DE2415903A1 - Waelzlager - Google Patents

Description

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION

600 Grant Street

Pittsburgh, Pennsylvania 15219/V.St.A, Unser Zeichen; R 833

Wälzlager

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, das in Längsrichtung auf einer Welle entlang bewegt werden kann.

Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung des Wälzlagers gemäß
der US-Patentanmeldung Serial No. 189 898 vom 18. Oktober
1971. ■ ■

Es sind bereits verschiedene Arten von Wälzlagern mit umlaufenden Kugeln bekannt. Das hauptsächliche Ziel des vorbekannten
Standes der Technik besteht in der Schaffung eines Wälzlagers · mit umlaufenden Kugeln, welches über einen beachtlichen Zeitabschnitt ein außerordentlich gutes Verschleißverhalten aufweist, Zur Erreichung dieses angestrebten hohen Zieles wurde jedoch

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bei den vorbekannten Wälzlagern das andere arbeitende Teil des Wälzlagers vernachlässigt, das von der Welle gebildet wird. Entsprechend wurden gewisse Fortschritte bei der Entwicklung der Lager erzielt, ohne daß eine vergleichbare Verbesserung der Lebensdauer der Welle erreicht wurde. Tatsächlich nutzten sich die Wellen bei gewissen Ausführungen vorzeitig ab oder wurden in anderer Weise durch die Berührung der auf der Welle umlaufenden Kugeln des Lagers beschädigt.

Ein Auswechseln der Welle, die im allgemeinen einstückig mit einem Maschinenbauteil oder einem Gerät ausgebildet ist,erfordert eine erhebliche Ausfallszeit der angeschlossenen Maschine. Hierdurch werden der Arbeitszeitausfall der Maschine und die Wartungskosten vergrößert.

Ein hauptsächlicher Grund für die Wellenabnutzung ist durch die begrenzte Wellenkrümmung bedingt, die den umlaufenden Kugeln ausgesetzt ist. Die umlaufenden Kugeln v/erden im allgemeinen in einer gleichen Stellung gegenüber der Welle gehalten, so daß sie dazu neigen, eine Rille in die Umfangsflache der Welle einzuarbeiten.

Wenn die Wellen sich abnutzen, nimmt die Hertzsche Flächenpressung infolge der Dauerbeanspruchung zu, was entweder zu einem Bruch der Welle oder zu einem Fressen des auf der Welle angeordneten Lagers führt.

Die Erfindung ist deshalb darauf gerichtet, ein Wälzlager der vorgenannten Art zu schaffen, das preiswert herzustellen ist, einen einfachen Aufbau und ausgezeichnete Trageigenschaften aufweist. Das Wälzlager soll sich ferner unter Verwendung von automatisierten Arbeitsverfahren herstellen lassen.

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Die Erfindung besteht darin, daß das Wälzlager eine äußere Lagerbüchse und eine konzentrisch in der äußeren Lagerbüchse gelagerte innere Lagerbüchse aufweist, die mit einer Reihe von Führungsrillen ausgestattet ist, welche Laufbahnen für den Umlauf von zwischen den Lagerbüchsen und der Welle angeordneten Kugeln während einer relativen Längsbewegung.zwischen der Welle und dem Lager bilden, daß jede Führungsrille eine geschlossene Bahnschleife für die umlaufenden Kugeln bildet, daß die Kugeln die Welle während der Bewegung entlang eines Teiles der Umlaufbahn nicht berühren und die Welle während der Bewegung eines anderen Teiles der Umlaufbahn berühren und daß der Teil der die Umlaufbahn bildenden Führungsrille, in welchem die Kugeln gegen die Welle anliegen, in einem kleinen Winkel zur Längsachse der Welle verläuft. Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Führungs-

rille eine längliche Form mit zwei geraden Teilen aufweist, die in einem kleinen Winkel zueinander angeordnet sind. Die Welle kann in vorteilhafter Weise einen Kreisquerschnitt besitzen. Ferner kann die innere Lagerbüchse ein einstückig ausgebildetes Körperteil sein oder aus mehreren" Segmenten ijestehen, die mechanisch miteinander verbunden sind.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der gerade Teil der Umlaufbahn, in welchem die Kugeln die Welle nicht berühren, in Längsrichtung mit der Wellenachse fluchtet. Vorteilhaft kann die Innenfläche der äußeren Lagerbüchse eine Bahnfläche für die Kugeln bilden, wenn diese die Welle betrieblich berühren.

Durch die winkelförmige Anordnung des Betriebs- oder belasteten Teiles der Führungsrille gegenüber der Längsachse der Welle wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Belastung über

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einen beachtlich großen Abschnitt der WeIlenoberfläche verteilt wird. Ferner wird durch die winkelförmige Anordnung eines Teiles der Führungsrille bewirkt, daß die Dauerbeanspruchung gleichmäßig auf die Welle verteilt wird, wodurch die in der Welle auftretenden Hertzschen Beanspruchungen verringert werden.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht eines auf einer Welle montierten Wälzlagers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der.Linie 2-2 nach Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Eicplosionsdarstellung des in der Fig. 1 gezeigten erfinaungsgemäßen Wälzlagers und

Fig. 4 eine vergrößerte perspektivische Teildarstellung eines Teiles der inneren Lagerbüchse des Wälzlagers gemäß Fig. 3.

In der Zeichnung ist ein verbessertes Wälzlager gemäß der Erfindung dargestellt, das mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist.

Das erfindungsgemäße Wälzlager ist insbesondere dazu geeignet, lineare Translationsbewegungen auf einer Welle 12 auszuführen. Das Wälzlager 10 weist eine äußere Lagerbüchse 14 und eine innere Lagerbüchse 16 auf. Die innere Lagerbüchse 16 ist konzentrisch innerhalb der äußeren Lagerbüchse 14

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gelagert, Die Außenfläche 18 der inneren Lagerbüchse 16 kann im wesentlichen polyederförmig ausgebildet sein, und weist eine Reihe von sich in Axialrichtung erstreckenden ebenen Flächen20 auf. Die innere Lagerbüchse 16 ist ferner mit einer Reihe von Führungsrillen 22 ausgestattet, die Bahnen für den Umlauf von Kugeln 24 bilden. Die Innenfläche 26 der äußeren Büchse 16 kann gleichfalls eine im wesentlichen polyederförmige Gestalt aufweisen. Die Form der Innenfläche 26 der äußeren Lagerbüchse 14 ist an die Form der Außenfläche 18 der inneren Lagerbüchse 16 angepaßt. Die Innenfläche 26 der äußeren Lagerbüchse 14 weist eine Reihe von sich in Axialrichtung erstreckenden ebenen Flächen 28 auf. Die Außenfläche 18 der inneren Lagerbüchse 16 deckt sich mit der Innenfläche 26 der äußeren Lagerbüchse 14 an ihren entsprechenden'sich in Axialrichtung erstrekkenden ebenen Flächen 20 und 28.

Jede sich in Axialrichtung erstreckende ebene Fläche 28 kann mit axial verlaufenden bogenförmig ausgebildeten Laufbahnen 30 ausgestattet sein. Die sich in Axialrichtung erstreckenden Laufbahnen 30 können zwischen den Verbindungslinien 31 der verschiedenen ebenen Flächen 28 der äußeren Lagerbüchse 14 angeordnet sein.

An jedem Ende des Wälzlagers 10 ist eine Arretierungseinrichtung, wie z.B. ein Sprengring 32 vorgesehen, welcher die innere Lagerbüchse 16 in der äußeren Lagerbüchse 14 arretiert, so daß das Wälzlager 10 im Betrieb als integrierte Baueinheit wirkt. Die Sprengringe 32 legen daher die innere Lagerbüchse 16 gegenüber der äußeren Lagerbüchse 14 in Axialrichtung fest, während durch die vorgenannte Deckung der sich in Axialrichtung erstreckenden ebenen

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Flächen 20 und 28 die innere Lagerbüchse 16 gegenüber der äußeren Lagerbuchse 14 in radialer Richtung festgelegt wird.

Die äußere Lagerbüchse 14 kann im wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet und mit Ringnuten 34 versehen sein. Die Ringnuten 34 können zur Aufnahme von Arretierungseinrintungen, wie z, B. von nicht dargestellten Sprengringen dienen, durch welche das Wälzlager 10 innerhalb einer ebenfalls nicht dargestellten Büchse oder eines Gehäuses festgelegt oder an diesen Teilen befestigt werden kann.

Die ebenen Flächen 28 können.an jedem Ende in eine konkav ausgebildete Endfläche 36 auslaufen. Diese konkav ausgebildeten Endflächen 36 sind gegenüber den sich axial erstreckenden ebenen Flächen 26 der äußeren Lagerbüchse 14 und gegenüber den bogenförmig ausgebildeten Laufbahnen 30 ausgespart. Zwischen den bogenförmig ausgebildeten Laufbah-r nen 30 und der konkaven Endfläche 36 ist z. B. mittels abgeschrägter Führungskörper 38 ein weicher Übergang vorgesehen,

Wie aus der vorstehenden Beschreibung zu entnehmen ist, kann das Wälzlager 10 als ein Linearumlaufwälzlager bezeichnet werden. Insbesondere wird durch das Wälzlager 10 eine im wesentlichen lineare Bewegungen ausführende Lagereinrichtung zwischen Bauteilen gebildet, wie z. B. zwischen der vorbeschriebenen nicht dargestellten Büchse und der Welle 12. Wenn sich das Wälzlager 10 auf der Welle 12 entlang bewegt, dann rollen und zirkulieren die Kugeln 24 in und entlang den in der inneren Lagerbüchse 16 angeordneten Führungsrillen 22. Wie am besten aus den Fig.1 und 2 zu entnehmen ist, nehmen die Kugeln 24 zwei Grundstellungen ein, nämlich

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eine aktive oder Laststellung oder eine passive oder Entlastungsstellung. In der aktiven Stellung sorgen die Kugeln 24 für eine rollende Abstützung zwischen der äußeren Lagerbuchse 14 ( und damit der Büchse oder des Teiles, mit dem sie verbunden ist) und der Welle 12, wenn sich die Welle 12 und das Wälzlager 10 ( und die Büchse ) gegeneinander bewegen. In der passiven Stellung üben die Kugeln 24 keine Wirkung aus, werden jedoch in ihre aktive Stellung zurückgeführt. In ihrer passiven Stellung berühren die Kugeln daher die Welle 12 nicht.

Die Kugeln bewegen sich natürlich in einer Richtung, die von der Relativbewegung des Wälzlagers 10 gegenüber der Welle 12 abhängt. Im wesentlichen werden die Kugeln 24 in der gleichen Richtung zirkulieren oder laufen, in welcher sich die äußere Lagerbüchse 14 bewegt. Die Kugeln 24 rollen von ihrer aktiven in ihre passive Stellung und kommen mit der Welle zu dem Zeitpunkt außer Eingriff, an welchem sie gegen die abgeschrägten Führungskörper 38 anlaufen. Dies erfolgtnoch bevor die Kugeln 24 den gekrümmten Teil der Führungsrillen 22 erreichen.

Die Erfindung soll nun in Verbindung mit einer Beschreibung der Fig. 3 und 4 der Zeichnung verdeutlicht werden.

Wie insbesondere aus der Fig. 4 am besten zu entnehmen ist, verlaufen die geraden Teile der geschlossenen Führungsrillenschleife 22 nicht parallel zueinander. Tatsächlich ist der Teil 40 der Führungsrille, in welchem sich die Kugeln 24 in ihrem aktiven Zustand befinden, das heißt in welchem sie die Welle 12 und die Laufbahnen 30 berühren, in einem Winkel zur Längsachse der Welle 12 angeordnet. Außerdem

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ist der vorgenannte Teil 40 der Führungsrille 22 in einem Winkel gegenüber dem geraden Teil 42 der Führungsrille 22 angeordnet, in welchem sich die Kugeln 24 in ihrem passiven Zustand befinden.

Es ergibt sich daraus, daß die Kugeln 24, die in ihrer geschlossenen, von der Führungsrille 22 gebildeten Schleife umlaufen, in ihrem aktiven Zustand sich auf einen größeren Bereich der Welle verteilen, anstatt auf ein gerades, linienförmiges Segment der Welle. Diese Tatsache führt unmittelbar zu einer Verringerung der Wellenbeschädigung. Außerdem ergibt sich hierdurch der erhebliche Vorteil, daß die während des Betriebes auftretenden Spannungen, die zur Ermüdung des Materials führen, auf einen größeren Bereich der Welle 12 verteilt werden, so daß die Hertzschen Spannungen verringert werden.

Durch diese schräge Anordnung wird ein sehr leistungsfähiges Umlaufwälzlager geschaffen, durch welches die Lagerung und die damit verbundene Welle eine lange Lebensdauer aufweisen.

Die verschiedenen Bauteile des Wälzlagers 10 können aus einer Vielzahl von verschiedenen Werkstoffen unter Verwendung von vollautomatisierten Arbeitsverfahren hergestellt werden. Z. B. könnte die äußere Lagerbuchse 14 aus SAE 5200 Stahl hergestellt sein. Außerdem könnte die Lagerbüchse in geeigneter Weise beschichtet und/oder bearbeitet sein, je nach dem für welchen Anwendungsfall und in welcher Umgebung sie eingesetzt wird.

Wie bereits ausgeführt wurde, bleibt die innere Büchse 16 in allen Betriebszuständen unbelastet. Die innere Büchse 16

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kann deshalb aus einem Werkstoff hergestellt werden, der aus einem größeren Werkstoffbereich ausgewählt ist, wie z. B. aus Zinklegierungen, Kunststoffen u. a. gießbaren Werkstoffen. Ferner könnten die Kugeln und/oder die verschiedenen Laufbahnen 30 mit einem geeigneten selbstschmierenden Kunststoff beschichtet sein, wie z. B. mit Polytetrafluoräthylen.

Sowohl die innere Lagerbüchse 16 als auch die äußere Lagerbüchse 14 können unter Verwendung hochentwickelter Herstellungsverfahren hergestellt werden. Insbesondere ist die äußere Lagerbüchse 14 infolge ihrer Gestalt besonders für die Anwendung eines Räumverfahrens geeignet. Die Innenfläche

26 der äußeren Lagerbüchse 14 , die sowohl die sich in Axialrichtung erstreckenden ebenen Flächen 28. als auch die Laufbahnen 30 aufweist, könnte unter Verwendung eines mit Zug oder Druck arbeitenden Räumwerkzeuges bearbeitet werden. Vorzugsweise wird ein gezogenes Räumwerkzeug verwendet, denn ein solches Räumwerkzeug neigt während des Schneidvorganges der inneren Flächen 28 weniger zum Fressen. Eine andere Bearbeitung und/oder andere Gießvorgänge könnten ebenfalls zur Herstellung der inneren Büchse angewendet werden.

Der Zusammenbau des erfindungsgemäßen Wälzlagers 10 kann auf gleiche Weise unter Anwendung automatischer Verfahren erfolgen.

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Claims (7)

1. 2A15903

   P aten. t an s pr üche

   Wälzlager zur Montage auf einer Welle, dadurch gekennzeichnet , daß das Wälzlager (10) eine äußere Lagerbuchse (14) und eine konzentrisch in der äußeren Lagerbüchse gelagerte innere Lagerbüchse (16) aufweist, die mit einer Reihe von Führungsrillen (22) ausgestattet ist, welche Laufbahnen für den Umlauf von zwischen den Lagerbüchsen und der Welle (12) angeordneten Kugeln (24) während einer relativen Längsbewegung zwischen der Welle und dem Lager bilden, daß jede Führungsrille eine geschlossene Bahnschleife für die umlaufenden Kugeln bildet, daß die Kugeln die Welle während der Bewegung entlang eines Teiles (42) der Umlaufbahn nicht berühren und die Welle während der Bewegung entlang eines anderen Teiles der Umlaufbahn berühren und daß der Teil der die Umlaufbahn bildenden Führungsrille, in welchem die Kugeln gegen die Welle anliegen, in einem kleinen Winkel zur Längsachse der Welle verläuft.
2. 2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn.e t , daß die Führungsrille (22) eine längliche Form mit zwei geraden Teilen (40, 42) aufweist, die in einem kleinen Winkel zueinander angeordnet sind.
3. 3. Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (12) einen Kreisquerschnitt

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   besitzt.
4. 4. Wälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die innere Lagerbüchse (16) ein einstückig ausgebildetes Körperteil ist.
5. 5. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Lagerbüchse (16) aus mehreren Segmenten besteht, die mechanisch miteinander verbunden sind.
6. 6. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der gerade Teil (42) der Umlaufbahn, in welchem die Kugeln (24) die Welle (12) nicht berühren, in Längsrichtung mit der Wellenachse fluchtet.
7. 7. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Innenfläche (26) der . äußeren Lagerbüchse (14) eine Bahnfläche für die Kugeln (24) bildet, wenn diese die Vie lie betrieblich berühren.

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