DE2643773A1 - Rollenlager - Google Patents

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 ^{+ r}5 ⁺ ^ (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 2_O

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 4_t 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)

Dr· Karl Reiß 7516 Karlsbad 1 HermamL-Löns-Weg 46 2643773 Patentansprüche >*» ■ ■ ■ - ■

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,

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,

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
r_K 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 di_e Bahnen der ^Achsen der Tragrollelemente bestimmt ist, daß die Rollflächen der Abstandsrollelemente, mit denen sie die Tragrollelemente be-

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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

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 r_c 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

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■ 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

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