bedeutende praktische sowie theoretische Erfahrungen erforderlich sind, führen zu einer ganzen Reihe der verschiedensten Konstruk tionen.
Durch deren Prüfung bei verschiedenen Erzeu gern wurde festgestellt, dass bei der Mehrzahl von Fällen sämtliche theoretischen Grundsätze nicht kon sequent eingehalten werden und dass, abgesehen. von der Qualität des Lagermaterials und der der.Lag .,erung sowie der Montage gewidmeten Sorgfalt, der ver- lässliche Lauf dieser Art von Lagern ausschliesslich durch die aussergewöhnliche Genauigkeit ihrer Aus führung gewährleistet ist.
Der Einfluss dieser Genauig keit ist so gross, dass es nicht zweckmässig ist, beson dere Konstruktionen ohne solche Genauigkeit aus zuführen, sondern einzig durch die Verbindung der beiden Forderungen kann eine allen Ansprüchen ent sprechende vollkommene Konstruktion eines Lagers für hohe Drehzahlen erreicht werden.
Einer der entscheidenden Faktoren in der Kon struktion von Lagern ist die sogenannte <B>e</B> Schmiegung zwischen Rille und Kugeln, die durch die Formel
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ausgedrückt wi-rd, wobei r den Krümmungshalbmasser der Laufbahn entweder des innem oder äusseren Lagerringes und Dw den Durchmesser der Kugel be deuten.
Das Merkmal der vorliegenden Erfindung, be steht darin, dass die genannte Schmiegung beim inneren Ring grösser als beim äusseren Ring ist. Die Erfindung beruht deshalb auf einer ver schiedenen Schmiegung der Laufbahnen des inneren und äusseren Ringes an die Kugeln.
Es haben sich ferner ein kleiner Berührungswinkel und eine Veer- ring ,erung der Durchmesser der Wälzkörper gege über ihrer Grösse bei den bisherigen Lagern für hohe Drehzahlen als vorteilhaft erwiesen.
Die Kugel im Lager ändfert: ununterbrochen die Richtung ihrer augenblicklichen Drehachse, wobei sie eine kegelige Mantelfläche schlägt. Dadurch entstehen kreisende Momente, als deren Folge die Kugel quer in der Rille durchzuschlüpfen bestrebt ist. Dieses Durchschlüpfungsbestreben der Kugel verursacht deren Erwärmung und dadurch die Vernichtung des Lagers. Die Grösse der kreisenden Momente ist von der Grösse des Winkels der Drehachse der Kugel zur Drehachse des Lagers abhängig, wobei die Lage der Drehachse der Kugel durch die Lage der Berüh- rangspunkte der Kugel mit den beiden Laufbahnen bestimmt wird.
Der Winkel, der zwischen & ,r Verbin dungslinie der Berührungspunkte und der senkrecht zur Lagerachse liegenden Ebene des Lagers ein geschlossen wird, wird als Berührungswinkel bezeich net. Zur Erreichung kleiner kreisender Momente ist ein Berührungswinkel von z. B.<B>100</B> bestimmt, wel cher, wie aus dem Weiteren ersichtlich, sich noch verringern wird.
Während dbs Laufes des Lagers erfolgt durch die Einwirkun' von Zentrifugalkräften eine Umlagerung, <B>9 g</B> der Kugeln derart, dass die ursprünglichen Berüh rungspunkte der Kugeln an der äusseren -und inneren Laufbahn sich verschieben und so eine Änderung des Winkels der augenblicklichen Drehachse der Kugel verursachen.
Infolge der gewählten Anschmiegungen ändert sich der Berührungswinkel mit dem Aussen ring stärker als der Berührungswinkel mit dem Innen- rinjor. Da die Drehachse der Kugel den Winkel dLer Verbindungslinien beider Berührungspunkte mit der Kugelmitte in der<B>Hälfte</B> teilt, erfolgt während des Laufes des Lagers eine Verringerung des Winkels der Drehachse der Kugel mit der Lagerachse. Je höher die Umlaufszahlen, desto kleiner wird dieser Winkel sein.
Daraus folgt wiederum eine Verringer ng der kreisenden Momente und dadurch die Möglichkeit einer Erhöhung der Unflaufszahlen.
Eine weiter-- Betrachtung gilt der Änderung der Grösse der Kugeln gegenüber den bisherigen Lagern <B>für</B> hohe Drehzahlen. Mit steigendem Durchmesser der Kugeln vergrössert sich nänflich sowohl die Starr heit als auch die Tragfähigkeit des Lagers. Im Hin blick auf die Erreichung, besonders hoher Umlaufs- zahlen muss jedoch die Forderung an Starrheit vor den Forderungen, welche die hohen Umlaufszahlen übeerhaugt ermöglichen, zurücktreten. Dabei spielen zwei Faktoren die grösste Rolle.
Der erste von ihnen sind die zentrifugalen Kräfte, die bei einem Lager für hohe Drehzahlen die Ein wirkung der äusseren Kräfte überragen und zur Erhöhung der Wälzreibung zwischen den Laufbahnen und den Wälzkörpern und dadurch auch zur Erhöhung der Wärmeentwicklung führen. Es ist deshalb erfor derlich, die von der Verringerung des Kugeldurch messers und des Durchmessers des Teilkreises ab- hängiggen Zentrifugalkräfte auf das Mindestmass zu verringern.
Auch wenn die Verkleinerung der Kugeln durch die Forderungen an die Starrheit und Trag fähigkeit des Lagers begrenzt ist, wird doch schon durch eine relativ geringe Verminderung ihrer Durch messer eine gleichzeitige Verminderung des Durch messers des Teilkreises und eine Verminderung der Zentrifugalkraft erzielt, welch letztere mit der dritten Potenz des Kuggeldurchmessers sinkt.
Eine nicht minder wichtige Rolle spielt die Grösse der Kugeln auch bei der Entstehung von kreisenden Momenten im Lager. Falls sich Wälzkörper und Lauf bahnen unter einem gegebenen Berührungswinkel berühren, wie dies bei axial belasteten Lagern für hohe Drehzahlen der Fall ist, dann ändert ihre augen blickliche Drehachse ihre Lage, und es entstehen krei sende Momente, welche die Drehung der Kugeln<B>um</B> eine tangential zu deren Bewegung liegende Achse hervorrufen. Das kreisende Moment ist in diesem Falle bestrebt, die Kugel quer in der Laufbahn zu drehen.
Die wirksamste Verringerung dieses kreisenden Momentes wird gerade <B>-</B> durch die Verminderung des Kugeldurchtnessers g erzielt, denn die Verring gerung dieses Momentes hängt von der vierten Potenz des Kugeldurchmessers unter gleichzeitiger Verringerung des Teilkreisdurchmessers ab.
Diese Verringerung des Kugeldurchmessers ist besonders bedeutend, denn die bei hohen Drehzahlen entstehenden kreisenden Mo- mcn,te sind hoch. Um deren Folgen zu vermindern,<B>d.</B> h. das<B>D</B> urchschlüpf ungsbestreben: der Kugeln in den Lauf<B>-</B> bahnen, ist eine Vergrösserung der axialen Belastung erforderlich, die über eine zulässige Grenze nicht erhöht werden kann. Daraus erhellt die Bedeutung der Verringerung des Kugeldurchmessers.
Beim Fest stellen der Grösse der Kugeln müssen alle Umstände in Betracht<U>gezogen</U> werden, derentwegen ihre Grösse nicht beliebig verringert werden kann, und der Durch messer der Kugeln kann, in Abhängigkeit von ihrem Teilkreisdurchmesser <B>d""</B> auf dien Wert Dw <B><I>= 0,135</I></B> (d#,# <B><I>+</I></B> 14) mm festgesetzt werden. Dieser berechnete Kugeldurch messer wird zweckmässig auf die nächste normalisierte Grösse der Kugeln abgerundet.
Auf Grund aller angeführten theoretischen Vor- aussetzun-en und ausgedehnten Prüfungen kann eine Innenkonstruktion d'es Lagers für hohe Umlaufzah len ausgeführt werden, die gewährleistet, dass diese Lager den durch die höchsten Umlaufzahlen gestellten Anforderungen entsprechen werden, die als Produkt der Drehzahl pro Minute und des Teilkreisdurch- messers der Wälzkörper in mm angegeben werden und mindestens den Wert von 2.,106 mm,!niln bei hoher Genauigkeit des Laufes erreichen.
Dieser<B>Typ</B> eines WälzJagers ermöglicht eine sichere Erreichting von hohen Drehzahlen, wie oben erwähnt, und ausserdem verringert er auch wesentlich die Betriebs temperatur der Wälzlagerung bei laufend verwendeten hohen Drehzahlen, wie sie z. B. bei Innenschleifspin- deln vorkommen. Unter diesen vorteilhaften Bedin gungen der Wirkungsweise wird die Lebensdauer der Lager wesentlich erhöht und die Ansprüche an deren Schmierurg bedeutend verringert, welch letztere bei den bisherigen Konstruktionen ein ernstes Problem darstellt.
Bei verringerter Temperatur vermindert sich auch die Wämeausdehnung der ganzen Lagerung und deren Einfluss auf die Genauigkeit der Wirkungsweise.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Fig. <B>1</B> zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Kugellager in Ruhe, und Fig. 2 zeigt dasselbe Lager in Betrieb, wo eine Verschiebung der Berührungspunkte an den Lauf bahnen erfolgt.
In den Figuren bedeutet<B>1</B> eine Kugel vom Durch messer Dw, 2 den Aussenring mit der dessen Lauf bahn bildenden Rille<B>3</B> vom Halbmesser r" 4 den Innenring mit der dessen Laufbahn bildenden Rille<B>5</B> vom Halbmesser r,. Da ri grösser als r, ist, ist die Schmiegung
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zwischen den Kugeln<B>1</B> und der Rille<B>5</B> ebenfalls grösser als die Schmiegung
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zwischen den Kugeln<B>1</B> und der Rille<B>3.</B> Der Durch messer des Teilkreises der Kugeln<B>1</B> ist mit d"" der Berührungswinkel der Kugel mit dem Aussenring mit a, und mit dem Innenring mit ai bezeichnet.
Die Dreh achse der Kugel ist mit<B>0</B> bezeichnet; sie schliesst mit der Achse des Lagers einen Winkel<B>ss</B> ein. Während des Lagerlaufes ändert die Drehachse der Kugel un unterbrochen ihre Lage, wobei sie eine kegelige Man telfläche schlägt. Mit<I>M</I> ist das kreisende Moment an-edeutet. In Ficr. 2 ist der Berührungswinkel der Kugel mit den Laufbahnen beider Lagerringe ver schieden, wobei er beim Aussenring kleiner als beim In,nenrin.g ist.