DE4241014A1 - Axiallager - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Axiallager, bestehend aus zumindest zwei
Axiallagerscheiben, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen in einem
Käfig geführte Wälzkörper abrollen.
Bei innen- oder außengeführten Axiallagern besteht die Gefahr, daß
durch Reibung zwischen dem Käfig und einer diesem radial benachbarten
Käfiganlauffläche Verschleiß auftritt. So sind beispielsweise in der
DE-OS 33 30 586 zwei Axialwälzlager eines Kegelbrechers dargestellt,
die mit der inneren Umfangsfläche des Käfigs an einem Wellenteil
geführt sind. Werden nun derartig geführte Lager mit einer hohen Dreh
zahl betrieben, so ergeben sich für den Axialkäfig zu hohe Umfangsge
schwindigkeiten. Dementsprechend erhöht sich die Reibungsleistung und
es kann zu einem vorzeitigen Lagerausfall kommen.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß sich zwischen der Stirnseite
der Wälzkörper und deren Anlauffläche am Käfig nur ein punktförmiger
Kontakt ergibt. Dabei wird die Anlauffläche durch eine nach dem Auf
bohren der Taschen um den Käfig gelegte kreisförmige Bandage gebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen innen- oder außen
geführten Käfig eines Axialrollenlagers die Reibung zu verringern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an der äußeren
oder inneren Umfangsfläche eines Käfigs Gleitkissen angeordnet sind,
die mit einer der äußeren oder inneren Umfangsfläche gegenüberliegen
den Gleitfläche jeweils einen keilförmigen Spalt bilden, der mit
Schmiermittel gefüllt ist.
Durch diese radiale hydrodynamische Lagerung des Käfigs wird eine
entscheidende Verringerung der Reibleistung zwischen Käfig und dessen
radialer Anlauffläche mit ihren positiven Folgewirkungen erzielt. Der
erstrebte Zustand der Flüssigkeitsreibung, d. h. die Trennung der
Gleitflächen durch einen hydrodynamisch tragenden Schmierfilm setzt in
bekannter Weise eine Relativbewegung der Gleitflächen, eine keilförmi
ge Neigung der Gleitflächen zueinander und einen Schmierstoff, der
beide Gleitflächen benetzt und den Gleitraum ausfüllt, voraus. Die
dadurch bewirkte Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit, bedingt
durch die keilförmige Neigung der Gleitflächen zueinander, bewirkt im
Gleitraum eine Erhöhung des hydrodynamischen Druckes. Diese hydrodyna
mische Drucksteigerung ist nun in der Lage, eine Kraft aufzunehmen.
Diese Kraft ist dabei unter anderem direkt von der Viskosität des
Schmiermittels, von der Relativgeschwindigkeit der gleitenden Teile
zueinander und von der flächenhaften Ausdehnung des Schmierfilmes
abhängig. Im Gegensatz dazu ist diese Kraft indirekt von der Dicke des
Schmierfilmes an seiner schmalsten Stelle abhängig, d. h. je geringer
der Schmierfilm in seiner Dicke, desto größer ist die aufnehmende
Kraft.
Diese Abhängigkeit kann in vorteilhafter Weise bei einem exzentrischen
Lauf des Käfigs ausgenützt werden. Durch die Exzentrizität des Käfigs
wird an einer Stelle der keilförmige Schmierspalt verringert, so daß
dort eine dem Käfig entgegengerichtete Kraft entsteht, die diesen in
seine zentrische Lage zurückführt, d. h. bedingt durch die unter
schiedliche Spaltbreite ergibt sich für den Käfig eine selbstzentrie
rende Kraft. Je größer die Exzentrizität wird, desto größer wird auch
die selbstzentrierende Kraft.
Zweckmäßigerweise wird man die Gleitkissen an der äußeren Umfangs
fläche des Käfigs anordnen, da in diesem Fall die die Wälzkörper
aufnehmenden Taschen in vorteilhafter Weise radial von außen nach
innen gebohrt werden können.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche 2 bis 9 und werden im folgenden näher beschrieben.
Aus Anspruch 2 geht hervor, daß der äußere oder innere Umfang des
Käfigs als ein im Kreis einbeschriebenes Vieleck ausgebildet ist und
daß die Oberflächen der Gleitkissen in Richtung der gegenüberliegenden
Gleitfläche keilförmig ausgebildet sind und in Richtung der Wälzkörper
eine plane Kontur aufweisen.
Die Anzahl der Enden bzw. Kanten entspricht dabei der Anzahl der
Wälzkörper. Die Flächen des Vieleckes sind dabei senkrecht zur Achse
der Wälzkörper angeordnet. Durch diese Ausgestaltung des Käfigs und
der Gleitkissen wird ein flächenhafter Anlauf der Stirnseiten der
Wälzkörper erreicht.
Die keilförmige Ausbildung der Oberflächen der Gleitkissen kann dabei
nach Anspruch 3 in Form eines Pultdaches, d. h. die Oberfläche fällt
nur in eine Richtung ab oder in Form eins Satteldaches erfolgen, d. h.
die Oberfläche fällt in beide Richtungen ab. Die Ausbildung in Form
eines Satteldaches hat den Vorteil, daß dadurch eine hydrodynamische
Lagerung des Käfigs auch bei wechselnder Drehrichtung ermöglicht wird.
Aus Anspruch 4 geht hervor, daß die den Gleitkissen gegenüberliegenden
Gleitflächen rotationssymmetrisch ausgebildet sind.
Die keilförmigen und planen Oberflächen der Gleitkissen lassen sich
fertigungstechnisch in besonders vorteilhafter Weise herstellen und
erfordern eine rotationssymmetrische Ausbildung der gegenüberliegenden
Gleitfläche. Natürlich ist es in Umkehrung auch denkbar, die Ober
fläche der Gleitkissen in Richtung gegenüberliegender Gleitfläche
kreisbogenförmig und die zugehörige Gleitfläche keilförmig zu gestal
ten.
Nach Anspruch 5 ist vorgesehen, daß die Gleitkissen mit dem Käfig
kraft- oder formschlüssig verbunden sind. Beide alternative Verbin
dungsarten stehen gleichberechtigt nebeneinander. So ist es beispiels
weise nach Anspruch 6 möglich, daß die Gleitkissen mit dem Käfig durch
Schrauben verbunden sind, während nach Anspruch 7 Käfig und Gleitkis
sen durch formenschlußbildende Elemente, wie T-Nuten oder Schwalben
schwänze verbunden sind.
Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung nach Anspruch 8 sollen
die Gleitkissen aus Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen oder
Kunststoffen bestehen. Derartige Werkstoffe eignen sich aufgrund ihrer
guten Gleiteigenschaften insbesondere immer dann, wenn der Flüssig
keitsdruck wegen zu großer Belastung bzw. zu kleiner Gleitgeschwindig
keit nicht in der Lage ist, die Gleitflächen vollständig zu trennen,
so daß teilweise Festkörperreibung und teilweise Flüssigkeitsreibung
eintritt.
Schließlich geht aus Anspruch 9 hervor, daß die Ober- und Unterseiten
der Gleitkissen in axialer Richtung keilförmig ausgebildet sein kön
nen. In Verbindung mit zwei planen Axiallagerscheiben kann auf diese
Weise wiederum ein ölgefüllter, keilförmiger Spalt realisiert werden,
der den Käfig durch zusätzliche axiale Stützkräfte entlastet.
In Weiterbildung der Erfindung nach dem unabhängigen Anspruch 10 ist
es auch möglich, daß eine äußere oder innere Umfangsfläche des Käfigs
mit einer ihr gegenüberliegenden Gleitfläche jeweils einen mit einem
Schmiermittel gefüllten keilförmigen Spalt bildet, wobei der Spalt
durch Verlagerung des Mittelpunktes des Käfigs gegenüber dem Mittel
punkt der Gleitfläche gebildet ist.
Der auf diese Weise realisierte keilförmige Spalt erlaubt ebenfalls
eine radiale hydrodynamische Lagerung des Käfigs mit seinen bereits
beschriebenen Vorteilen. Hinzu kommt, daß bei dieser Lagervariante der
Käfig nicht mit Gleitkissen zu versehen werden braucht.
Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläu
tert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Axialkäfig in Draufsicht mit daran befestigten
Gleitkissen;
Fig. 2 eine vergrößerte Einzelheit aus Fig. 1, geschnitten
dargestellt;
Fig. 3 einen Axialkäfig in Draufsicht mit exzentrischer An
ordnung innerhalb der Gleitfläche.
In Fig. 1 ist ein außengeführter Axialkäfig 1 darstellt, der mit
Taschen 2 für die Aufnahme von Wälzkörpern 3 ausgestattet ist. Diese
Taschen 2 sind in radialer Richtung von außen durch eine Bohrung
gefertigt worden. In ihrer offenen Richtung sind diese Taschen 2 durch
mit dem Axialkäfig 1 an seiner äußeren Umfangsfläche 5 verbundene
Gleitkissen 4 verschlossen. Bei einem innengeführten Axialkäfig 1
werden die Gleitkissen 4 an der inneren Umfangsfläche 6 befestigt.
Wie aus der genannten Figur weiter erkennbar, ist im vorliegenden
Beispiel der äußere Umfang des Axialkäfigs 1 als ein Vieleck mit 31
Ecken bzw. Kanten und genauso vielen Wälzkörpern 3 ausgebildet. Der
Einfachheit halber ist in der genannten Figur die den Gleitkissen 4 in
radialer Richtung gegenüberliegende Gleitfläche 8 nicht dargestellt.
Aus der vergrößerten Einzelheit in Fig. 2 ist erkennbar, daß der
Schmierungsspalt 7 durch die keilförmige Ausbildung der Oberfläche des
Gleitkissens 4 und der gegenüberliegenden Gleitfläche 8 mit rotations
symmetrischer Kontur gebildet wird. Diese Gleitfläche 8 kann bei
spielsweise durch ein Gehäuse oder ein Wellenteil gebildet sein.
Die Gleitkissen 4 sind an dem Axialkäfig 1 kraftschlüssig durch Befe
stigungsschrauben 9 verankert.
Es ist ferner erkennbar, daß durch die Ausbildung der äußeren Umfangs
fläche 5 des Axialkäfigs 1 als Vieleck und der den Wälzkörpern 3
zugewandten Seite der Gleitkissen 4 als plane Kontur ein flächenmäßi
ger Anlauf der Stirnseiten der Wälzkörper 3 an den Gleitkissen 4
gegeben ist.
Unter der Voraussetzung, daß die in den Spalt 7 mitgenommene Schmier
flüssigkeit inkompressibel ist und seitlich nicht ausweichen kann, muß
deren Strömungsgeschwindigkeit an der schmalsten Stelle des Spaltes 7
in der Mitte der Gleitkissen 4 größer sein, als an den breiteren Stel
len des Spaltes 7 in Höhe der Befestigungsschrauben 9. Diese höhere
Strömungsgeschwindigkeit erzeugt nun, wie bereits beschrieben, eine
Erhöhung des hydrodynamischen Druckes im Spalt 7, die wiederum Voraus
setzung für das Entstehen einer Kraft ist.
Da die Oberflächen der Gleitkissen 4 keilförmig in Form eines Sattel
daches ausgebildet sind, d. h. nach beiden Richtungen abfallen, ist
eine hydrodynamische Lagerung des Axialkäfigs 1 bei beiden Drehrich
tungen möglich. Sowohl bei einer Drehbewegung des Axiallagers im
Uhrzeigersinn als auch im entgegengesetzten Uhrzeigersinn wird durch
die doppelkeilförmige Ausbildung des Spaltes 7 eine Erhöhung der
Strömungsgeschwindigkeit des Schmiermittels erreicht.
Nach Fig. 3 ist ein außengeführter Axialkäfig 10 dargestellt, der
über den gesamten Umfang verteilt in radialer Richtung mit Taschen 11
für die Aufnahme von Wälzkörpern 12 versehen ist. Aus Vereinfachungs
gründen wurden jedoch nur zwei Taschen mit Wälzkörpern dargestellt.
Dieser Axialkäfig 10 ist mit seinen Wälzkörpern 12 und nicht darge
stellten zugehörigen Axiallagerscheiben in einer kreisförmigen Auf
nahmebohrung 13 angeordnet, deren Wandung eine Gleitfläche 14 für eine
äußere Umfangsfläche 15 des Käfigs 10 bildet. Das Lager bzw. der Käfig
10 ist mit seinem Mittelpunkt 16 in der Aufnahmebohrung 13 gegenüber
deren Mittelpunkt 17 versetzt angeordnet, so daß bedingt durch die
Versetzung 18 zwischen der äußeren Umfangsfläche 15 des Käfigs 10 und
der gegenüberliegenden Gleitfläche 14 ein Spalt 19 gebildet wird.
Dieser Spalt 19, der ausgehend von seiner geringsten Dicke zunächst
bis zu seiner maximalen Dicke in radialer Richtung zunimmt und an
schließend wieder auf seinen ursprünglichen Ausgangswert abfällt, ist
mit Öl gefüllt und wird zur radialen hydrodynamischen Lagerung des
Käfigs 10 benutzt.
Um die keilförmige Ausbildung des Spaltes 19 besonders hervorzuheben,
wurde in Fig. 3 der Radius 20 der Aufnahmebohrung 13 wesentlich
größer als der Radius 21 des Käfigs 10 dargestellt. In der Realität
ist der Unterschied beider Radien jedoch nur geringfügig.
Bezugszeichen
1 Axialkäfig
2 Tasche
3 Wälzkörper
4 Gleitkissen
5 äußere Umfangsfläche
6 innere Umfangsfläche
7 Spalt
8 Gleitfläche
9 Befestigungsschraube
10 Axialkäfig
11 Tasche
12 Wälzkörper
13 Aufnahmebohrung
14 Gleitfläche
15 äußere Umfangsfläche
16 Mittelpunkt
17 Mittelpunkt
18 Versetzung
19 Spalt
20 Radius
21 Radius
22 innere Umfangsfläche
2 Tasche
3 Wälzkörper
4 Gleitkissen
5 äußere Umfangsfläche
6 innere Umfangsfläche
7 Spalt
8 Gleitfläche
9 Befestigungsschraube
10 Axialkäfig
11 Tasche
12 Wälzkörper
13 Aufnahmebohrung
14 Gleitfläche
15 äußere Umfangsfläche
16 Mittelpunkt
17 Mittelpunkt
18 Versetzung
19 Spalt
20 Radius
21 Radius
22 innere Umfangsfläche
Claims (10)
1. Axiallager, bestehend aus zumindest zwei Axiallagerscheiben, zwi
schen denen auf zugehörigen Laufbahnen in einem Käfig (1) geführte
Wälzkörper (3) abrollen, dadurch gekennzeichnet, daß an einer äußeren
(5) oder inneren Umfangsfläche (6) des Käfigs (1) Gleitkissen (4)
angeordnet sind, die mit einer der äußeren (5) oder inneren Umfangs
fläche (6) gegenüberliegenden Gleitfläche (8) jeweils einen keilförmi
gen Spalt (7) bilden, der mit Schmiermittel gefüllt ist.
2. Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere
oder innere Umfang des Käfigs (1) als ein im Kreis einbeschriebenes
Vieleck ausgebildet ist und daß die Oberflächen der Gleitkissen (4) in
Richtung der gegenüberliegenden Gleitfläche (8) keilförmig ausgebildet
sind und in Richtung der Wälzkörper (3) eine plane Kontur aufweisen.
3. Axiallager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Oberflächen der Gleitkissen (4) keilförmig in Form eines Pult- oder
eines Satteldaches ausgebildet sind.
4. Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den
Gleitkissen (4) gegenüberliegende Gleitfläche (8) rotationssymmetrisch
ausgebildet ist.
5. Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleit
kissen (4) mit dem Käfig (1) kraft- oder formschlüssig verbunden sind.
6. Axiallager nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gleitkissen (4) mit dem Käfig (1) durch Schrauben (9) verbunden sind.
7. Axiallager nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gleitkissen (4) mit dem Käfig (1) durch formenschlußbildende Elemente,
wie T-Nuten oder Schwalbenschwänze verbunden sind.
8. Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleit
kissen (4) aus Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen oder Kunst
stoffen bestehen.
9. Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober-
und Unterseiten der Gleitkissen (4) in axialer Richtung keilförmig
ausgebildet sind.
10. Axiallager, bestehend aus zumindest zwei Axiallagerscheiben,
zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen in einem Käfig (10) geführte
Wälzkörper (12) abrollen, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere (15)
oder innere Umfangsfläche (22) des Käfigs (10) mit einer ihr gegen
überliegenden Gleitfläche (14) jeweils einen mit einem Schmiermittel
gefüllten keilförmigen Spalt (19) bildet, wobei der Spalt (19) durch
Verlagerung des Mittelpunktes (16) des Käfigs (10) gegenüber dem
Mittelpunkt (17) der Gleitfläche (14) gebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4241014A DE4241014A1 (de) | 1992-12-05 | 1992-12-05 | Axiallager |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4241014A DE4241014A1 (de) | 1992-12-05 | 1992-12-05 | Axiallager |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4241014A1 true DE4241014A1 (de) | 1994-06-09 |
Family
ID=6474504
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4241014A Withdrawn DE4241014A1 (de) | 1992-12-05 | 1992-12-05 | Axiallager |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4241014A1 (de) |
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