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Dokumentenidentifikation DE4440260A1 15.05.1996
Titel Kegelrollenlager
Anmelder FAG Kugelfischer Georg Schäfer AG, 97421 Schweinfurt, DE
Erfinder Grehn, Martin, 97456 Dittelbrunn, DE;
Kronenberger, Alban, 97532 Üchtelhausen, DE
DE-Anmeldedatum 11.11.1994
DE-Aktenzeichen 4440260
Offenlegungstag 15.05.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.1996
IPC-Hauptklasse F16C 33/36
Zusammenfassung Um bei Kegelrollenlagern mit Laufbahnen und/oder Rollkörpern, die profiliert sind, hinsichtlich des Laufverhaltens und des Verschleißes eine Verbesserung zu erzielen und die Rollenverkippung und die Schnittpunktabweichung zu verringern, wird vorgeschlagen, daß die resultierenden Kräfte aus den Trageellipsen aus der Rollen-/Laufbahnmitte so versetzt sind, daß sich die Kraftlinien Außenring/Kegelrolle, Innenring/Kegelrolle und Bordkraft in einem Punkt (P) schneiden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kegelrollenlager werden zur Vermeidung von Kantenspannungen im Linienkontakt an Laufbahnen und/oder Rollen profiliert. Bekannte Profilformen sind z. B. logarithmisch oder kreisballig ausgeführt und üblicherweise symmetrisch, d. h. ihre Mittelsenkrechten liegen mittig zur Rollenmantellinie bzw. zur Laufbahnbreite der Ringe (siehe Aufsatz von Dr. Ing. Thomas Lösche "Leistungssteigerung durch modifizierte Linienberührung bei Zylinderrollenlagern und Kegelrollenlagern" in Wälzlagertechnik 1987-1, Seite 4-9).

Betrachtet man das Kräftegleichgewicht an der Kegelrolle, dann bewirken die symmetrischen Profilierungen eine asymmetrische Lastverteilung (Linienbelastung über die Länge der Laufbahnberührung). Die Lastverteilung wird sich so einstellen, daß das Momentengleichgewicht um die Querachse der Rolle erfüllt ist. Die asymmetrische Lastverteilung führt zu einer ebenso asymmetrischen elastischen Verformung der Kontaktstelle von Rollenmantel und Laufbahn. Die Folge ist eine Verkippung der Rolle und damit eine große Schnittpunktabweichung der Rollenachse zur Lagermittellinie. Eine Schnittpunktabweichung verschlechtert die Abrollverhältnisse und führt zu Zwangskräften Zwar ist es aus der US PS 4,065,191 bekannt, durch Schnittpunktabweichung Reibkräfte gezielt zu erzeugen, um eine Rollenschränkung zu erreichen, die Beanspruchungen in den Kontaktstellen d. h. die dadurch entstehenden Zwangskräfte werden dabei aber nicht berücksichtigt.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Kegelrollenlager der eingangs genannten Art hinsichtlich des Laufverhaltens und des Verschleißes zu verbessern und die Rollenverkippung und die Schnittpunktabweichung zu verringern oder zu vermeiden.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben.

Durch die Verschiebung der Mittelsenkrechten des Laufbahnprofils (kleine Achse der Belastungsellipse) in Richtung auf den großen Bord, so daß sie sich in einem Punkt mit der Bordnormalkraft und der zweiten resultierenden Laufbahnkraft schneidet, wird die Rollenverkippung vermieden. Die Schnittpunktabweichung, die von der elastischen Verformung und damit von der Lagerbelastung abhängt, wird auf ein Minimum beschränkt. Damit kann also die Reibung im Lager minimiert werden oder eine gezielte Reibung des Lagers erreicht werden.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.

Fig. 1 zeigt schematisch die an einer Kegelrolle auftretenden Kräfte und Momente wenn die Rolle sich in Neutrallage bzw. unter Belastung befindet bei einem herkömmlichen (symmetrischen) Laufbahnprofil.

Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Profil mit geradem Mittelteil und die Kraftverhältnisse an der Kegelrolle.

Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Profil mit kontinuierlicher Krümmung und die Kraftverhältnisse an der Kegelrolle.

Fig. 4 zeigt näherungsweise den Zusammenhang für die Verschiebung und deren Geometrie an dem Rollkörper.

In Fig. 1 ist die Kegelrolle mit 1 bezeichnet. Die Laufbahn 2 ist als symmetrisches Profil ausgeführt. An der Kegelrolle 1 greift die Lastkomponente des Außenrings FFAR in der Rollenmitte an. Die Reaktionskraft des Bordes ist mit FB bezeichnet. Die ebenfalls in der Rollen-/Laufbahnmitte wirkende Kraftkomponente des Innenrings trägt die Bezeichnung FJR. Durch den unterschiedlichen Schnittpunkt der Wirkungslinien ergibt sich ein Hebelarm a, der ein Kippmoment MGL auf die Polle ausübt und sie aus ihrer Neutrallage in die gestrichelt gezeichnete Lage (Rolle unter Belastung) verkippt. Die Rollenmittelachse verlagert sich dadurch ebenfalls. Der Schnittpunkt der Rollenmantellinien S verlagert sich zur neuen Position S&min;, die im Abstand zur Wellenachse liegt. Diese Schnittpunktabweichung S-S&min; führt zu Laufstörungen und in der Folge zu Zwangskräften.

Wie in Fig. 2 und Fig. 3 zu sehen ist, wird durch das erfindungsgemäße Verschieben (Verlagern) der kleinen Mittelachse der Trageellipse zum großen Bord hin (um den Wert a) erreicht, daß sich die Kraftwirkungslinien wieder in einem Punkt P schneiden. Damit tritt kein Kippmoment mehr auf und die Schnittpunktabweichung mit Welle verschwindet. Das Laufverhalten ist ungestört. Besonders bei steilwinkeligen Kegelrollenlagern ist dies von Vorteil, da die inneren Zwangskräfte durch die asymmetrische Lage der Laufbahnprofilierung verringert werden.

Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, ergibt sich für die Verschiebung näherungsweise folgender Zusammenhang: a ≈0,8 * dw * sin δ/2. Sie ist also abhängig vom mittleren Durchmesser des Rollkörpers und dessen Kegelwinkel. Der Faktor 0,8 berücksichtigt übliche Abstände (h) der resultierenden Bordkraft FB von der Rollenmantellinie.

Aus fertigungstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, die Profilierung am Innenring vorzunehmen.


Anspruch[de]
  1. 1. Kegelrollenlager mit Laufbahnen und/oder Rollkörpern die profiliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierenden Kräfte aus den Trageellipsen aus der Rollen-/Laufbahnmitte so versetzt sind, daß sich die Kraftlinien Außenring/Kegelrolle (FAR), Innenring/Kegelrolle (FJR) und Bordkraft (FB) in einem Punkt (P) schneiden.
  2. 2. Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei kontinuierlich gekrümmtem Profil das Profilmaximum nicht in der Laufbahn-/Rollenmitte liegt sondern zu einem Bord hin verschoben ist.
  3. 3. Kegelrollenlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei kontinuierlich gekrümmtem Profil das Profilmaximum nicht in der Laufbahn-/Rollenmitte liegt sondern bei Profilierung am Innenring zum großen Bord hin verschoben ist.
  4. 4. Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Profil mit geradem Mittelteil dieses (die Mittelsenkrechte) außerhalb der Rollen-/Laufbahnmitte zu einem Bord hin verschoben ist.
  5. 5. Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung etwa 15% beträgt.
  6. 6. Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung am Innenring zum großen Bord hin etwa 0,8*dw*sin δ/2 beträgt, wobei dw den mittleren Rollkörperdurchmesser und δ dessen Kegelwinkel bezeichnet.
  7. 7. Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung nur an der Innenringlaufbahn angeordnet ist.






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