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Dokumentenidentifikation DE3401767C2 26.08.1993
Titel Rollenlager
Anmelder Nippon Seiko K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Morinaga, Nozomu, Fujisawa, Kanagawa, JP
Vertreter Grünecker, A., Dipl.-Ing.; Kinkeldey, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Stockmair, W., Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Ae.E. Cal Tech; Schumann, K., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Jakob, P., Dipl.-Ing.; Bezold, G., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Meister, W., Dipl.-Ing.; Hilgers, H., Dipl.-Ing.; Meyer-Plath, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 19.01.1984
DE-Aktenzeichen 3401767
Offenlegungstag 26.07.1984
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.08.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.08.1993
IPC-Hauptklasse F16C 33/56
IPC-Nebenklasse F16C 33/48   F16C 23/08   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Radial-Pendelrollenlager, bei welchem die Stirnflächen der Querstege eines Käfigs mit Pendelrollen in Flächenberührung sind.

Zur Erläuterung des Standes der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, wird auf die Fig. 1 bis 3 der Zeichnungen bezug genommen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein zweireihiges Pendelrollenlager herkömmlicher Bauart;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Käfig von Fig. 1;

Fig. 3 den Schnitt nach der Linie X-X in der Fig. 2 in vergrößertem Maßstab.

Bei einem typischen Tonnenlager nach dem Stand der Technik, wie es in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, ist ein Paar von metallischen Käfigen 3 zwischen einem äußeren sowie einem inneren Laufring 1 bzw. 2 angeordnet. Jeder dieser Käfige 3 ist so ausgestaltet, daß ein innen im Lager liegendes ringförmiges Teil 4 (Innenring) und ein außen am Lager liegendes ringförmiges Teil 5 (Außenring) miteinander als ein Stück durch Querstege 6 verbunden sind. In der Ausnehmung oder Tasche 11 eines jeden Käfigs 3 ist eine Pendelrolle 12 angeordnet. Die Stirnflächen 13 der die Tasche 11 bildenden Querstege 6 haben konkav gekrümmte Flächen 18 mit axialen sowie radialen Bogen, die eine der Rollfläche 17 der Pendelrolle 12 entsprechende Krümmung in dem weiter nach innen liegenden Bereich des Lagers haben. Die Ebene 16 liegt senkrecht zu einer Ebene 15, welche die Achse des Lagers sowie die Achse 14 der Pendelrolle enthält, und sie enthält selbst die Achse 14 der Pendelrolle 12. Die weiter außen von dieser Ebene 16 liegenden Stirnflächen 13 der Querstege 6 weisen eine halbzylindrische Fläche 19 auf.

Demzufolge ist zwischen der halbzylindrischen Fläche 19 und der Pendelrolle 12 keine Flächenberührung sondern nur eine Linienberührung gegeben, weshalb der Berührungsbereich zwischen der Stirnfläche 13 des Steges 6 und der Pendelrolle 12 gering, der Berührungsflächendruck zwischen diesen Teilen 13 sowie 12 aber hoch ist, so daß an den Querstegen 6 ein hoher Abrieb auftritt. Wenn die Käfige 3 auf Grund der Schwerkraft mit dem inneren Laufring 2 in Berührung kommen, d. h., daß dann, wenn die gezeigten Käfige 3 sich mit Bezug zur Rolle 12 abwärts (in Fig. 3) bewegen, der Umfangsspalt zwischen der Rolle 12 sowie der Stirnfläche 13 des Steges 6 groß und die Rolle 12 für eine Neigung empfänglich wird, womit leicht eine Schräglage der Rolle 12 auftreten kann. Da der Abstand A zwischen der Außenumfangsfläche 21 eines Steges 6 und der Außenumfangsfläche 21 des benachbarten Steges 6 größer ist als der Durchmesser des entsprechenden Teils der Pendelrolle 12, ist auch die Breitenabmessung der Außenumfangsfläche 21 des Steges 6 in Umfangsrichtung gering und damit ist die Steifigkeit der Querstege 6 nur schwach. Ferner fällt die in der Tasche 11 angeordnete Pendelrolle 12 durch die zylindrische Fläche 19 während des Zusammenbaus des Lagers aus der Tasche 11 heraus, weshalb der Zusammenbau des Lagers schwierig wird und auch eine Automatisierung für den Zusammenbau des Lagers Probleme aufwirft.

Ein zweireihiges Radial-Pendelrollenlager, welches im wesentlichen die Merkmale des ersten Absatzes des Anspruches 1 aufweist, ist mit der DE 29 06 210 A1 bekannt geworden. Dieses bekannte Radial-Pendelrollenlager weist einen äußeren Laufring, einen inneren Laufring und zwei einteilige Kunstharzkäfige auf, die mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten Querstegen versehen sind. Diese Querstege haben eine den Rollen zugewandte ebene Fläche, sowie in ihrem oberen und unteren Bereich parallel zur Rollenlängsachse verlaufende Vorsprünge, um die Rollen in dem Käfig zu halten.

Die US-PS 42 22 620 zeigt ein einreihiges Zylinderrollenlager mit einem einstückig gefertigten Kunststoffkäfig. Die Taschen der Käfige sind in radialer Richtung an die Form der Zylinderrollen angepaßt.

Die US-PS 39 12 346 beschreibt ein zweireihiges, selbstausrichtendes Pendelrollenlager, bei welchem ein Blechkäfig vorgesehen ist, der in seiner Kontur der Rolle angepaßt ist.

Das DE 18 62 601 U1 zeigt ebenfalls ein einrolliges Zylinderrollenlager, bei welchem ein Käfig verwendet wird, der sowohl aus Blech als auch aus Kunststoff besteht. Der Kunststoffteil ist, wie beim vorstehend zitierten US-Patent, der Umfangsform der Rollen angepaßt.

Das DE 70 34 682 U1 zeigt ebenfalls ein Zylinderrollenlager, bei welchem ein Zweistoff-Taschenkäfig verwendet wird, in welchem die Rollen mittels Klammern aus Kunststoff geführt sind.

Die DE 24 47 908 A1 beschreibt ein einrolliges Wälzlager, bei dem der Käfig so gestaltet ist, daß die Rollen in Schrägstellung mit positivem Schränkwinkel gehalten sind.

Das DE 19 14 884 U1 offenbart ein einrolliges Wälzlager, bei dem ein Kunststoffkäfig verwendet wird, der aus zwei kammkäfigartigen Hälften zusammengesetzt ist. Der Kunststoffkäfig ist so ausgebildet, daß das Lager dadurch gleichzeitig abgedichtet wird.

Das DE-Patent I 7746 XII/47b beschreibt ein Nadellager mit Massivfensterkäfigen, welche aus Metall oder Kunststoff bestehen. In den Querstegen sind Aussparungen vorgesehen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Radial-Pendelrollenlager zu schaffen, welches einen Kunststoffkäfig mit großer Steifigkeit aufweist, dessen Abriebfestigkeit hoch ist und der dennoch so gestaltet ist, daß das Lager auf einfache Weise zusammengebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst.

Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen erläutert. In diesen zeigt

Fig. 4 einen Querschnitt eines Lagers in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Käfig des Lagers von Fig. 4;

Fig. 6 den Schnitt nach der Linie V-V in der Fig. 5 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 7 den Schnitt nach der Linie W-W in der Fig. 5 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 8 den Schnitt nach der Linie X-X in der Fig. 5 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 9 den Vorgang der Herausnahme einer in einer Käfigtasche bei der achten Ausführungsform befindlichen Metallform;

Fig. 10 bis 12 Querschnitte von Lagern in weiteren Ausführungsformen gemäß der Erfindung.

Die Fig. 4 bis 8 zeigen eine erste Ausführungsform eines zweireihigen Pendelrollenlagers gemäß der Erfindung. Der äußere Laufring 31 hat eine sphärische äußere Laufbahn 32, der innere Laufring 33 weist zwei axial zueinander beabstandete innere Laufbahnen 34 auf. Zwei Käfige 41 aus Kunstharz sind zwischen dem äußeren und inneren Laufring 31 bzw. 33 angeordnet, und diese beiden Käfige 41 sind mit Bezug zu einer die Achse des Lagers durchsetzenden sowie dazu rechtwinkligen Ebene plansymmetrisch. Jeder der Käfige 41 ist so ausgebildet, daß er, wie Fig. 5 zeigt, zwei axial beabstandete ringförmige Teile (Innenring und Außenring) 42 und 43 hat, die durch eine Vielzahl von in Umfangsrichtung gleich beabstandeten Querstegen 44 verbunden sind. Der Außen- sowie Innenring und die Querstege sind einstückig miteinander ausgebildet. Eine tonnenförmige Rolle 47 ist in einer von zwei benachbarten Querstegen 44 sowie dem Innen- und Außenring 42 bzw. 43 umschlossenen Tasche oder Ausnehmung 45 angeordnet. Die Stirnflächen 51 der Querstege 44 haben konkav gekrümmte Flächen 57 und 58, deren Krümmung mit einem der Rollfläche 55 entsprechenden Bogen radial und axial zum Lager in einem inneren sowie äußeren Bereich des Lagers mit Bezug zu einer Ebene 54 verläuft. Die die Achse der Rolle einschließende Ebene 54 ist rechtwinklig zu einer Ebene 53 angeordnet, welche die Achse des Lagers und die Achse der Rolle enthält. Die Stirnflächen 51 der Querstege sind mit der Rolle 47 in Flächenberührung, weshalb der Berührungsbereich zwischen den Stirnflächen 51 und der Rolle 47 groß und der Berührungsflächendruck der Stirnflächen 51 sowie der Rolle 47 klein sind, so daß an den Querstegen ein nur geringer Abrieb auftritt.

Sowohl der Abstand B zwischen den Außenumfangsflächen von zwei einander benachbarten Querstegen wie auch der Abstand C zwischen den Innenumfangsflächen von zwei benachbarten Querstegen ist kürzer als der Durchmesser der Rollen 47 in deren einander gegenüberliegenden Teilen. Demzufolge sind die Breitenabmessung der Außenumfangsfläche 61 des Steges 44 in Umfangsrichtung und die Breitenabmessung der Innenumfangsfläche 62 des Steges 44 in Umfangsrichtung groß, weshalb die Steifigkeit der Querstege stark ist und ferner die Rollen 47 an einem Herausfallen aus der Tasche 45 gehindert sind, was den Zusammenbau des Lagers leicht macht.

Wie die Fig. 5 und 7 zeigen, sind in radialer Richtung des Lagers verlaufende Nuten 65 mit einem gekrümmten Querschnitt im in Umfangsrichtung äußeren Teil des Lagers im Grenzbereich zwischen den Stirnflächen 51 der Querstege 44 und dem Innen- sowie Außenring 42 bzw. 43 vorgesehen. Diese radial verlaufenden Nuten mindern die auf die genannten Grenzbereiche einwirkende Spannungskonzentration, so daß dadurch eine Zerstörung der Käfige und eine Störung oder Beeinträchtigung in der Gestalt der Stirnflächen 51 der Querstege während des Spritzgießens der Käfige 41, während des Einsetzens der Rollen 47 in die Taschen 45 und während des Arbeitens des Lagers verhindert werden.

In den in Umfangsrichtung mittleren Teilen der Außenumfangsflächen 61 der Querstege 44 sind axial verlaufende Nuten 67 vorgesehen, die die in Umfangsrichtung einander gegenüberliegenden Kanten der Außenumfangsflächen 61 in leichter Weise federnd oder nachgiebig während des Spritzens der Käfige 41 sowie während des Einsetzens einer Rolle 47 in eine Tasche 45 verformen lassen, wodurch diese Nuten 67 dahingehend wirksam sind, eine Störung in der Gestalt der Stirnflächen 51 der Querstege 44 sowie eine Zerstörung der Käfige 41 zu verhindern.

Radial zum Lager verlaufende nutenartige Ausnehmungen 71 sind in den axial mittleren Teilen der Stirnflächen 51 der Querstege 44 ausgestaltet, in denen ein Schmiermittel, z. B. Fett, zurückgehalten wird. Dieses Schmiermittel gelangt aus den Nuten 71 in die Tasche 45, womit das Schmiervermögen im Lager verbessert wird. Selbst wenn der Krümmungsradius der axialen Bogen der Stirnflächen 51 größer wird als der Krümmungsradius der axialen Bogen der Rollfläche 55 der Rollen 47, z. B. auf Grund von Bearbeitungsgenauigkeit, Verformung usw. der Käfige, so berühren die Rollen 47 zwei oder mehr axiale Abschnitte dieser Stirnflächen, so daß die Rollen in stabiler Weise gegen die Stirnflächen 51 abgestützt werden. Die erwähnten Ausnehmungen oder Nuten 71 vermindern die Kraft, die auf die Grenzbereiche zwischen den Stirnflächen 51 und dem Innen- sowie Außenring 42 bzw. 43 während des Spritzens der Käfige 41 und während des Einsetzens der Rollen 47 in die Taschen 45 zur Wirkung kommt.

Die axial innen im Lager liegende Seitenfläche 73 des Innenumfangsteils 75, das am Außenring 43 weiter innen ist als die Innenumfangsfläche 62 des Quersteges, ist eine ebene Fläche, die senkrecht zur Achse des Lagers angeordnet ist. Der Freiraum zwischen diesem Innenumfangsteil 75 und den Rollen 47 ist größer als der Freiraum zwischen dem Außenumfangsteil 78 und den Rollen 47. Demzufolge hat das Innenumfangsteil 75 durch die während des Spritzens der Käfige 41 erzeugte Verformung, durch die aus der Zentrifugalkraft während des Arbeitens des Lagers resultierende Verformung und durch die im Betrieb des Lagers durch Temperaturanstieg erzeugte Verformung eine Tendenz zum Einwärtskrümmen, jedoch hält das Innenumfangsteil 75 nicht die Stirnflächen der Rollen 47 bei in Betrieb befindlichem Lager fest. Ein Schmiermittel, z. B. Fett, wird in dem Freiraum zwischen dem Innenumfangsteil 75 des Außenringes 43 und den Rollen 47 zurückgehalten, und dieses Schmiermittel tritt aus dem erwähnten Freiraum in die Tasche 45 aus, wodurch durch ein Schmierfilmabreißen an der Kante des Grenzbereichs zwischen den Stirnflächen der Rollen 47, die nach außen gerichtet sind, und den Rollflächen 55 unterbunden wird. Die im Lager axial außen liegende Innenumfangsfläche des Außenringes 43 ist als Käfig-Führungsfläche 81 ausgebildet, die von der Führungsfläche für den Käfig am inneren Laufring 33 geführt wird.

Die Käfige 41 können aus Kunstharz in einem Spritzgießvorgang gefertigt werden, und zwar insbesondere durch ein radial auswärts gerichtetes Herausnehmen einer in der Tasche 45 befindlichen Metallform 82, wie Fig. 9 zeigt. In diesem Fall werden die in Umfangsrichtung einander entgegengesetzten Kanten der Außenumfangsflächen 61 der Querstege 44 leicht federnd verformt, wie auch diese einander entgegengesetzten Kanten während des Einsetzens der Rollen 47 in die Tasche etwas federnd verformt werden.

Zwischen den beiden inneren Laufbahnen 34 ist eine am inneren Laufring 33 angebrachte Pendel-Führungsbahn 86 angeordnet, die vom inneren Laufring 33 geführt wird und selbst die axial innenliegenden Stirnflächen der Rollen 47 sowie die Käfige 41 führt.

Bei der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform bilden die Außenumfangsfläche des Außenringes 43 und eine Dichtfläche 92 am äußeren Laufring 31 zusammen ein berührendes oder nicht-berührendes Dichtungsteil. Ferner bilden die Käfig-Führungsfläche 81 und die den Käfig führende Fläche am inneren Laufring 33 zusammen ein Dichtungsteil, wodurch also das im Lager befindliche Schmiermittel hermetisch abgeschlossen wird. Damit stellt diese Ausführungsform ein Lager dar, dessen Breite nicht groß ist, das eine geringe Anzahl von Teilen aufweist, das kostengünstig zu fertigen ist und eine Abdichtwirkung bietet. Des weiteren ist diese Ausführungsform ein Standard-Pendelrollenlager von internationaler Austauschbarkeit mit Abdichtvermögen, dessen Innen- sowie Außendurchmesser und Breite unveränderbar sind.

Die Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Außenumfangsfläche des Außenringes 43 des Käfigs 41 als Käfig-Führungsflächen 81 dienen, die an der zugeordneten Führungsfläche des äußeren Laufringes 31 geführt werden. Zwischen den zwei Reihen von Rollen 47 ist eine am äußeren Laufring 31 angebrachte Pendel-Führungsbahn 86 angeordnet, die vom äußeren Laufring 31 geführt wird und selbst die innenliegenden Stirnflächen der Rollen 47 sowie den Käfig 41 führt.

Bei der in Fig. 12 gezeigten Ausführungsform stellen die Außenumfangsflächen der innen im Lager liegenden Käfig-Innenrings Käfig-Führungsflächen 92&min; dar, die von der zugeordneten Führungsfläche am äußeren Laufring 31 geführt werden.

Wie erläutert wurde, sind bei den Pendel-Rollenlagern in den Grenzbereichen zwischen den Quersteg-Stirnflächen, die die Tasche bilden, und Innen- bzw. Außenring radial verlaufende Nuten vorgesehen, und das bringt die Wirkung, daß die auf diese Grenzbereiche einwirkende Spannungskonzentration vermindert wird sowie eine Zerstörung der Käfige und eine Störung oder Verschlechterung in der Ausgestaltung der Quersteg-Stirnflächen verhindert werden kann.


Anspruch[de]
  1. 1. Zweireihiges Radial-Pendelrollenlager mit einem äußeren Laufring, einem inneren Laufring und zwei einteiligen Kunstharzkäfigen, die jeweils aus einem Käfigaußenring sowie einem zu diesem axial beabstandeten Käfiginnenring bestehen, die miteinander durch eine Vielzahl von in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten Querstegen verbunden sind, wobei in den von zwei benachbarten Querstegen sowie dem Käfigaußen- und dem Käfiginnenring umschlossenen Taschen tonnenförmige Rollen angeordnet sind, die durch Haltemittel in den Taschen gehalten sind, wobei die die Taschen (45) begrenzenden Stirnflächen (51) der Querstege (44) konkav gekrümmte Flächen (57, 58) aufweisen, deren Krümmung mit einem der Rollfläche (55) der Rolle (47) entsprechenden Bogen radial und axial zum Lager in einem inneren sowie äußeren Bereich des Lagers mit Bezug zu einer ersten Ebene (54) verläuft,

    wobei diese erste Ebene (54) die Achse der tonnenförmigen Rolle (47) einschließt und rechtwinklig zu einer zweiten Ebene (53) angeordnet ist, welche die Achse des Lagers und die Achse der Rolle enthält,

    wobei in diesen Taschen in radialer Richtung des Lagers verlaufenden Nuten (65) im Grenzbereich zwischen den Stirnflächen (51) der Querstege (44) und dem Innen- sowie Außenring (42, 43) vorgesehen sind,

    wobei die radial äußere Umfangsfläche und/oder die radial innere Umfangsfläche von jedem dieser Querstege (44) des Käfigs eine sich axial erstreckende Nut (67) aufweist, und

    wobei die Haltemittel dadurch gebildet sind, daß der Abstand (B) zwischen den radial außen liegenden Umfangsflächen (61) von zwei einander benachbarten Querstegen (44) kleiner ist, als der Durchmesser der Rolle (47) und der Abstand (C) zwischen den radial innen liegenden Umfangsflächen (62) von zwei einander benachbarten Querstegen (44) kleiner ist als der Durchmesser der Rolle (47).
  2. 2. Radial-Pendelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiraum (76) zwischen dem Innenumfangsteil (75) des Käfig-Außenringes (43) und den Rollen (47) größer ist als der Freiraum (79) zwischen dem Außenumfangsteil (78) des Käfig-Außenringes (43) und den Rollen (47).
  3. 3. Radial-Pendelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenumfangsfläche des Käfig-Außenringes (43) und eine am äußeren Laufring (31) vorgesehene Dichtungsfläche (92) zusammen ein Dichtungsteil bilden.
  4. 4. Radial-Pendelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Spalten zwischen den Käfigen (41) und den Laufringen (33, 31) größer sind als der radiale Spalt zwischen der Stirnfläche (51) eines jeden Quersteges (44) und den Rollen (47).






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