DE2720887A1

DE2720887A1 - Kegelrollenlager

Info

Publication number: DE2720887A1
Application number: DE19772720887
Authority: DE
Inventors: Erik Magnus Dr Ing Kellstroem
Original assignee: SKF Industrial Trading and Development Co BV
Current assignee: SKF Industrial Trading and Development Co BV
Priority date: 1976-05-13
Filing date: 1977-05-10
Publication date: 1977-12-01
Also published as: JPS6211203B2; FR2351305A1; IT1125743B; JPS62110016A; US4065191A; JPS62110017A; GB1568579A; JPS52151441A; JPS635608B2; FR2351305B1; JPS635609B2

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. W. Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B.«löchern

Frankfurt/taain Staufenstraße 36

SKP Industrial Trading &
Development Company B.V.

Jutphaas / Hol lend

Kegelrollenlager

Die Erfindung betrifft Kegelrollenlager.

Kegelrollenlager bestehen aus einem Innenring, einem Außenring und einer Vielzahl von kegelstumpfförmigen Wälzkörpern, welche eine Drehbewegung der Teile um eine normal zu ihrer Bewegungsrichtung liegende Achse gestatten. Normalerweise hat die Lauffläche des Innenrings einen bestimmten Winkel zur Lagerachse, und die Lauffläche des Außenrings bildet demgegenüber mit der Lagerachse einen größeren Winkel. In herkömmlicher Bauweise sind die Lager so ausgelegt, daß unter der vorgesehenen Belastung die Scheitelpunkte der Kegelwinkel des Innen— und des Außenrings einen gemeinsamen Punkt auf der Lagerachse bilden, und daß auch die Drehachsen aller Kegelrollen die Lagerachse in diesem gemeinsamen Punkt schneiden. Es wird angenommen, daß bei einer solchen Auslegung eine reine Wälzbewegung zwischen den Wälzkörpern und den Lagerringen stattfindet, wenn das Lager belastet wird.

Bei den bekannten Kegelrollenlagern werden die Wälzkörper durch einen oder mehrere Planschen bzw. Schultern, welche an einer oder beiden Stirnflächen der Kegelrollen anliegen, im ringförmigen Zwischenraum zwischen den Lagerrin^en gehalten. Während des Betriebs des Lagers drückt die Schulter gegen die anliegende Stirnfläche der Wälzkörper, und als Folge davon, wird Reibung erzeugt. Diese Reibung wiederum hat die Tendenz, jeden Wälzkörper mit Bezug auf eine Achse, die normal zur eigenen Rollachse des Wälzkörpers liegt und die Lagerachse schneidet, schräg zu stellen. In dieser Schräglage hat jeder Wälzkörper eine axial gerichtete Gleitbewegungskomponente mit Bezug auf den inneren und äußeren Lagerring. Bei Kegelrollenlagern herkömmlicher Ausführung haben normalerweise die mit dieser Gleitbewegung verbundenen Reibungskräfte dieselbe Richtung wie die axialen Komponeten der äußeren Last auf den inneren und äußeren Lagerring. Wenn dies der Fall ist, spricht man von einem negativen Schrägstellungswinkel der Wälzkörper.

Es wurde nun festgestellt, daß bei einem negativen Schrägstellungswinkel die Lager stärkere Reibung und eine geringere Lebensdauer haben als bei einem positiven ochrägstellungswinkel, bei welchem die axialen Komponenten der Reibungskräfte zwischen den Wälzkörpern und den Lap;erringen den auf die letzteren wirkenden Komponenten der äußeren Belastung entgegen gerichtet sind. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, speziell Kegelrollenlager zu schaffen, bei denen die Kegelrollen unter Belastung keinen negativen Schrägstellungswinkel, vorzugsweise sogar einen positiven Schrägstellungswinkel annehmen, so daß die Reibung möglichst klein gehalten und eine möglichst lange Lebensdauer erreicht wird.

Vorstehende Erfindungsaufgabe wird vorschlagsgemäß dadurch erreicht, daß der Scheitelpunkt des Kegelwinkels der Kegelrollen unter einer äußeren Last neben der Lagerachse liegt und die Laufflächen den Innen- und des Außenrings hinsichtlich der Reibung derart unterschiedlich ausgebildet sind,

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daß sich die Kegelrollen in derjenigen Richtung schräg zur Achsrichtung des Lagers stellen, in welcher die axialen Reibungskräfte an den Laufflächen der Lagerringe den axialen Komponenten der äußeren Last entgegengerichtet sind.

In bevorzugter praktischer Ausführung der Erfindung werden die unterschiedlichen Reibungsverhältnisse am Innen— und Außenring entweder durch unterschiedliche Rauhigkeit oder andere Maßnahmen zur Beeinflussung des Reibungskoeffizienten oder auch dadurch erzeugt, daß die Lauffläche des einen Lagerrings im mittleren Bereich und die Lauffläche des anderen Lagerrings in den axial äußeren Bereichen etwas eingesenkt wird, so daß sich im Bereich der Einsenkungen geringere Flächenpressungen und damit geringere Reibungen ergeben. Dabei dominieren dann .jeweils die Reibungskräfte an demjenigen Ring, dessen Lauffläche mit einer zentralen Einsenkung versehen ist, über die Reibungskräfte am jeweils anderen Lagerring und erzeugen den gewünschten positiven Schrägstellungswinkel der Kegelrollen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 einen Axialschnitt durch ein Kegelrollenlager herkömmlicher Ausführung, wobei die äußeren und Reibungskräfte als Vektoren eingetragen sind,

Fig. 2 einen Querschnitt nach Schnittlinie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine erste Ausführung eines Kegelrollenlagers gemäß der Erfindung, wobei wiederum die in diesem Fall auftretenden äußeren und Reibungskräfte ale Vektoren eingezeichnet sind,

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Fig. 4 einen Querschnitt nach Schnittlinie 4-4 in Pig. 3,

Pig. 5 in einer Ansicht entsprechend Pig. 3 ein

weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 6 einen Querschnitt nach Schnittlinie 6-6 in .Pig. 5,

Fig. 7 Ansichten entsprechend Pig. 3 und 5 weiterer und 8 Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen

Kegelrollenlagern, bei denen unterschiedliche Rauhigkeit der Laufflächen der Lagerringe dazu benutzt wird, um die gewünschte Schrägstellung der Kegelrollen zu erreichen,

Fig 9a Kräfte-Vielecke für den Kräfte-Gleichgewichtsbis 9c zustand der belasteten Kegelrollen jeweils für

die Ausführungen nach Fig. 1-2 bzw. 3-4 und

5-6}

Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei und 11 welchem nur die innere Lauffläche konisch ist,

Fig. 12 ein Ausführungsbeispiel eines Kegelrollenlagers

und 13 gemäß der Erfindung, bei welchem nur der äußere

Laufring eine kegelige Lauffläche hat.

Das in Fig. 1 dargestellte herkömmliche Kegelrollenlager 10 besteht aus einem Innenring 11 mit einer Lauffläche 11a und einem Außenring 12 mit einer Lauffläche 12a. Die Laufflächen 11a und 12a liegen einander gegenüber und bilden zwischen eich einen Ringraum, in welchem sich eine Vielzahl von Kegelrollen 13 befinden, die es ermöglichen, daß sich die beiden Lagerringe relativ zueinander um eine Lagerachse A1 drehen, welche normal zur Relativbewegung der Lagerringe 11 und 12 liegt. Der Innenring 11 hat einen Umfangsflanech bzw. einen

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Bord 14, der sich radial erstreckt und an der mit Bezug auf Pig. 1 rechten Stirnfläche 13a der Kegelrolle 13 anliegt.

Bei dem dargestellten herkömmlichen Kegelrollenlager wird die Lauffläche 11a des Innenring3 gebildet durch Drehung einer erzeugenden Linie 16 um die Lagerachse Λ1. Die Linie 16 schneidet die Lagerachse in einem Scheitelpunkt L1. In entsprechender Weise schneidet die erzeugende Linie 17 der Lauffläche 12a des Außenrings die Lagerachse A1 ebenfalls im Scheitelpunkt L1. Die beiden Linien 16 und 17 bilden mit der Lagerachse A1 Winkel Al bzw.<C2. Der Winkel zwischen den beiden Linien 16 und 17 ist in der Zeichnung mit Λ 3 bezeichnet.

Die mit A2 bezeichnete Drehachse einer Kegelrolle 13 schneidet die Lagerachse A1 ebenfalls im Scheitelpunkt L1, wenn das Lager die vorgesehene Last trägt. Wegen der geometrischen Zusammenhänge wurde theoretisch angenommen, daß zwischen den V/älzkörpern und den Lagerringen während deren Relativdrehung eine reine Wälzbewegung stattfindet, da die Umfangsgeschwindigkeiten der Laufflächen 11a und 1?a sowie der Kegelrollen 13 längs der Linien 16 und 17 gleich sind. Diese Linien repräsentieren mit anderen Worten Linien gleicher epizyklischer Wälzbewegung und werden dehalb hier auch als Linien theoretisch gleicher Geschwindigkeit bezeichnet.

Während des Betriebs des herkömmlichen Lagers 10 bewirkt eine am Innenring 11 angreifende Last P1 eine entsprechende Belastung der einzelnen Kegelrollen, die wiederum entsprechende Reaktionskräfte auf den Außenring 12 ausüben. Da die Reaktionskräfte nicht ^nau gleich der äußeren Last und umgekehrt zu dieser sind, ist eine dritte Kraft R r b neitens des Bords 14 erforderlich, um an den Kegelrollen ein Kräftegleichgewicht herzustellen . Die äußeren Kräfte bzw. deren Reaktionskräfte P1 und P2 haben jeweils eine axiale und radiale Komponente, nämlich P1A, P1R bzw. P2A, P2R. Wenn die Kegelrolle 13 rotiert, liegt der Bord 14 an der rechten

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Stirnfläche 13a an, und diese Berührung erzeugt Ffeibungij— kräfte fa und fb zwischen dem Innenring 11 und der Kegelrolle 13. Wenn nun die Lagerteile umlaufen, erzeugen diese Reibungskräfte ein Moment, welches die Kegelrolle 13 um den Winkel β (Fig. 2) schräg zu stellen trachtet, wobei β der Winkel zwischen der Drehachse A2 der Kegelrolle und der dieser zugeordneten Radialebene, welche die Li^erachse A1 enthält, ist. Die Schrägstellung der Wälzkörper int grundsätzlich unerwünscht, da sie eine axiale Gleitbewegung zwischen den Mantelflächen der Wälzkörper und der Lr.ufrin.^e erzeugt. Diese axiale Gleitbewegung führt zu Reibungnkräften fs1-fs4 zwischen den Laufflächen und den Wälzkörpern, und wenn die Reibungskräfte fs2 und fs4 an den Laufflächen in dieselbe Richtung weisen wie die axialen Komponenten der äußeren Belastung P1A und P2A, bezeichnet man den Schrägst ellungswinkel der betreffenden Kegelrollen als negativ. Ein typischer negativer Schrägstellungswinkelβ ist in Fig.2 gezeigt, denn in diesem Fall weisen die Reibungskräfte fs.? und fs4 gemäß Fig.1 in dieselben Richtungen wie die axialen Lastkomponenten P1A und P2A. Wenn ein Lager mit negativem Schrägstellungswinkel der Wälzkörper betrieben wird, 3ind, wie nachfolgend noch dargelegt wird, die Reibung größer und die Lebensdauer geringer als bei einem Lager, desse· Wälzkörper einen positiven Schrägstellungswinkel einnehmen.

Ein Kegelrollenlager gemäß der Erfindung, dessen Wälzkörper unter Last mit einem positiven SchrägstellungswinkeL laufen, ist in Fig. 3 dargestellt und mit 110 bezeichnet. Π unit wird eine minimale Lagerreibung und eine maximale Lebensdauer erreicht. Zu diesem Zweck ist das Lager 110 so ausgelegt, daß jeder Wälzkörper während des Betriebs in der I-astzone einen nicht-negativen oder positiven Schrägstellungswinkel einnimmt. Dies wird durch bemißte Herbeiführung einer kleinen und unter Kontrolle gehaltenen Gleitreibung an bestimmten Stellen zwischen den Laufflächen und den Kegelrollen erreicht, wobei die durch die Schrägstellung der Rollen erzeugte Gleitreibung den axialen Komponenten P1A und P2A der äußeren Kräfte P1 und P2_;welche am Innen- und Außenring 111, 112 angreifen,

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entgegenwirkt. Wenn diese Bedingungen herrschen, haben die Kegelrollen definitionsgemäß einen positiven Schrägetellungs— winkel, bei dem das Lager mit geringerer Reibung und einer längeren Lebensdauer läuft als ein vergleichbares Lager mit negativ schräggestellten Wälzkörpern.

Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich, ist das Lager 110 so ausgelegt, daß die mit 116 und 117 bezeichneten Linien glei-

*
eher Umfangsgeschwindigkeit axial zwischen dem dargestellten Wälzkörper 113 und den Lagerringen 111 und 112 an diametralen Stellen hindurchgehen und die Lagerachse A 1 im Scheitelpunkt L1 schneiden. Die inneren und äußeren Laufflächen 111a und 112a sowie die Kegelrollen 113 haben jedoch eine solche Form, daß sich ihre Erzeugenden nicht im Scheitelpunkt L1, sondern in einem Scheitelpunkt L2 neben der Lagerachse A1 schneiden. Der Scheitelpunkt L2 liegt auf der Drehachse A2 der Kegelrolle 113 zwischen diesem und dem Scheitelpunkt L1. Damit befindet sich der Scheitelpunkt L2 der die Laufflächen erzeugenden Linien 116a und 117a im V/inkelbereich zwischen den Linien 116 und 117 theoretisch reiner Wälzbewegung. Die erzeugenden Linien 116a und 117a des Profils der Kegelrolle 113 schneiden die Linien 116 und 117 theoretisch gleicher Umfangsgeschwindigkeit an der mittleren Querlinie M durch die Kegelrolle 113. Der mit oC 4 bezeichnete Scheitelwinkel zwischen den Linien 116a und 117a ist größer als der Winkel oO 3 zwischen den Linien 116 und 117 theoretisch gleicher Umfangsgeschwindigkeit. Die Verlängerung der Linie 117a über den Scheitelpunkt. L2 hinaus schneidet die Lagerachse A1 in einem Punkt 14, und in entsprechender Weise schneidet die Verlängerung der Linie 116a die Lagerachse in einem Punkt L3.

Wie oben festgestellt, stellen die Linien 116 und 117 gleicher Geschwindigkeit Linien dar, längs derer zwischen den Lagerungen 111 und 112 einerseits und den Wälzkörpern 113 andererseits eine reine Wälzbewegung stattfinden würde, wenn diese Teile so ausgelegt wären, daß sie sich längs dieser Linien berühren. Da jedoch die Laufflächen 111a und 112a sowie das Profil der Kegelrollen 113 gemäß Fig. 3 so ausgelegt sind, daß der Scheitel-

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punkt L2 abseits der Lagerachse A1 liegt, treten an der Oberfläche der Kegelrolle 113 an verschiedenen Stollen der Berührungslinien mit den Lagerringen unterschiediche Geschwindigkeiten auf. Wenn man z.B. annimmt, daß zwischen der Kegelrolle 113 und den Lagerringen an der Mittellinie M der Kegelrolle 113 eine reine Wäbbewegung stattfindet, besteht die Tendenz, daß die Kegelrolle 113 während des Betriebs des Lagers links von der Mittellinie M beschleunigt und rechts der Mittellinie M verzögert wird. Die einseitige Beschleunigung und die Verzögerung auf der anderen Seite sind auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Kegelrolle 113 mit einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit um ihre Achse rotiert, wobei die Umfangsgeschwindigkeit an der Mittellinie K gleich der Umfangsgeschwindigkeit der inneren Lauffläche 111a an derselben Stelle ist. Da sich jedoch die innere Lauffläche 111a und die Mantelfläche der Kegelrolle links von der Mittellinie M radial außerhalb der Linie 116 reiner Wälzbewegung berühren, hat die innere Lauffläche 111a das Bestreben, die Kegelrolle 113 in diesem Bereich zu beschleunigen. Aus ähnlichen Gründen tritt die entgegengesetzte Wirkung rechts der Mittellinie M auf und führt dort zu einer Verzögerung der Kegelrolle 113.

Die Beschleunigungs- und Verzögerungsvrirkung auf die Kegelrolle 113 auf gegenüberliegenden Seiten ihrer Mittellinie K erzeugt ein Moment auf die Kegelrolle 113 um diese Mittellinie M, welches die Kegelrolle 113 mit Bezug auf Fig. 4 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht und schrägstellt. Andererseits hat die Berührung der Kegelrolle 113 mit der äußeren Lauffläche 112a die gegenteilige Wirkung auf die Kegelrolle 113, d.h. längs der Berührungslinie zv/ischen der äußeren Lauffläche 112 a und der Kegelrolle 113 sind die Beschleunigungs- und Verzögerungszonen vertauscht. Der Bereich der Beschleunigung befindet sich rechts von der Mittellinie M und der Bereich der Verzögerung liegt links der Mittellinie M.

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Um trotz der sich normalerweise im wesentlichen ausgleichenden Wirkungen der Verzögerung und Beschleunigung an den inneren und äußeren Laufflächen einen positiven Schräg— Stellungswinkel zu erhalten, wird bei dem Ausführungsbei— spiel nach Fig. 3 dafür gesorgt, daß das durch den Innenring auf die Kegelrolle ausgeübte Schrägstellungsmoment über das tfoment'des Außenrings dominiert. Dies wird dadurch erreicht, daß die innere Lauffläche 111a mit einer mittleren, ringförmigen, sehr flachen Einsenkung 111b versehen wird, die im Bereich der I.üttellinie M der Kegelrolle 113 liegt, so daß die Kegelrolle 113 die innere Lauffläche auf gegenüberliegenden Seiten der Ein3enkung 111b mit größerer Anpressung berührt als im Bereich der Mittellinie II. Die flache Einsenkung ist vorzugsweise nur so tief wie etwa die halbe elastische Verformung bei der Berührung unter Last. Sie beträgt also etwa das 0,00025-fache des mittleren Rollendurchmessers. Die äußere Lauffläche 112a ist mit einem Paar Einsenkungen 112c und 112d versehen, die sich mit Zwischenabstand zu beiden Seiten der Mittellinie M erstrecken, so daß die Kegelrolle 113 die äußere Lauffläche 112 im Bereich der Mittellinie M berührt und mit ihren axialen Enden von der äußeren Lauffläche 112a abhebt oder mit einem geringeren Andruck daran anliegt. Infolge der beschriebenen Formgebung ist das vom Innenring auf die Kegelrolle ausgeübte Foment größer als das entgegengesetzt gerichtete Moment des Außenrings, so daß die Kegelrolle 113 gemäß Fig. 4 schräg gestellt wird. Ee muß allerdings zu der zeichnerischen Darstellung bemerkt werden, daß die Einsenkungen 111b, 112c und 112d stark übertrieben dargestellt sind.

Zum besseren Verständnis, wie die Erfindung die Schrägstellung der Kegelrollen während des Betriebs des Lagers unter Last in einen positiven Schrägstellungswinkel bewirkt, sollte man sich bei Betrachtung der Figuren 3 und 4 zunächst vorstellen, daß die Kegelrolle 113 steht, während die Lager— ' ringe 111 und 112 relativ zueinander in umgekehrter Drehrichtung

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umlaufen, und zwar derart, daß sich der dargestellte Querschnitt des Innenrings auf den Betrachter zubewegt, während sich der dargestellte Querschnitt des Außenrings vom Betrachter entfernt. Unter diesen Voraussetzungen Lot die Umfangsgeschv/indigkeit der inneren Lauffläche 111a am schmalen (linken) Ende der Kegelrolle 113 größer nl3 die Umfangsgeschwindigkeit der Manteflache der KegelrolLe 113 in diesem Bereich. Somit hat die tangentiale Komponente fdt der Reibungskraft fs1 auf die Kegelrolle 113 dieselbe Richtung wie die Bewegungsrichtung des Innenrings, d.h. zum Betrachter hin. Am breiten Ende der Kegelrolle ist die tangentiale Komponente fs1t der Reibungskraft entgegengesetzt gerichtet, v/eil dort die Umfangsgeschv/indigkeit der Kegelrolle 113 größer ist als die Umfangsgeschwindigkeit der inneren Lauffläche 111a. Daraus resultiert ein ICräftepaar bzw. Moment seitens des Innenrings 111 auf die Kegelrolle 113, welches die letztere in der in Pig. 4 gezeigten Richtung schräg zu stellen bestrebt ist.

Am Außenring 112 tritt ein in entgegengesetzter Richtung wirkendes Schrägstellungsmoment auf, weil die Umfr!.n/;:;geschwindigkeit der äußeren Lauffläche 112a im Bereich des schmalen Endes der Kegelrolle 113 größer ist als die Umfangsgeschwindigkeit der Kegelrolle 113 in diesem Boreich. Polglich hat die tangentiale Komponente fs3t der Reibungskraft fs3 auf die Kegelrolle 113 dieselbe Richtung wie die Bevegungsrichtung des Außenrings, d.h. fort vom Betrachter. Am breiten Ende der Kegelrolle 113 hat die tangentiale Komponente fs3t der Reibungskraft fs3 die entgegengesetzte Richtung, weil dort die Umfangsgeschwindigkeit der Mantelfläche der Kegelrolle größer ist als die Umfangsgeschwindigkeit des Außenrings 112. Las durch den letzteren auf die Kegelrolle 113 ausgeübte Moment zur Schrägstellung ist jedoch kleiner als das vom Innenring 111 ausgeübte Moment, weil der Abstand zwischen den Reibungskraftkomponenten fs3t, fs3t kleiner int als der Abstand zwischen den Reibungskraftkomponenten fs1t, fs1t entsprechend der oben beschriebenen besonderen Geometrie der Laufflächenprofile. Das Ergebnis ist, daß das durch den

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Innenring ausgeübte Moment dominiert und die Kegelrolle in der gewünschten Richtung schrägstellt.

In der Stellung gemäß Fig. 4 müssen die Punkte auf der Mantelfläche der Kegelrolle auf der unteren Lauffläche 111a axial nach rechts gleiten, während die Kegelrolle 113 im Ringraum zwischen den Lagerringen umläuft. An der äußeren Lauffläche 112a'tritt eine Gleitbewegung in entgegengesetzter Richtung auf. Wegen dieser Gleitbewegungen entstehen nach links gerichtete Reibungskräfte fs1, fs1 an der Unterseite der Kegelrolle 113 und nach rechts gerichtete Reibungskräfte fs2_f fs2 als Reaktionskräfte an der inneren Lauffläche 111a. Die Reibungskräfte fs2, fs2 haben axiale Komponenten fs2a, fs2a, die nach rechts auf den Innenring 111 wirken und somit der nach links gerichteten axialen Komponente P1A der äußeren Last P1 entgegengerichtet sind. In derselben Weise wirkt der nach rechts gerichteten axialen Lastkomponente Ρ2Λ der äußeren Last P2 am Außenring 112 die nach links gerichtete axiale Komponente fs4a der Reibungskraft fs4 entgegen. Unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen, d.h., wenn die Drehachse A2 der Kegelrolle 113 nicht in der Ebene der Lagerachse Λ1 liegt und die geschilderten Kräfte auftreten, hat die Kegelrolle 113 definitionsgemäß einen positiven Schrägstellungswinkel mit den erwähnten vorteilhaften Konsequenzen.

Wegen der konischen Form der Wälzkörper drückt deren rechte Stirnfläche mit einer Kraft Rra gegen den Bord 114, so daß eine Reaktionskraft Rrb und Reibungskräfte fa, fb erzeugt werden. Die Größe dieser Reibungskräfte ist jedoch deutlich verringert, weil ein Teil der an den Berührungsstelion zwischen dem Bord und den Wälzkörpern auftretenden Last infolge des positiven Schrägstnllungswinkels durch die Reibungskräfte zv/ischen den Laufflächen und den Wälzkörpern kompensiert wird. Die Zusammenhänge werden am besten anhand der Figuren 9a und 9b verständlich, wo die verschiedenen Kräfte dargestellt sind, die in Kegelrollenlagern auftreten, deren

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Wälzkörper unter einem positiven oder negativen Schrägstellungswinkel und, im Vergleich dazu, achsparallel laufen. Die Figuren zeigen den Polygonzug der vektoriell aufgetragenen Kräfte im Gleichgev/ichtcszustand jeweils für einen Wälzkörper in der Lage nach Fig. 1, 3 und 5_f wobei auf die Wälzkörper jeweils eine axiale Laot Γ1Α wirkt* In der Zeichnung stellen die gestrichelten Linien das Polygon der.Kräfte bei achsparallel ausgerichteten Kegelrollen dar, während in ausgezogenen Linien dir? Kräfte dargestellt sind, mit denen gerechnet v/erden muß, renn die· Kegelrollen unter einem positiven oder negativen Winkel gemäß obiger Definition schräggestellt sind. Besondere Beachtung im Vergleich verdient die relative Größe der am Bord auftretenden Reaktionskräfte Rrb.

Im Falle des herkömmlichen Lagers nach Fig. 1 ist festgestellt worden, daß die Wälzkörper unter einem negativen Schrägstellungswinkel laufen. Die daraus resultierenden seitlichen Reibungs— oder Gleitkräfte fs1 und fs3 beeinflussen gemäß Fig. 9a das Kräftegleichgewicht in der Weise, daß sowohl die normal zu den Laufflächen wirkenden und von diesen aufzunehmenden Kräfte No und Ni als auch die am Bord auftretende Kraft Rrd größer sind als bei Betrieb den Lagers mit achsparallel ausgerichteten Kegelrollen. Ein Lageij dessen Kegelrollen unter einem negativen Schrägstellungsvdnkel laufen, hat also höhere Reibungsverluste und eine kürzere Lebensdauer als vorausberechnet, wenn die Rechnung nicht auch die Schrägstellung berücksichtigt. Man beachte besonders, daß die Kraft Rrb an Bord größer ist, denn diese Vergrößerung hat für sich wiederum eine Verstärkung des Moments zur Folge, welches die Kegelrollen unter negativem Schrägstellungswinkel zu verkanten bestrebt ist.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 läuft die Kegelrolle unter Last mit einem positiven Schrägstellungswinkel und das daraus resultierende Kräftepolygon ist in Fig. 9b dargestellt. Dabei zeigt sich, daß die normal zu den Laufflächen wirkenden Kräfte

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No und Ni sowie auch die Reaktionskraft Rrb am Bord sämtlich kleiner sind als bei achsparallel ausgerichteten Kegelrollen. Es sollte jedoch beachtet werden, daß dae Maß der Verschiebung des Scheitelpunkts L2 mit Bezug auf die Lagerachse A1 in Pig. 3 stark übertrieben dargestellt ist. Wegen der daraus resultierenden Winkel, unter denen die Kräfte an der Kegelrolle wirksam verden, erscheint die Basis des Polygonzugs gemäß Fig. 9b sehr viel breiter als in Fig. 9a. 'Somit ist das Größenverhältnis der Reak— tionskraft Rrb am Bord entsprechend übertrieben. En besteht jedoch die Tendenz, daß bei dem Bestreben, durch Reibung an den Laufflächen ein positives ochrügntel Lung3— moment zu erzeugen, welches das durch die Reibung am Bord bestimmte, entgegengesetzt gerichtete I.ioment überwiegt, die Kraft Rrb am Bord geringfügig vergrößert wird.

In einer praktischen Ausführung gemäß Fig. 3 und 4 kann der Scheitelpunkt L2 z.B. im Abstand von ungefähr 0,005 mal den mittleren Durchmesser der inneren Lauffläche neben der Lagerachse A1 liegen. Zur Zeichnung der Fig. 3 int allerdings festzustellen, daß wegen der Schrägstellung der Kegelrolle 113 gemäß Fig. 4 der Scheitelpunkt L2 vom Betrachter aus vor der in Fig. 3 dargestellten achsparellelen Zeichnungsebene liegt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 5 und 6 dargestellt. In diesem Fall besteht das mit 210 bezeichnete Kegelrollenlager aus einem Innenring 211, einem Außenring 212 und einer Anzahl Wälzkörper, von denen nur einer dargestellt und mit 213 bezeichnet ist. Die Lagerachse A1 liegt wiederum normal zur relativen Bewegungsrichtung der Wälzkörper 213 zwischen dem Innen— und Außenring. Die Drehachse der gezeichneten Kegelrolle wurde wie bisher mit A2 bezeichnet.

Im Gegensatz zur Ausführung nach Fig. 3 und 4 schneiden bei der Ausführung nach Fig. 5 und 6 die Erzeugenden 216a bzw. 217a die Drehachse A1 im Scheitelpunkt L2 erst hinter dem

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Schnittpunkt L1 der Drehachse A2 mit der Lagerachse A1. Dem entspricht, daß der Winkel oO 3 zwischen den Linien 216, gleicher Umfangsgeschwindigkeit größer ist al3 der Winkel <C 4 zwischen den Erzeugenden 216a und 217a. Im übrigen schneiden sich die Linien 216 und 217a bzw. 217 und 217a wiederum auf der axialen Mittellinie M der Kegelrolle. Da jedoch der Scheitelpunkt L2 jenseits der Lage mc hs ο Λ1 liegt, sind die Gleitbewegungen und Richtungen der Reibungskräfte an den Berührungsstellen zwischen der Kegelrolle und den Laufflächen 211a und 212a umgekehrt wie bei der Ausführung nach Fig. 3 und 4. Zwischen der inneren Inufflilche 211a und der Kegelrolle 213 befindet sich auf der rechten Seite der Mittellinie M ein Bereich, wo die Kegelrolle beschleunigt wird, während sie links von der Mittellinie M verzögert wird. Als Ergebnis der anders gerichteten Kräfte vertauschen im Vergleich zur Ausführung nach Fig. 3 und 4 auch die an den inneren und äußeren Laufflächen auftretenden Momente, welche die Schrägstellung der Rollen bewirken, ihre Vorzeichen.

Um bei der Ausführung nach Fig. 5 und 6 einen positiven Schrägstellungswinkel zu erhalten, muß das am Außenring

212 auftretende Moment größer sein als da3 am Innenring 211. Zu diesem Zweck ist die äußere Lauffläche 212a mit einer ringförmigen mittleren Einsenkung 212b verseben, während in die innere Lauffläche 211 zu beiden Seiten der Mittellinie M ringförmige Einsenkungen 211c und 211d eingearbeitet sind. Auf diese Weise berührt die Kegelrolle

213 die innere Lauffläche 211a im Bereich der Mittellinie M mit größerer Anpressung al3 die äußere Lauffläche 212a an entsprechender Stelle. Umgekehrt ist die Pressung zwischen der Kegelrolle 213 und der äußeren Lauffläche 212a seitlich der Einsenkung 212b größer als in den gegenüberliegenden Bereichen der inneren Lauffläche und auch größer als im Bereich der mittleren Ein3enkung 212b. Als Folge der beschriebenen Formgebung wirken den nxialen Komponenten P1A und P2A der auf den Innen- bzw. Außenring · wirkenden äußeren Kräfte P1 und P2 axiale Komponenten fs2a

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bzw. fs4a von Reibungskräften fs2 und fs4 zwischen der Kegelrolle 213 und den Laufflächen 211a und 212a in derselben Weise entgegen wie bei der Ausführung nach Pig. 3 und 4. Es ist wiederum zu beachten, daß die Einsenkungen 211c, 211d und 212d in den Laufflächen aus Darstellungsgründen stark übertrieben gezeichnet sind.

Der Vorteil des, Lagers nach Pig. 5 und 6 zeigt sich an besten anhand des Kräftepolygons nach Fig. 9c. Man erkennt, daß sich aufgrund der geometrischen Verhältnisse eine schmalere Basis ergibt, die eine Verringerung der Reaktionskraft Rrd am Bord anzeigt. Außerdem sind auch die Kräfte No und Ni normal zu den Laufflächen geringer. Bei dieser Auslegung sind die zur bewußten Steuerung der Schrägstellung der Kegelrollen erforderlichen geometrischen Veränderungen minimal, da die Verringerung der Reaktionskraft Rrb am Bord bereits für sich eine positive Tatsache ist, welche geringere, durch Reibung an den Laufflächen zu erzeugende Korrektur— momente ermöglicht.

Die Ausführungsbeispiele nach Fig. 7 und 8 haben gewisse geometrische Ähnlichkeiten mit den Ausführungen nach Pig. bzw. 5. Fig. 7 zeigt ein Lager 310 mit einem Innenring 311» einem Außenring 312 und Kegelrollen 313. Der Scheitelpunkt L2 des Kegelv/inkels der Kegelrolle 313 liegt ähnlich wie gemäß Fig. 3 auf Seiten der Kegelrolle neben der Lagerachse A1. Die Scheitelpunkte L3 und L4 der Erzeugenden 316a bzw. 317a der Laufflächen 311a bzw. 312a liegen auf der Lagerachse A1 so weit auseinander, daß zwischen den Laufflächen und der Kegelrolle der gewünschte Linienkontakt erhalten wird. Im Beispielsfall liegt der Scheitelpunkt L4 der Erzeugenden 317a näher zum Lager als der Scheitelpunkt L3 der Erzeugenden 316a. Die gewünschte positive Schrägstellung der Kegelrollen wird dadurch erreicht, daß man die innere Lauffläche 311a rauher oder in anderer geeigneter Weise mit einem größeren Reibungskoeffizienten ausbildet als die äußere Lauffläche 312a. Fan beachte, daß der Scheitelpunkt L2 im Winkelbereich zwischen den Linien 316 und 317 gleicher

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Bei der Ausführung nach Pig. 8 ist ein Lager 410 vorgesehen, welches aus einem Innenring 411, einem Außenring 41? und Kegelrollen 413 besteht, wobei ähnlich Pig. 5 dor Scheitelpunkt L2 des Kegelv/inkels der Kegelrolle 413 jenoeit3 der Lagerachse A1 liegt. Die Schnittpunkte L3 und 1,A <\c.r Erzeugenden 416a und 417a der beiden Laufflächen 411 ι und 412a mit der Lagerachse befinden sich an den geeigneten Stellen, um Linienkontakt zwischen den Laufflächen und der Kegelrolle zu erhalten. Im Gegensatz zur Ausführung; nnch Fig. 7 ist der Abstand des Schnittpunkts L4 vom L-x^er diesmal größer als der Abstand des Schnittpunkts L3. Die gewünschte positive Schrägstellung der Kegelrolle wird dadurch gewonnen, daß die äußere Lauffläche 412a rauher oder in anderer geeigneter Weise mit einem größeren Reibungskoeffizienten ausgeführt wird als die innere Lauffläche 411a. Es wird darauf hingewiesen, daß der Scheitelpunkt L2 außerhalb des Winkelbereichs der Linien 316 und 317 gleicher Umfangsgeschwindigkeit liegt, wenn man diese Linien im Scheitelpunkt L2 liegt aber im Winelbereich der Verlängerungen der Linien 416 und 417 über die Lagerachse A1 hinaus.

Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Fig. 10 bis 13 dargestellt. In diesen Fällen ist jeweils nur eine der Laufflächen konisch, während die andere zylindrisch ausgeführt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 und 11 hat der Außenring eine zylindrische Lauffläche, während die Lauffläche des Innenrings kegelig ist. Bo i dem Ausführungsbeispiel nach Pig. 12 und 13 wurde dagegen die innere Lauffläche zylindrisch und die äußere Lauffläche kegelig ausgebildet.

In aer Ausführung nach 10 und 11 wird die gewünschte Schrägstellung der Kegelrolle!erreicht, indem man dafür sorgt, daß das durch Reibung an der äußeren Lauffläche erzeugte Schrägstellungsmoment das entgegengesetzt gerichtete Moment an der inneren Lauffläche überwiegt. Bei dem dargestellten Lager 510 schneiden die Linien 516 und 517 gleicher Umfangsgeschwindigkeit die Lagerachse A1 im Scheitelpunkt L1.

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-Vf-

Durch denselben Punkt verläuft auch die Drehachse Λ2 der Kegelrolfe 513. Die Erzeugenden 516a und 517a der inneren und äußeren Laufflächen 511a bzw. 51 ?a schneiden ei cn in einem Scheitelpunkt L2 auf der Drehachse A2 wiederum innerhalb des Winkelbereichs zwischen den Linien 516 und 517, aber auf der dem Scheitelpunkt L1 gegenüberliegenden Seite des Lagers. Die Bewegungsbahnen des Innen- und Außenrings 511 und 512 liegen demnach zwischen den Scheitelpunkten L1 und L2.

Während des Betriebs des Lagers unter Last wird der Bereich der Kegelrolle 513 links von deren Mittellinie M nn der inneren Lauffläche 511a durch diese beschleunigt. Bei der angegebenen relativen Bewegungsrichtung zwischen Innen- und Außenring 511, 512 wird die Kegelrolle 513 im Bereich rechts von der Mittellinie M an der inneren Lauffläche 511a vorzögert. Die Beschleunigung einerseits und die Verzögerung andererseits erzeugen ein Moment, welches mit Bezug auf Fig. 11 die Kegelrolle 513 entgegen dem Uhrzeigersinn schräg zu stellen bestrebt ist. An der äußeren Lauffläche 512a sind die Bereiche der Beschleunigung und der Verzögerung rechts und links der Mittellinie M umgekehrt wie am Innenring, so daß das daraus resultierende Koraent das Bestreben hat, die Kegelrolle 513 im Uhrzeigersinn schräg zu stellen. Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß das durch Reibung an der äußeren Lauffläche 512a erzeugte Moment über du3 Moment an der inneren Lauffläche 511a dominiert. Zu diesem Zweck ist ebenso wie bei den vorangehend beschriebenen Au3führungs— beispielen eine flache Einsenkung 512b im mittleren Bereich der äußeren Lauffläche 512a angebracht. Außerdem ist die innere Lauffläche 511a mit einem Paar seitlicher Einrenkungen 511c und 511d ausgebildet. Die Einsenkungen sind auch in diesem Fall aus Gründen der Darstellung stark übertrieben gezeichnet. Die innere Lauffläche 511a drückt gegen die Kegelrolle im Bereich.der Mittellinie M mit größerem Andruck als die äußere Lauffläche in demselben Bereich, und die letztere drückt gegen die Kegelrolle außerhalb der Mittellinie mit einem größeren Andruck als die gegenüberliegenden Bereiche der inneren Lauffläche. Als Ergebnis dieser Verhältnisse

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- tar -

stellt sich die Kegelrolle 513 gemäß !'¹Ig. 11 unter einem positiven Winkel β schräg. In dieser Lage entstel-f-a z"/ischen der Kegelrolle 513 und der äußeren Lauffläche f»1?a Reibungskräfte fs3 und fs4 sowie weiterhin zwischen der Kegelrolle und der inneren Lauffläche 511a Reibung-k räf te fs1 und fs2. Wenn die axialen Komponenten der rieibini^ikr^rte fs2 und fs4 so , wie in Fig. 10 eingezeichnet, ,;erichtet sind, d.h. entgegengesetzt zur Richtung der axialen Komponenten P2A und P1A der äußeren Kräfte P2 und Γ1, ergibt sich ein positiver Schrägstellungswinkel, bei dr-ni -lan Lag» r mit geringerer Gesamtreibung und längerer Lebensdauer lan:"·: als ein in gleicher Weise belastetes Lager mit negativem Schrägstellungswinkel der Kegelrollen.

Bei dem Lager 610 gemäß Fig. 12 und 13 wird die gewünscht«? Schrägstellung der Kegelrollen dadurch erreicht, daß das an der äußeren Lauffläche erzeugte Schrägstellungsmoment über das der inneren Lauffläche dominiert . In dieser Ausführung schneiden die Linien 616 und 617 gleicher Umfangsgeschwindigkeit die Lagerachse A1 im Scheitelpunkt L1. Die Erzeugenden 616a und 617a der inneren Lauffläche 611a bzw. der äußeren Lauffläche 612aschneiden sich in einem Scheitelpunkt L2, der im Winkelbereich zwischen den Linien 616 und 617 auf der Drehachse A2 der Kegelrolle 613 liegt. Oer Scheitelpunkt L2 befindet sich damit zwischen dem Scheitelpunkt L1 und den Lagerteilen 611, 612, im Gegensatz zur Ausführung nach Fig. 10 und 11, wo die Scheitelpunkte L1 und L2 auf gegenüberliegenden Seiten des Lagers 510 liegen. Gemäß Fig. 12 ist die innere Lauffläche 611a mit Einrenkungen 611c und 611d auf beiden Seiten der Mittellinie Ti" versehen, während die äußere Lauffläche 612a eine flache Einsenkung 612b im Bereich der I'ittellinie iff hat. Diese in der Zeichnung stark übertrieben dargestellten Einsenklingen bewirken, daß sich die Kegelrolle 613 gemäß Fig. 13 unter einem positiven Winkel fr schräg stellt, wenn die Lagerringe unter Last in der in Fig. 12 angegebenen Richtung umlaufen. V/ie bei den anderen Ausführungsbeispielen bewirken Reibungskräfte fs2 und fs4 axiale Gegenkräfte zu den axialen Komponenten P1A und P2A

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BAD ORIGINAL

-vr-

der äu/3eren Kräfte P1 und P2, d.h., es ergeben sich die Vorteile des positiven Schrägetellungsvinkels.

Die vorstehende Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung zeigt, daß durch die vorgeschlagenen T'nßtin.hmen zur Erzeugung von positiven Schrägstellungsv/inkeln Lager mit einem Minimum an Reibung und folglich maximaler Lebenndauer geschaffen werden können.

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Claims

Patentansprüche

©Kegelrollenlager, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitelpunkt (L?) dea Kegelwinkels der Kegelrollen unter einer äußeren Last, neben der Lagerachse (Λ1) ließt und die Laufflächen des Innen— und des Außenrings hinsichtlich dor Heibuug derart unterschiedlich ausgebildet sind, daß nich die Kegelrollen in derjenigen flichtung schräg zur Achsrichtung des Lagers stellen, in v/elcher die r<x:iulen Reibungskräfte an den Laufflächen der Ligerrin,~e den axialen Komponenten der äußeren Last entgegengerichtet sind.
2. Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Scheitelpunkt (L2) des Kegelwinkels einer Kegelrolle im lagerncitigen Winkelbereich zwischen den beiden Konstruktionulinien liegt, welche den Schnittpunkt (L1) zwischen der Kegelrollenachse (A2) und der Lagerachse (A1) mit den Mittelpunkten der Berührungslinien zwischen der Kegelrolle und den Laufflächen verbinden.
3. Kegelrollenlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche des Innenrings einen größeren Reibungskoeffizienten hat als die Lauffläche des Außenrings.
4. Kegelrollenlager nach Anspruch 2 oder 3_f dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffluche des Innenrings im mittleren axialen Bereich ringförmig etwas eingesenkt ist.

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ORIGINAL INSPECTED
5. Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 2 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche des Außenrings zu.beiden Seiten ihrer Mittellinie ringförmig etwas eingesenkt iet.
6. Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Scheitelpunkt des Kegelwinkels einer Kegelrolle außerhalb deo Win-

kelbereichs zwischen den beiden Konstruktionolinien liegt, welche den Schnittpunkt zwischen der Kegelrollen— achse und der Lagerachse mit den Mittelpunkten der Berührungslinien zwischen der Kegelrolle und den Laufflächen verbinden.
7. Kegelrollenlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Lauffläche des Außenrings einen größeren Reibungskoeffizienten hat als die Lauffläche des Innenrings.
8. Kegelrollenlager nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche des Außenrings im mittleren axialen Bereich ringförmig etwas eingesenkt ist·
9. Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennaeichaet» daß die Lauffläche des Innenrings zu beiden Seiten ihrer Mittellinie ringförmig etwas eingesenkt ist.
10. Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitelpunkt des Kegelwinkels der Kegelrollen wenigstens im Abstand von 0,005 mal den Mittleren Durchmesser der inneren Lauffläche neben der Lagerach3e liegt.

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11. Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden An» Sprüche, dadu. rch gekennzeichnet, daß einer der Lagerringe eine zylindrische Lauffläche hat.
12. Kegelrollenlager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring eine zylindrische Lauffläche mit einer mittleren .ringförmigen Einsenkung und der Innenring eine kegelige Lauffläche mit endseitigen ringförmigen Einsenkungen aufweist«
13. Kegelrollenlager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche des Außenrings einen größeren Reibungskoeffizienten hat als die Lauffläche des Innenrings.

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