DE19514504A1 - Radialwälzlager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager mit zwischen einem Innen- und einem Außenring abrollenden Tragwälzkörpern, wobei zwischen zwei jeweils einander benachbarten Tragwälzkörpern einzelne Distanzstücke eingefügt sind, die oberhalb und unterhalb eines Teilkreises der Tragwälzkörper Wälzelemente aufweisen, die an der Wälzfläche der Tragwälzkörper anliegen.

Ein derartiges Lager bzw. Distanzstück ist aus der GB 11 72 015 vorbekannt. Bei diesem Distanzstück sind die die Tragwälzkörper berührenden Wälzele­ mente als Kugeln ausgebildet, da die Reibung zwischen den Distanzstücken und den Tragwälzkörpern verringert werden sollte, d. h. die Gleitreibung zwischen Distanzstück und Tragwälzkörper ist in eine Rollreibung überführt.

Nachteilig dabei ist, daß mit diesen Kugeln zwar die Reibung zwischen den Tragwälzkörpern und den Distanzstücken verringert bzw. der gewünschte Abstand zwischen den Tragwälzkörpern hergestellt werden kann, aber ein altbekanntes Problem in der Wälzlagertechnik, der sogenannte Schlupf, nicht gelöst bzw. nicht verhindert wird. Unter Schlupf ist dabei das durch unzurei­ chende Reibung bedingte Zurückbleiben eines Getriebegliedes gegenüber einem anderen mit ihm verbundenen zu verstehen. Übertragen auf die Wälz­ lagertechnik heißt das, daß in der entlasteten Zone der Reibungsschluß zwi­ schen Innenring, Tragwälzkörpern und Außenring verlorengeht. In dieser Zone vermindern die Wälzkörper ihre Drehzahl. Bei Eintritt in die belastete Zone müssen sie dann schlagartig wieder beschleunigt werden, damit der normale Abwälzvorgang ablaufen kann. Dadurch bedingt kommt es insbesondere bei bestimmten Last- und Drehzahlverhältnissen zu einem Verschleiß der Wälzkör­ per in der Last- bzw. Beschleunigungszone.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, für ein gattungsgemäßes Lager mit Distanz­ stücken den Schlupf zwischen den Tragwälzkörpern zu vermeiden bzw. zu verringern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wälzelemente zwischen den Tragwälzkörpern als Friktionswälzkörper wirken. Durch die Ausbildung der Wälzelemente als Friktionswälzkörper wird eine linienförmige oder punktförmige Berührung zwischen diesen und den Tragwälzkörpern erreicht. Durch diese Führung und eine definierte Einstellung des Teilkreis­ spieles über die Distanzstücke und der darin angeordneten Wälzelemente bis hin zu einer Vorspannung des Lagers kann ähnlich einem Planetenfriktions­ getriebe der auftretende Schlupf der Tragwälzkörper bzw. des gesamten Trag­ wälzkörpersatzes auf beliebig anpaßbare vorgegebene Werte reduziert werden. Dies ist möglich, da in allen Zonen des Lagers stets eine Reibverbindung zwischen den Tragwälzkörpern und den Wälzelementen des Distanzstückes besteht. Der sonst unvermeidliche Drehzahlabfall der Tragwälzkörper außerhalb der Lastzone wird somit vermieden und die aus der Beschleunigung masserei­ cher Tragwälzkörper kommende Gefahr in Form von Anschmierungen wird minimiert, ebenso die im Lager erzeugte Reibungswärme. Die Reibung zwischen den im Lager umlaufenden Teilen, d. h. zwischen den Tragwälzkör­ pern und den Friktionswälzkörpern im Distanzstück stellt sich von selbst ein und ist von den Toleranzen umgebender Lagerteile unabhängig. Dies ist von besonderem Vorteil, da bisher bekannte Verfahren zur Erzielung einer Vor­ spannung von Radiallagern die Gefahr in sich bergen, nicht eindeutig be­ herrschbar zu sein, da sie von Toleranzen und Betriebstemperaturen abhängen und unter Umständen zu einem frühzeitigen Lagerausfall führen können. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist dies nicht zu befürchten, selbst bei einem relativ großen Teilkreisendspiel in der lastfreien Zone wird durch die Reibung zwischen Tragwälzkörper und Friktionswälzkörper eine Rotation der Tragwälz­ körper bewirkt. Bei langsam drehenden Wälzlagerungen und geringer Belastung kann es aber auch vorteilhaft sein, kein Teilkreisendspiel zu haben, sondern eine Vorspannung des Tragwälzkörpersatzes über die Friktionswälzkörper im Distanzstück einzustellen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Gemäß Anspruch 2 sollen die Friktionswälzkör­ per als Kugeln, Zylinderrollen, Nadelrollen oder Tonnen rollen ausgebildet sein. Nach Anspruch 2 ist vorgesehen, daß jeweils zwei voneinander beabstandet angeordnete Zylinderrollen als Friktionswälzkörper vorhanden sind. Natürlich ist die erfindungsgemäße Lösung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Denkbar sind beispielsweise auch drei voneinander beabstandet angeordnete Zylinderrollen, aber auch mit einer entsprechend längeren Zylinderrolle wird die gleiche Wirkung erzielt.

Aus Anspruch 4 geht hervor, daß die Friktionswälzkörper oberhalb und un­ terhalb des Teilkreises verschiedene Durchmesser aufweisen. Durch die unter­ schiedlichen Durchmesser der Friktionswälzkörper können definierte Anlage­ richtungen eingestellt werden. Sind beispielsweise die Friktionswälzkörper oberhalb des Teilkreises größer als die unterhalb des Teilkreises, wird der Tragwälzkörpersatz in Richtung Innenring gerichtet. Im umgekehrten Fall, d. h. bei einer im Durchmesser größeren Ausbildung der Friktionswälzkörper un­ terhalb des Teilkreises, erfolgt die Ausrichtung des Tragwälzkörpersatzes in Richtung Lageraußenring.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 5 sollen die Friktionswälzkörper aus Stahl, Messing, Aluminium, Keramik, Gummi oder aus einem Kunststoff bestehen. Da der sich einstellenden Reibungsbeiwert p zwi­ schen Friktionswälzkörpern und Tragwälzkörpern unter anderem auch von der Materialpaarung abhängig ist, richtet sich die Auswahl des Materials für die Friktionswälzkörper nach dem Anwendungsgebiet des Lagers. Ein hoher Rei­ bungsbeiwert µ begünstigt das Abrollen der Tragwälzkörper auch in der unbela­ steten Zone, erhöht aber gleichzeitig den Gesamtreibungswiderstand des Lagers. Ein niedriger Reibungsbeiwert µ hingegen verringert zwar die Gesamtreibungs­ leistung des Lagers, kann aber den Schlupf der Tragwälzkörper nicht in dem Maße beeinflussen wie ein höherer Reibungsbeiwert.

Nach Anspruch 6 sind die Distanzstücke aus Kunststoff, Keramik, Aluminium-, Kupferlegierungen oder aus Stahl gefertigt. In der Regel wird als Werkstoff für die Distanzstücke ein technischer Kunststoff in Betracht kommen, da derartige Distanzstücke als Kunststoffspritz- oder -Preßteil sehr rationell und billig gefertigt werden können. Außerdem lassen sich die Friktionswälzkörper in ein Distanz­ stück aus Kunststoff problemlos einschnappen. Zur Verbesserung der Festigkeits­ eigenschaften können die Kunststoffe auch mit Glasfasern, Kohlenstoffasern oder anderen Faserstoffen verstärkt werden. Werden die Distanzstücke aus Keramik­ material gefertigt, so ist als Vorteil eine besonders hohe Temperaturbeständigkeit zu nennen. Aber auch die Fertigung der Distanzstücke aus Aluminium bzw. Kupferlegierungen wie Messing und Bronze ist im Rahmen der Erfindung möglich. Derartige Distanzstücke lassen sich wirtschaftlich mittels Strangguß herstellen und auf eine entsprechende Länge ablängen. Metallische Distanz­ stücke weisen eine besondere Festigkeit auf. Distanzstücke aus Stahl bzw. Stahlblech lassen sich ebenfalls rationell durch spanlose Umformverfahren fertigen und können gegebenenfalls noch einer Härtung unterworfen werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 7 sollen die Distanzstücke im Bereich des Tragwälzkörperteilkreises mit einer Ausneh­ mung versehen sein. Derartige Ausnehmungen ermöglichen die Schaffung eines größeren Fettraumes, einen verbesserten Durchtritt des Schmiermittels und somit eine Reduzierung der Verlustleistung durch Reibung im Radialwälzlager.

Aus Anspruch 8 geht hervor, daß die Tragwälzkörper als Zylinderrollen oder als Tonnen rollen ausgebildet sein sollen. Auch die Mantellinie der Tonnenrolle schmiegt sich eng an die Mantelfläche der Friktionswälzkörper an, so daß ein ständiger Reibungsschluß zwischen Friktionswälzkörper und Tragwälzkörper gegeben ist.

Schließlich ist nach Anspruch 9 vorgesehen, daß die Laufbahn des Innen­ und/oder Außenringes ballig bzw. sphärig ausgeführt ist, d. h. sie weist in ihrer Mitte einen größeren bzw. kleineren Durchmesser auf. Werden die Laufbahnen derartig ausgeführt, können die Distanzstücke wegen des Freiheitsgrades in axialer Richtung auch bei Wellendurchbiegung und umlaufender Last ihre Aufgabe erfüllen.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel mit als Zylinderrol­ len ausgebildeten Friktionswälzkörpern näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch ein erfindungs­ gemäßes Radiallager,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Distanzstückes und Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 im Bereich der Friktions­ wälzkörper.

Das in Fig. 1 dargestellte Radialwälzlager besteht aus einem Außenring 1 und einem Innenring 3, zwischen denen auf nicht näher bezeichneten Laufbahnen Tragwälzkörper 4 abrollen. Zur achsparallelen Führung der Tragwälzkörper 4 ist der Außenring 1 mit einem Bord 2 versehen. Jeweils zwischen zwei benach­ barten Tragwälzkörpern 4 sind Distanzstücke 5 eingefügt, die die Tragwälzkör­ per 4 voneinander trennen. Die Trennung der Tragwälzkörper 4 erfolgt dabei durch Zylinderrollen 6, die oberhalb und unterhalb eines Teilkreises 7 der Tragwälzkörper 4 angeordnet sind, d. h. das eigentliche Distanzstück 5 dient nur noch der Halterung der Zylinderrollen 6. Durch die Anordnung der Zylin­ derrollen 6 ober- und unterhalb des Teilkreises 7 wird erreicht, daß die Distanz­ stücke 5 weder am Außenring 1 noch am Innenring 3 geführt werden. Dies bewirkt einerseits eine Reduzierung der Reibleistung des Radialwälzlagers und andererseits wird durch den fehlenden Kontakt des Distanzstückes 5 mit der Lauffläche des Außenringes 1 bzw. der Lauffläche des Innenringes 3 die Aus­ bildung eines Schmierfilmes auf den Wälzlaufbahnen nicht behindert. In der bereits beschriebenen Weise wirken die Zylinderrollen 6 als Friktionswälzkör­ per, d. h. in sämtlichen Stellungen der Tragwälzkörper 4 ist ein Reibkontakt mit den als Friktionswälzkörper wirkenden Zylinderrollen 6 gegeben. Dieser Rei­ bungsschluß sorgt nun insbesondere in der unbelasteten Zone des Radialwälz­ lagers dafür, daß die Nenndrehzahl der Tragwälzkörper 4 in der Lastzone auch in der lastfreien Zone durch die Zylinderrollen 6 nahezu gehalten wird, d. h. der Schlupf verringert wird.

Das in Fig. 2 dargestellte Distanzstück 5 weist eine rechteckige Form auf und ist im Bereich des Teilkreises 7 mit einer Ausnehmung 9 versehen. Diese Ausnehmung 9 sorgt für einen ungehinderten Schmiermitteldurchgang innerhalb des Lagers. Das Distanzstück 5 ist oberhalb und unterhalb des Teilkreises 7 mit je zwei beabstandet voneinander angeordneten Zylinderrollen 6 versehen. Diese Zylinderrollen 6 übernehmen in der beschriebenen Weise den Reibschluß mit den Tragwälzkörpern 4. Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, sind diese Zylinderrollen 6 im Distanzstück 5 in einer nicht näher bezeichneten Aus­ nehmung mit Hilfe von Rollenhalterungen 8 gehalten. Die Zylinderrollen 6 werden in einfacher Weise in das Distanzstück 5 eingedrückt, wobei die Rollen­ halterungen 8 in radialer Richtung elastisch verformt werden. Nach dem Ein­ drücken der Zylinderrollen 6 federn die Rollenhalterungen 8 zurück und sorgen somit für einen sicheren Halt der Zylinderrollen 6. Natürlich sind auch andere Halterungen der Zylinderrollen 6 im Distanzstück 5 denkbar. Auch für die Anordnung der als Friktionswälzkörper wirkenden Zylinderrollen 6 sind eine Vielzahl von Möglichkeiten geben. So ist es vorstellbar, daß im Gegensatz zu Fig. 2 der Raum zwischen den beiden axialen Enden des Distanzstückes 5 auch durch je drei Zylinderrollen bzw. durch je eine Zylinderrolle ausgefüllt werden kann. Auch die geometrische Form des Distanzstückes 5 ist wandelbar, d. h. sie muß nicht rechteckig sein.

Bezugszeichenliste

1 Außenring
2 Bord
3 Innenring
4 Tragwälzkörper
5 Distanzstück
6 Zylinderrolle
7 Teilkreis
8 Rollenhalter
9 Ausnehmung.

Claims (9)

1. Radialwälzlager mit zwischen einem Innen- (2) und einem Außenring (1) abrollenden Tragwälzkörpern (4), wobei zwischen zwei jeweils einander be­ nachbarten Tragwälzkörpern (4) einzelne Distanzstücke (5) eingefügt sind, die oberhalb und unterhalb eines Teilkreises (7) der Tragwälzkörper (4) Wälzele­ mente aufweisen, die an der Wälzfläche der Tragwälzkörper (4) anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzelemente zwischen den Tragwälzkör­ pern (4) als Friktionswälzkörper wirken.

2. Radialwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frik­ tionswälzkörper als Kugeln, Zylinderrollen (6), Nadelrollen oder Tonnen rollen ausgebildet sind.

3. Radialwälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei voneinander beabstandet angeordnete Zylinderrollen (6) vorhanden sind.

4. Radialwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frik­ tionswälzkörper oberhalb und unterhalb des Teilkreises (7) verschiedene Durch­ messer aufweisen.

5. Radialwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frik­ tionswälzkörper aus Stahl, Messing, Aluminium, Keramik, Gummi oder aus einem Kunststoff bestehen.

6. Radialwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanz­ stücke (5) aus Kunststoff, Keramik, Aluminium-, Kupferlegierungen oder aus Stahl bestehen.

7. Radialwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanz­ stücke (5) im Bereich des Teilkreises (7) mit einer Ausnehmung (9) versehen sind.

8. Radialwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trag­ wälzkörper (4) als Zylinderrollen oder als Tonnen rollen ausgebildet sind.

9. Radialwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauf­ bahn des Innen- (3) und/oder Außenringes (1) ballig bzw. sphärisch ausgeführt ist.