DE19742570A1 - Pendelrollenlager - Google Patents
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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.
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