DE19742570A1 - Pendelrollenlager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Pendelrollenlager mit zwei Rollenreihen mit symmetrischen Rollen, mit einem Außenring mit gekrümmter Außenlaufbahn, mit einem Innenring mit zwei gekrümmten Innenlaufbahnen und mit einem zwischen den Rollen der beiden Rollenreihen vorgesehenen Führungsring.

Wälzlager, die zur Übertragung radialer und/oder axialer Lasten an rotierenden Teilen dienen, werden nach der Form ihrer Wälzkörper in Kugellager einerseits und Rollen­ lager andererseits unterteilt. Bei Rollenlagern unterscheidet man wiederum zwischen Zylinder-, Tonnen-, Nadel-, Kegel- und Pendelrollenlagern. Pendelrollenlager enthal­ ten zwei Rollenreihen mit tonnenförmigen Rollen, deren Rollenachsen gegen die La­ gerachse geneigt sind. Die Außenlaufbahn ist hohlkugelig, so daß sich die Rollen bei Fluchtungsfehlern und bei einer Durchbiegung der zugeordneten Welle in der Außenringlaufbahn pendelnd einstellen können. Das Profil der Laufbahnen ist dem Profil der Rollen meist recht eng angepaßt. Die unterschiedlichen Ausführungen von Pendelrollenlagern unterscheiden sich sowohl in der Größe selbst als auch in der Größe und der Form der Rollen. So gibt es sowohl Ausführungsformen mit symmetri­ schen Rollen als auch solche mit unsymmetrische Rollen. Außerdem gibt es Ausfüh­ rungsformen mit und ohne Borde.

Seit über einem halben Jahrhundert werden Pendelrollenlager verwendet. Sie haben sich wegen ihrer hohen Tragfähigkeit bewährt und werden überall dort eingesetzt, wo hohe stoßartige Kräfte aufzunehmen sind und mit Fluchtfehlern und größeren Durchbiegungen der zugeordneten Welle gerechnet werden muß. Hauptanwen­ dungsgebiete sind schwere Lauf- und Stützrollen, Schiffslaufwellen und Ruder­ schäfte, Steinbrecher, Kurbelwellen, Getriebe, Schwingsiebe, Walzwerke, Mahl- und Zerkleinerungswerke. Wegen der zahlreichen Anwendungsgebiete ist während der jahrzehntelangen Verwendung von Pendelrollenlagern immer wieder versucht wor­ den, durch konstruktive Änderungen die Tragfähigkeit weiter zu erhöhen und die Herstellungskosten zu verringern. So hat es Versuche gegeben, die Führung der Rol­ len statt mit einem fest mit dem Innenring verbundenen Mittelbord mit einem losen Führungsring zu realisieren oder gänzlich auf besondere Führungen zu verzichten, wobei dann die Führung der Rollen lediglich durch einen Käfig realisiert wird. Nor­ malerweise hat ein solcher Käfig die Aufgabe, die einzelnen Rollen einer Rollenreihe in gleichmäßigem Abstand zueinander zu halten und somit ihre gegenseitige Berüh­ rung zu verhindern. Bei einem Pendelrollenlager bewegen sich jedoch unter Last die Rollen der beiden Rollenreihen aufeinander zu, so daß es dann zu einem Verschleiß des Käfigs kommt, wenn die Führung der Rollen nicht zusätzlich durch einen Mittelbord oder einen Führungsring übernommen wird.

Immer dann, wenn bei einem Pendelrollenlager ein fester Mittelbord oder ein loser Führungsring verwendet wird, ist im Stand der Technik dieser Mittelbord bzw. dieser Führungsring trapezförmig ausgebildet. So ist aus der bereits 1933 veröffentlichten deutschen Patentschrift 6 44 181, Fig. 2 und 3 ein Pendelrollenlager bekannt, bei dem ein loser Führungsring zur Führung der Rollen verwendet wird. Hierbei ist die Breite des trapezförmigen Führungsringes so groß, daß die Rollen nach den Seiten des Pen­ delrollenlagers hin gedrückt werden. Auch aus der bereits 1956 veröffentlichten USA-Patentschrift 2,740,675 ist ein Pendelrollenlager bekannt, bei dem zwischen den Rollen der beiden Rollenreihen ein lose auf dem Innenring angeordneter trapezförmi­ ger Führungsring vorgesehen ist. Um ein optimales Reibverhalten bei unterschiedli­ chen Radiallasten zu erhalten, soll die Breite des Führungsringes genau dem Abstand zwischen den Rollen der beiden Rollenreihen entsprechen. Sowohl bei dem Pendel­ rollenlager nach der deutschen Patentschrift 6 44 181 als auch bei dem Pendelrollen­ lager nach der USA-Patentschrift 2,740,675 hat der Führungsring die Aufgabe, einer­ seits den Abstand zwischen den Rollen der beiden Rollenreihen sicherzustellen, an­ dererseits ein Schränken der Rollen zu verhindern. Auch aus der gerade erst erschie­ nenen USA-Patentschrift 5,586,826 ist ein Pendelrollenlager mit einem trapezförmi­ gen Führungsring bekannt. Hier soll eine Verringerung der Reibung durch eine be­ sondere Ausgestaltung der Rollen erreicht werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Pendelrollenlager mit hoher Trag­ fähigkeit zur Verfügung zu stellen, das einerseits einfach und damit kostengünstig hergestellt werden kann, andererseits auch bei hoher Belastung nur eine geringe Rei­ bung aufweist, so daß hohe Drehzahlen möglich sind, bzw. eine lange Lebensdauer gewährleistet ist.

Das erfindungsgemäße Pendelrollenlager, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist nun zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsring als radial ebene Kreisringscheibe ausgebildet ist und die Mittelachse des Führungsringes parallel zur Lagerachse verläuft. Der Vorteil eines Führungsrin­ ges, der als radial ebene Kreisringscheibe ausgebildet ist und dessen Mittelachse parallel zur Lagerachse verläuft, ist gegenüber einem trapezförmig ausgebildeten Füh­ rungsring zunächst darin zu sehen, daß ein solcher Führungsring besonders einfach ist und folglich günstig hergestellt werden kann. Vor allem aber ist der erreichte Vor­ teil darin zu sehen, daß stets ein gleichbleibender Abstand zwischen den Rollen der beiden Rollenreihen gewährleistet ist. In Verbindung mit der zuvor beschriebenen Maßnahme kommt einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pendel­ rollenlagers besondere Bedeutung zu, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Füh­ rungsring so dimensioniert ist, daß die Rollen axial vorgespannt sind. Es wird also durch den Führungsring auf die Rollen eine Kraft unter einem spitzen Winkel zu den Rollenachsen ausgeübt, wodurch eine Verschiebung der Berührungspunkte zwi­ schen den Rollen sowie der Außenlaufbahn und den Innenlaufbahnen bewirkt wird. Ohne eine solche Vorspannung berühren die Rollen die Außenlaufbahn und die In­ nenlaufbahnen an der Stelle ihres größten Durchmessers, so daß die Kraftwirkungsli­ nien Innenring bzw. Innenlaufbahnen - Rollen und Rollen - Außenring bzw. Außen­ laufbahn ein Schränken der Rollen bewirken. Durch die Verschiebung der Berüh­ rungspunkte, die durch die vorgesehene Vorspannung bewirkt wird, stehen die Kraftwirkungslinien Innenring bzw. Innenlaufbahnen - Rollen und Rollen - Außen­ ring bzw. Außenlaufbahn unter einem Winkel, wodurch ein Schränken der Rollen verringert wird.

Um die Herstellung des erfindungsgemäßen Pendelrollenlagers weiter zu vereinfa­ chen, ist vorgesehen, daß der Führungsring, wie an sich bekannt, als loser Führungs­ ring ausgebildet ist. Der Führungsring ist also zwar auf dem Innenring geführt, jedoch nicht mit diesem verbunden. Hierdurch kann auch bei Bedarf ohne weiteres für den Führungsring ein anderes Material als für den Innenring verwendet werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei dem erfindungsgemäßen Pendelrollenlager die Rollen an der dem Führungsring zugewandten Stirnseite mit einer Fase versehen sind und der Fasenwinkel dieser Fase größer als der Lagerdruckwinkel ist. Dadurch ist si­ chergestellt, daß es selbst bei einem zulässigen Schränken der Rollen nicht zu einer Berührung der Kanten der Stirnfläche der Rollen mit dem Führungsring kommt, so daß ein "Fressen" an den Kanten der Stirnfläche der Rollen ausgeschlossen ist.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Pendelrollenlager auszugestalten. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Pa­ tentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Hälfte eines erfindungsgemäßen Pendelrollenlagers im Axialschnitt gesehen,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Überganges zwischen einer Rolle und dem Führungsring aus dem Pendelrollenlager gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Kontaktes zwischen den Rollen und dem Führungsring in einer Draufsicht.

Fig. 1 zeigt eine Hälfte eines Pendelrollenlagers 1 im Axialschnitt. Das Pendelrollenla­ ger 1 besteht aus zwei Rollenreihen mit symmetrischen Rollen 2, 3, die zwischen ei­ nem Außenring 4 mit einer gekrümmten Außenlaufbahn 5 und einem Innenring 6 mit zwei gekrümmten Innenlaufbahnen 7, 8 vorgesehen sind. Zwischen den beiden Rol­ len 2 bzw. 3 der beiden Rollenreihen befindet sich ein Führungsring 9, der als radial ebene Kreisringscheibe ausgebildet ist. Die Mittelachse 10 des Führungsringes 9 verläuft parallel zur Lagerachse 11. Demgegenüber verlaufen die Rollenachsen 12, 13 der Rollen 2 bzw. 3 unter einem Winkel zur Lagerachse 11. Dieser Winkel wird als Lagerdruckwinkel bezeichnet und hat bei Pendelrollenlagern typischerweise einen Wert zwischen 4° und 18°.

Der dargestellte Führungsring 9 ist, wie es einer bevorzugten Ausgestaltung der Er­ findung entspricht, als loser Führungsring ausgebildet, das heißt, er wird zwar auf dem Innenring 6 geführt, kann sich jedoch senkrecht zur Lagerachse 11 in Richtung auf den Außenring 4 bewegen. Die Rollen 2 und 3 stoßen jeweils mit ihrer Stirnseite 14, welche mit einer Fase 15 versehen ist, gegen den Führungsring 9. Anstelle einer hier dargestellten Fase 15 kann die Stirnseite 14 auch mit einer Abschrägung versehen sein, welche auch einen gekrümmten Querschnitt aufweisen kann.

Ist die Stirnseite 14 mit einer Fase 15 versehen, so soll der Fasenwinkel 16 größer, vor­ zugsweise etwa 1,5° größer als der sich betriebsmäßig einstellende Lagerdruckwinkel sein. Daraus ergibt sich, wie in Fig. 2 dargestellt, daß zwischen den Rollen 2, 3 und dem Führungsring 9 - genauer zwischen den Stirnseiten 14 der Rollen 2, 3 und dem Führungsring 9 - stets ein Öffnungswinkel 17 vorhanden ist, der sich als Differenz aus dem Fasenwinkel 16 und dem Lagerdruckwinkel ergibt. Durch diesen Öffnungswin­ kel 17 ist sichergestellt, daß zwischen den Rollen 2, 3 und dem Führungsring 9 im Stillstand stets nur eine punktförmige, betriebsmäßig, wenn also betriebsmäßig Rela­ tivbewegungen auftreten, stets nur eine linienförmige Berührung auftritt. Darüber hinaus kann der durch den Öffnungswinkel 17 beschriebene Spalt zwischen dem Führungsring 9 und den Rollen 2, 3 zum Aufbau und Erhalt eines Schmierfilms be­ nutzt werden.

In Fig. 3 ist die Kontaktsituation zwischen der Stirnseite 14 der Rollen 2, 3 und dem Führungsring 9 in einer Draufsicht dargestellt. Auch bei einem Schränken der Rollen 2, 3 um einen Schränkungswinkel 18 kommt es nicht zu einer Berührung der Kanten 19 der Stirnseite 14 der Rollen 2, 3 mit dem Führungsring 9, so daß ein Fressen an den Kanten 19 der Stirnseiten 14 der Rollen 2, 3 ausgeschlossen ist. Dies ist durch die ge­ strichelt eingezeichnete Position der Rolle 3 in Fig. 3 dargestellt.

Durch des Schränken der Rolle 3 um den Schränkungswinkel 18 wandert der Mittel­ punkt der Stirnfläche 14 der Rolle 3 nur um einen kleines Stück aus seiner Ur­ sprungslage heraus, wodurch das Laufverhalten des Pendelrollenlagers 1 jedoch nicht merklich beeinflußt wird. Insbesondere kommt es nicht zu einer Berührung der Kante 19 der Rolle 3 mit dem Führungsring 9. Dadurch kommt es nicht zu einer Zer­ störung der Rolle 3, wodurch die Lebensdauer des Pendelrollenlagers 1 insgesamt er­ höht wird.

Claims (10)

1. Pendelrollenlager mit zwei Rollenreihen mit symmetrischen Rollen (2, 3) mit einem Außenring (4) mit gekrümmter Außenlaufbahn (5) mit einem Innenring (6) mit zwei gekrümmten Innenlaufbahnen (7, 8) und mit einem zwischen den Rollen (2, 3) vorge­ sehenen Führungsring (9) dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsring (9) als radial ebene Kreisringscheibe ausgebildet ist und die Mittelachse (10) des Führungs­ ringes (9) parallel zur Lagerachse (11) verläuft.

2. Pendelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungs­ ring (9) so dimensioniert ist, daß die Rollen (2, 3) axial vorgespannt sind.

3. Pendelrollenlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füh­ rungsring (9) als loser Führungsring (9) ausgebildet ist.

4. Pendelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (2, 3) an der dem Führungsring (9) zugewandten Stirnseite (14) unter ei­ nem spitzen Winkel zu den Rollenachsen (12, 13) verlaufende Flächen aufweisen.

5. Pendelrollenlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (2, 3) an der dem Führungsring (9) zugewandten Stirnseite (14) mit einer Fase (15) verse­ hen sind.

6. Pendelrollenlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fasenwinkel (16) der Fase (15) von dem Lagerdruckwinkel abweicht.

7. Pendelrollenlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fasenwinkel (16) um 0,3° bis 5° größer ist als der sich betriebsmäßig einstellende Lagerdruckwin­ kel.

8. Pendelrollenlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fasenwinkel (16) um etwa 1,5° größer ist als der sich betriebsmäßig einstellende Lagerdruckwinkel.

9. Pendelrollenlager nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es auch bei einem zulässigen Schränken der Rollen (2, 3) nicht zu einer Berührung der Kanten (19) der Stirnseiten (14) der Rollen (2, 3) mit dem Führungsring (9). kommt.

10. Pendelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Rollen (2, 3) auch unter Belastung konstant bleibt.