DE2643773A1 - Rollenlager - Google Patents
RollenlagerInfo
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Description
Or. Karl Reiß
Hermann-Löns-Weg 46 6
Rollenlager
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Rollenlager.
Bekannte Rollenlager bestehen im wesentlichen aus einem Innenring,
einem dazu konzentrischen Außenring und mehreren zwischen diesen beiden Ringen angeordneten Tragrollelementen. Derartige
Rollenlager finden auf den verschiedensten Bereichen der Technik Anwendung. Speziell für die Lagerung von Achsen und Wellen
werden Rollenlager verwendet. Die Achse oder TnTeIIe wird meist
mit dem Innenring verbunden, während der Außenring fest in einem Gehäuse oder Rahmen angebracht ist.
Bei bekannten Rollenlagern wird das Reiben der Tragrollelemente aneinander häufig durch Käfige vermieden, die ebenfalls zwischen
dem Innenring und dem Außenring lose angeordnet sind und jedes Tragrollelement separat führen. Die Gleitreibung zvrischen den
Tragrollelementen und dem Käfig wird dadurch nicht vermieden.
Andere Rollenlager sind beschrieben worden, die die Gleitreibung zwischen Lagerteilen weitgehend durch ein flexibles
endloses Band vermeiden, das die Tragrollelemente teilweise umschlingt und separate Abstandszylinder ebenfalls teilweise
umschlingt. Dieses Lager hat zvrar den Vorteil gegenüber herkömmlichen Lagern weitgehend gleitreibungsfrei zu arbeiten, es
besitzt jedoch zahlreiche andere Nachteile ο Diese Nachteile
sind vornehmlich mit dem flexiblen Endlosband verbunden. Dieses Bauelement ist empfindlich, es wird ständig beträchtlichen
Biegebelastungen ausgesetzt und es muß erhebliche Kräfte aufnehmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Rollen-
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lager zu schaffen, bei dem im wesentlichen keine Gleitreibung der Lagerteile und zugleich im wesentlichen Veine
Verformung von Lagerteilen auftritt. Es soll ein Lager gemäß der Erfindung angegeben werden, das aus einfachen Bauteilen
hergestellt werden kann und ohne Schmiermittel benutzt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Rollenlager gelöst, wie es in den Patentansprüchen definiert ist.
Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Lagers besteht in den Abstandsrollelementen, die von Käfigringen
zusammengehalten werden. Die Abstandsrollelemente berühren weder die Außenfläche des Innenrings noch die Innenfläche
des Außenrings.
Die Rollflächen, in denen einerseits die Tragrollelemente und die Abstandsrollelemente und andererseits die Tragrollelemente
und Innen- bzw· Außenring einander berühren, brauchen nicht dieselben zu sein. Vorzugsv/eise berühren
jedoch die Tragrollelemente sowohl die Abstandsrollelemente
als auch Innen- und Außenring des Lagers mit derselben Rollfläche·
Obwohl auch Kegelrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut sein können, ist es bevorzugt, daß alle
Rollflächen der Abstandsrollelemente, Tragrollelemente, des Innenrings und des Außenrings sowie der Käfigringe im
wesentlichen kreiszylindrische Flächen sind, deren Achsen im wesentlichen parallel zueinander verlaufen oder dieselben
sindo
Um ein Ausweichen der Lagerelemente in achsialer Richtung zu verhindern, sind einzelne Lagerlemente mit Schultern
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oder Planschen versehen. Diese Schultern sind wie bei bekannten Lagern ausgebildet. Eine detaillierte Beschreibung
dieser Plansche oder Schultern kann daher unterbleiben.
Der Durchmesser der Tragrollelemente entspricht der Differenz des Radius der Innenrollfläche des Außenrings und des
Radius der Außenrollflache des Innenrings. Der lichte Abstand
zwischen den Tragrollelementen ist kleiner als der Durchmesser der Abstandsrollelemente. Vorzugsweise ist der
lichte Abstand zwischen den Tragrollelementen so gering wie
möglich ohne daß die Tragrollelemaite einander berühren.
Das Lager kann aus herkömmlichen Materialien wie z.B. rostfreiem Stahl aufgebaut werden. Da das Lager gleitreibungsfrei
arbeitet, können auch weniger abriebfeste Materialien verwendet werden. Überzüge der Rollelemente aus z.B. PoIytetrafluoräthylen
oder anderen Kunststoffen wie Polyphenyl ensulf id können verwendet werden.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sowie einige mathematische Beziehungen zwischen Lagerabmessungen
anhande der Zeichnung beschrieben, in der
Pig. 1 eine Ansicht des Lagers
Pig· 2 und 3 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform des Lagers
Pig· 4, 5 und 6 eine Schnittansicht durch die in Pig. I,
2 und 3 gezeigten Lager
Pig. 7 und 8 je eine Skizze zur Berechnung von Lagerdaten und
Synchronradien
Pig. 9 und Io Teilquersehnittsansichten weiterer Ausführungsformen des Lagers zeigen.
Die in den Figuren der Zeichnung dargestellten Lager weisen alle einen Innenring 1, einen dazu konzentrischen Außenring
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und mehrere Tragroll elemente 3 auf. Die Zahl η der Tragrollelemente
ist begrenzt durch die Beziehung
3 < η < 180°
arc sin
- q
in der q. der Radius eines Tragrollelements 3 und RI der Radius
der Außenrollflache des Innenrings 1 bedeuten. Das in Fig. 1
dargestellte Lager hat 13 Tragrollelemente.
Bei der in Pig. 1 und 4 dargestellten Ausführungsform des
Lagers werden die Tragrollelemente von Abstandsrollelementen
4 und 5 im Abstand voneinander gehalten. Je zwei Abstandsrollelemente
4, 5 sind zwischen je zwei Tragroll el em ent en 3 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform gemäß Fig. l und 4
sind also η Tragrollelemente und 2 η Abstandsrollelemente vorhanden·
Je ein Paar Abstandsrollelemente 4 und 5» die zwischen denselben
Tragrollelementen 3 angeordnet sind, werden zu beiden
Seiten des Lagers von Käfigringen 6 zusammengehalten,die mit ihren Innenseiten die Außenflächen der Abstandsrollelemente
berühren.
Die Radien der Rollflächen der Abstandsrollelemente 4 und 5,
mit denen sie die Tragrollelemaite 3 berühren, brauchen nicht gleich den Radien der Rollflächen der Abstandsrollelemente 4
und 5 zu sein, mit denen sie die Käfigringe 6 berühren. Wesentlich
für einen gleitreibungsfreien Betrieb ist lediglich, daß die Umfangsgeschwindigkeiten der Rollflächen der Abstandsrollelemente 4 und 5, mit denen sie die Käfigringe berühren
für beide Abstandsrollelemente 4 und 5 gleich sind.
Zur Berechnung der Lagerdaten wird auf Pig. 7 Bezug ge-
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nommen. Es bedeuten darin:
q. = Radius der Tragroll elemente 3
r, = Radius des Ab standsroIlelements 4
r,- = Radius des Abstandsrollelements 5
Rg- = Radius des Käfigrings (innen)
s = halber Abstand der Tragrollelementachsen
Zwischen diesen Abmessungen besteht folgende Beziehung:
RK = I (r4 + r5 + ^ (4 + r4)2- s2 ' + V(CL + T5)2 - s2 ' )
Weitere Beziehungen können aus Fig. 7 abgeleitet werden.
Anstelle von zwei Ab stands roll el em en ten kann auch nur ein
Abstandsrollelement 4 zwischen den Tragrollelementen 3 vorgesehen sein. Bei dieser Ausführungsform sind η Tragrollelemente
3 und η Abstandsrollelemente 4 (bzw, 5) vorgesehen. Diese η Abstandsrollelemente werden von einem Käfigring
auf jeder Seite des Lagers zusammengehalten. Dieser Käfigring 6 ist im wesentlichen konzentrisch zu dem Innenring 1
und dem Außenring 2O
Zwei Beispiele für die zuletzt beschreibene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lagers sind in Fig. 2 und 5
sowie in Mg. 3 und 6 dargestellt. In den Fig. 2 und 3 ist jeweils nur ein Teil des Lagerumfangs gezeigt. Die Fig. 5 und
zeigen Querschnittsansichten entlang den Linien 5 -5 bzw. 6-6 durch die in Fig. 2 und 3 dargestellten Lager. Wie aus
Fig. 2 und 5 ersichtlich., ist jeder Käfigring 6 starr mit
dem Innenring ι durch Ringscheiben 7 verbunden. In entsprechender
Weise ist jeder Xäfigring 6 in dem in Fig· 3
und 6 dargestellten Beispiel starr mit dem Außenring 2 durch
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Ringscheiben 7 verbunden. Da bei diesem Lager gem. Fig. 3
und 6 die Abstandsrollelemente 4 radial nach außen ausweichen
könnten, ist zusätzlich zu jeder Seite des Lagers je ein weiterer, die Abstandsrollelemente mit seiner Innenseite
berührender Stabilisierungsring 8 vorgesehen. Die Stabilisierungsringe 8 sind ebenfalls konzentrisch zu Innenring
1 und Außenring 2.
Damit ein gleitreibungsfreier Betrieb des Lagers möglich ist, müssen die Radien r. der Rollflächen 41 mit denen die Abstands-
rollelemente 4 die Tragrollelemente 3 berühren, die Radien r der Rollflächen 42 mit denen die Abstandsrollelemente 4 die
Käfigringe 6 berühren, der Radius RI der Außenfläche des Innenrings, der Radius RA der Innenfläche des Außenrings sowie die
Raien RK bzw. BK^ der Rollflächen der Käfigringe 6 in einer
festen Synchron-Beziehung stehen. Diese Beziehung ergibt sich aus der ersten Bedingung, daß die Winkelgeschwindigkeiten von
Käfigring 6 und Innenring l im Beispiel der Fig. 2 und 5 (bzw. von Käfigring 6 und Außenring 2 im Beispiel der Fig. 3
und 6) einander gleich sind, aus der zweiten Bedingung, daß die Winkelgeschwindigkeiten der Rollflächen 41 und 42 einander
gleich sind, aus der dritten Bedingung, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Außenfläche des Innenrings und der
Rollfläche 4i einander gleich sind, und aus der vierten Bedingung,
daß die Umfangsgeschwindigkeit der Rollfläche 42
und der Rollfläche 61 des Käfigrings einander gleich sind. Aus diesen Bedingungen lassen sich die Beziehungen
RKi (Fig. 2 und 5) RI
sowie r = RKa (Fig. 3 und 6)
ableiten} zum besseren Verständnis wird auf Fig. 8 bezug genommen·
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Die beiden zuletzt beschriebenen Beispiele verwendeten
Abstandsrollelemente 4t die mit ihren Achsen außerhalb des
durch die Bahn der Achsen der Tragrollelemente 3 bestimmten Zylinders angeordnet sind. In entsprechender Weise
tonnen lager mit Abstandsrollelementen 5 aufgebaut werden,
deren Achsen innerhalb jenes Zylinders angeordnet sind. Pur
diese Beispiele sind nur die entsprechenden Querschnittsdarstellungen
in Pig. 9 und 10 gezeigt. Die Käfigringe 6 berühren mit ihren Außenflächen 61 im Beispiel gem. Pig. 9 die
Rollflächen 52 der Abstandsrollelemente 5, die ihrerseits mit den Rollflächen 51 die Tragrollelemente 3 berühren.
Die Käfigringe 6 sind starr durch Ringscheiben 7 mit dem Außenring verbunden. In diesem Beispiel gilt die Synchron-Beziehung
r = RKa X5 RA
In den in Pig. 10 gezeigten Beispiel ist der Innenring starr mit dem Käfigring 6 verbunden. Da in diesem Beispiel die Abstandsrollelemente
5 nach innen ausweichen könnten, sind Stabilisierungsringe 8 vorgesehen, die mit ihren Außenflächen
die Abstandsrollelemente 5 auseinanderhalten. Pur dieses Beispiel gilt die Synchronbeziehung
r = RKi X5 RI
Der Zusammenbau der Lager ist einfach. Das in Pig. I und 4
gezeigte Lager wird zusammengesetzt bis zum letzten Käfigring 6. Dieser letzte Käfigring wird mit Hilfe geringer elastischer
Verformung des Rings oder der übrigen Ringe eingesetzt. Im Falle
der anderen Ausführungsformen ist der Zusammenbau entweder un-
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mittelbar einsichtig, oder es muß ein Ring zum Schluß nach Einsetzen der Trag- und Abstandsrollelemente aufgeschraubt
werden.
Die Hauptvorteile des erfindungsgemäßen Lagers ergeben sich aus der Tatsache, daß das Lager gleitreibungsfrei arbeitet und
keine Biegeverformungen der Lagerteile auftreten. Daher können die Lager schmiermittelfrei verwendet werden, was speziell
in .Anwendungen in der Raumfahrt,in Vakuumapparaturen, sowie
in Unterwasserapparaturen von großem Vorteil ist. Die Lebensdauer der Lager ist wegen ihrer Gleitreibungsfreiheit hoch»
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Claims (7)
1. Lager 'bestellend aus einem Außenring, einem dazu konzentrischen
Innenring und zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordneten
T r agr ollel ement en,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß Abstandsrollelemente (4,5) dersrt zwischen denlragrollelementen (3)
angeordnet sind, daß diese Abstandsrollelemente die Tragrollelemente
berühren und im Abstand voneinander halten, daß sie jedoch nicht die Innenrollfläche des Außenrings und die -Außenrollfläche des Innenrings
(l) berühren,
und daß die Abstandsrollelemente durch sie "berührende Käfigringe in
ihrer Position zwischen den Tragrollelementen gehalten: werden^ wobei
die Käfigringe auf Bereichen der Abstandsrollelemente abrollen können, die seitlich von deren Rollflächen (41, 51) angeordnet
sind, mit denen die Abstandsrollelemente die Tragrollelemente berühren
und und auf ihnen abrollen.
2» Lager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Je zwei benachbarten Tragrollelementen zwei Abstandsrollelemente
angeordnet sind, daß der Durchmesser der Abstandsrollelemente größer ist als der lichte Abstand zwischen den Tragrollelementen
und daß das eine Abstandsrollelement mit seiner Achse außerhalb und da
andere Abstandsrollelement mit seiner Achse innerhalb des Zylinders an
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geordnet ist, der durch die Bahn der Rotationsachsen der Tragrollelemente
definiert ist, und daß diese zwei Abstandsrollelemente von zumindest einem Käfigring derart zusammengehalten werden, daß
beide Abstandsrollelemente auf der Innenseite des Käfigrings abrollen.
3. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsrollelemente
seitlich die Tragroll elemente beidseits überragen und
daß die zwei Abstandsrollelemente, die zwischen zwei benachbarten Tragrollelementen angeordnet sind, zu beiden Seiten der Tragrollelemente
von je einem Käfigring zusammengehalten werden.
4· lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je
zwei benachbarten Tragrollelementen (3) ein Abstandsrollelement (4) angeordnet ist, daß alle Abstandsrollelemente (4) mit ihren Achsen
außerhalb des Zylinders angeordnet sind, der durch die Bahnen der Achsen der Tragroll eiern en te bestimmt ist, daß die Rollflächen der
Abstandsrollelemente (4), mit denen sie die Tragrollelemente (3) berühren, einen Radius r. haben und daß die Abstandsrollelemente
zumindest einen weiteren Rollbereich mit einem Radius r, besitzen,
daß zumindest ein Käfigring (6) mit Innenradius RKi konzentrisch zu dem Innenring an diesem starr befestigt ist, daß
die Abstandsrollelemente (4) mit ihrem weiteren Rollbereich den Käfigring (6) innen berühren und daß zwischen den Radien die
Beziehung
_t__ = .Ria_
r, RI
besteht, in der RI den Radius der Außenrollflache des Innenrings
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des Lagers bedeutet. -,
5. Lager nach. Anspruch. 1, dadurch, gekennzeichnet, daß zwischen je
zwei benachbarten Tragrollelementen (3) ein Abstandsrollelement (5)
angeordnet ist, daß alle Abstandsrollelemente (5) mit ihren Achsen
innerhalb des Zylinders angeordnet sind, der durch die Bahn der Achsen der Tragrollelemente (3) bestimmt ist, daß die Rollflächen
der Abstandsrollelanente (5)» Hit denen sie die Tragrollelemente (3)
berühren, einen Radius T^ haben und daß die Abstandsrollelemente
zumindest einen weiteren Rollbereich mit einem Radius r besitzen, daß zumindest ein Käfigring (6) mit Außenradius RKa konzentrisch
zu dem Außenring (2) starr an diesem befestigt ist, daß die Abstandsrollelemente
(5) mit ihrem weiteren Rollabschnitt den Käfigring außen berühren und daß zwischen den Radien die Beziehung
r = RKa
rK RA
rK RA
besteht, in der RA den Radius der Innenrollflache des Außenrings des
Lagers bedeutet·
6. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je zwei benachbarten Tragrollelementen ein Abstandsrollelauent (4)
angeordnet ist, daß alle Abstandsrollelanente mit ihren Achsen außerhalb des Zylinders angeordnet sind, der durch die Bahnen
der Achsen der Tragrollelemente bestimmt ist, daß die Rollflächen
der Abstandsrollelemente, mit denen sie die Tragrollelemente be-
809818 /0 5 OL
rühren, einen Radius r. haben und daß die Abstandsrollelemente zumindest
einen weiteren Rollbereich, mit einem Radius r besitzen, daß zumindest ein Käfigring (6) mit Außenradius RKa konzentrisch
zu dem Außenring (2) starr an diesem befestigt ist, daß die Abstandsrollelemente
(4) mit ihrem weiteren Rollabschnitt den Käfigring außen berühren und daß zwischen den Radien die Beziehung
r = RKa
r4 RA
r4 RA
besteht, in der RA den Radius der Innenfläche des Außenrings des Lagers bedeutet, und daß ein Stabilisierungsring (8) mit seiner
Innenrollflache alle Abstandsrollelemente berührt und zusammenhält.
7. lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je zwei benachbarten Tragrollelementen (3) ein Abstandsrollelement (5)
angeordnet ist, daß alle Abstandsrollelemente mit ihren Achsen innerhalb des Zylinders angeordnet sind, der durch die Bahn der
Auchsen der Tragroll elemente bestimmt ist, daß die Rollflächen
der Abstandsrollelemente, mit denen sie die Tr#grollelemente berühren,
einen Radius rc haben und daß die Abstandsrollemente zumindest
einen weiteren Rollbereich mit einem Radius r besitzen, daß zumindest ein Käfigring (6) mit Innenradius RKi konzentrisch
zu dem Innenring an diesem starr befestigt ist, daß die Abstandsrollelemente (5) mit ihrem weiteren Rollbereich den Käfigring (6)
innen berühren und daß zwischen den Radien die Beziehung
r = RKi
~ "BT
~ "BT
809813/0504
■ sr
"bestelltι in der RI den Radius der Außenrollflache des Innenrings
des Lagers "bedeutet und daß ein Stabilisierungsring (8) mit seiner
Außenrollflache "berührt und stabilisierend auseinanderhalte
80981 3/0504
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