DE1450057C3 - Für ein Spannungswellengetriebe bestimmtes, um seinen Umfang herum ausbiegbares Kugellager - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugellager nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei den üblichen Kugellagern sind die Rollkörper oder Lagerkugeln, wenn sie sich innerhalb der kreisförmigen Laufrillen der sich gegeneinander drehenden inneren und äußeren festen Lagerringe bewegen, normalerweise in regelmäßigem Abstand voneinander durch einen kreisförmigen Kugelkäfig getrennt. Der Kugelkäfig ist normalerweise an einem der Lagerringe gesichert, kann aber aber auch auf den Lagerkugeln selbst geführt sein und ist am Umfang mit im Abstand voneinander liegenden Taschen zur Aufnahme und zum Führen der entsprechenden Lagerkugeln in den Laufrillen versehen. Demgemäß verlaufen die Wände der Taschen radial und zylindrisch, können aber auch teilweise den Wölbungen der Lagerkugeln entsprechend ausgebildet sein, so daß sie, wenn sich die Lagerkugeln auf ihrer Kreisbahn bewegen, den Kugelkäfig teilweise stützen. Derartige Kugellager, die bei normaler Verwendung zufriedenstellend arbeiten, führen jedoch oft zu Schwierigkeiten, wenn sie beispielsweise zur Lagerung einer radial verformbaren Welle verwendet werden, die eine mechanische Hebelwirkung zwischen gleichmittig angeordneten Teilen verursacht (Spannungswellengetriebe), so daß die Lagerkugeln eine nicht kreisrunde Bahn durchlaufen. Bei Bewegung auf einer solchen Bahn können die Lagerkugeln nachteilige plötzliche starke Reibungsschwankungen verursachen, die durch eine ungenügende Bewegungsfreiheit der Lagerkugeln im Belastungsbereich hervorgerufen werden, so daß ein Verklemmen des Kugelkäfigs, insbesondere unter kritischen Betriebsbedingungen, wie im Vakuum des Weltraumes, auftritt. Die bekannten Kugelkäfige können daher ein sehr hohes Reibungsdrehmoment bewirken, das zu einer ungewöhnlich starken Abnutzung und zu unerwünscht ungleichmäßigem Betrieb führt.

Aus der US-PS 30 01840 ist bereits ein mit der Erfindung gattungsgleiches Kugellager bekannt. Der dortige Kugelkäfig ist jedoch auf der elliptischen Bahn des Spannungserzeugers geführt, so daß er im Betrieb ϊ Verformungen unterliegt, was den Lauf des Lagers hemmen, und den Verschleiß erhöhen kann. Über die Form der Käfigtaschen ist kein Hinweis zu entnehmen.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, ein

Kugellager anzugeben, das hemmungsarm und ohne

Ό großen Verschleiß Taumelbewegungen des auf dem einen Lagerring montierten Maschinenteils gegenüber dem anderen Lagerring erlaubt.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

<5 Es ist zwar aus der US-PS 17 06 180 ein Untersetzungsgetriebe bekannt, bei dem Kugeln in Taschen eines Käfigs aufgenommen sind. Dabei handelt es sich jedoch nicht um ein Kugellager mit einem Käfig mit reiner Führungs- und Haltefunktion, sondern der Käfig ist wie die Kugeln und Laufbahnen Kraftübertragungsteil, bei dem es deshalb nicht darum gehen kann, etwa durch Verjüngungen den Käfig von den Kugeln frei zu halten, was auch nicht beschrieben ist.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das Kugellager so ausgebildet sein, daß die axialen Wände der Taschen einen Winkel von 20° bis 40° bilden. Ferner kann das Kugellager einen festen inneren Lagerring und einen verformbaren äußeren Lagerring haben, die Laufrillen zum Halten der Lagerkugeln in ihren Taschen zwischen den Lagerringen aufweisen.

Schließlich können die Taschen radial nach außen verjüngt sein, falls das auf dem inneren Lagerring befindliche Maschinenteil die Taumelbewegungen durchführen soll.

^J5 Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Teilansicht eines Ausführungsbeispiels des Kugellagers gemäß der Erfindung in einem Spannungswellengetriebe mit einem inneren elliptischen Spannungswellenerzeuger,

F i g. 2 eine Teilansicht im vergrößerten Maßstab der Betriebslagen einer Lagerkugel entsprechend Fig. 1 in ihrer Tasche und die Bahn des Lagerkugelmittelpunkts, Fig.3 eine Viertelkreisansicht des in Fig. 1 gezeigten Kugelkäfigs mit sich radial nach innen verjüngenden Taschen,

F i g. 4 ähnlich F i g. 3 einen Teil eines Kugelkäfigs mit sich radial nach außen verjüngenden Taschen, beispielsweise für einen außen angebrachten Spannungswellenerzeuger,

Fig. 5 einen Teilschnitt entlang der Linie V-V der Fig. 1 mit der Zweipunktführung des Kugelkäfigs auf der Hauptachse,

Fig.6 einen Teilschnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 1 mit einer zusätzlichen Zweipunktführung des Kugelkäfigs auf der Nebenachse und

Fig. 7 eine Kreisansicht eines Kugelkäfigteils gemäß F i g. 3 und 4.

Fi g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Kugellagers gemäß der Erfindung, das hier in einem Spannungswellengetriebe mit einem inneren Spannungswellenerzeuger 8 verwendet wird. Der Spannungswellenerzeuger 8 ist elliptisch und gleichmittig mit dem Kugellager, wobei

^h5 seine Hauptachse senkrecht entlang der Linie V-V und seine Nebenachse waagerecht entlang der Linie VI-VI der F i g. 1 verläuft. Das Kugellager hat einen runden Kugelkäfig 10 (Fig. 1, 2, 3, 5 und 6) aus vorzugsweise

ziemlich festem Material, z. B. aus thermoplastischer Masse. Es ist auch möglich, Lamellen zu verwenden. Der Kugelkäfig 10 hat an voneinander getrennten Umfangsstellen gerade Wände, die ähnlich ausgebildete Taschen mit axial offenem Ende zum Aufnehmen von radial 5 verschiebbaren Lagerkugeln 12 begrenzen. Die axialen, mit den Lagerkugeln 12 in Eingriff tretenden Taschen 14 des Kugelkäfigs 10 sind radial und trapezförmig in Richtung des Krümmungsmittelpunktes ausgebildet, d. h. hier in Richtung des Spannungswellenerzeugers 8. Der von den beiden Wänden einer Tasche 14 eingeschlossene spitze Winkel <x (Fig. 3 oder 4) ist Veränderungen unterworfen, die von dem Verhältnis der Kraftübertragung und der Präzession (Vorlauf) der unterzubringenden Lagerkugeln 12 abhängen, liegt aber gewöhnlich zwischen 20° und 40° (30° ist zufriedenstellend) und vermindert sich in einem geschlossenen oder ringförmigen verbindenden Teil 16 (F i g. 5 bis 7) auf 0°. In einigen Fällen kann der eingeschlossene Winkel weitgehendst 0° betragen, d. h. die Taschen 14 können im wesentlichen parallel oder zylindrisch sein, und eine Verminderung des Reibungsmomentes kann einfach dadurch erzielt werden, daß eine Durchmesseranpassung der Kugelkäfigbohrung und ihres Außendurchmessers vorgenommen wird, um eine Vierpunktführung für den Kugelkäfig 10 zu gewährleisten.

An der Innenseite des Kugelkäfigs 10, d. h. hier am Spannungswellenerzeuger 8, ist ein geformter Lagerring 18 angeordnet (Fig. 1, 5 und 6). Der innere Lagerring 18 ist normalerweise kreisförmig, bildet einen Paßsitz mit dem Spannungswellenerzeuger und nimmt daher eine entsprechend elliptische Form wie auch eine in Umfangsrichtung verlaufende Laufrille 20 zur Aufnahme der rollenden Lagerkugeln 12 an. Ein verformbarer äußerer Lagerring 22 ist innen mit einer elliptischen Laufrille 24 zum radialen Zurückhalten der Lagerkugeln 12 versehen.

Der Kugelkäfig 10 wird durch die Lagerringe 18, 22 an vier Punkten geführt. Ihre Laufrillen 20, 24 sind von weitgehendst gleichmäßiger Tiefe. An den Hauptachsen befindet sich, wie durch die Linie V-V (Fig. 1 und 5) dargestellt wird, ein Paar von entgegengesetzten Lagerkugeln 12, die radial so weit wie möglich nach außen während des größten Teils des Betriebs verschoben werden, wobei sich diese Hauptachsenlagerkugeln dann in den radial belasteten Bereichen befinden. Es ist festgestellt worden, daß beide Lagerkugeln 12 (nur eine ist dargestellt) sich in der Mitte ihrer entsprechenden Taschen 14 befinden, d. h. Lagen einnehmen, welche eine Maximalbewegung in bezug auf die Taschenwände gewährleisten.

In ähnlicher Weise, so wie in den F i g. 1 und 6 dargestellt ist, befinden sich die entgegengesetzten Lagerkugeln 12 der Nebenachse in einem radial freien Bereich und sind so weit wie möglich nach innen verschoben. Beide Nebenachsenlagerkugeln stehen dann miteinander im Eingriff und sind durch gegenüberliegende Trapezwände 14 ihrer entsprechenden Taschen gleichmittig.

Aus Fi g. 1 ist ersichtlich, daß jede Lagerkugel 12 auf einer insgesamt elliptischen Laufbahn liegt und eine Umfangsgeschwindigkeit hat, welche sich mit ihrer Entfernung von dem Mittelpunkt der Ellipse verändert. Da die Lagerkugeln 12 bei bekannten Kugelkäfigen nicht in sich verjüngenden Taschen ruhen und nur ^h> geringer Führung unterliegen, werden sie bei Verwendung beispielsweise in einem Spannungswellengetriebe an mindestens zwei Stellen verklemmt, wobei die Wände in gegenüberliegenden Richtungen belastet werden und einen unerwünschten Kugelschlupf sowie einen weiteren Reibungsaufbau hervorrufen. Im Gegensatz dazu soll jetzt die Arbeitsweise des Lagers gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die F i g. 1 und 2 erläutert werden. Der Mittelpunkt jeder Lagerkugel 12 bewegt sich, wie in F i g, 2 dargestellt wird, während jeder halben Umdrehung des Lagers auf einer vollständigen elliptischen Bahn L innerhalb ihrer Tasche 14. Wenn eine Lagerkugel 12 die Nebenachse verläßt (Lage A der F i g. 2). und sich dem belasteten Bereich nahezu der Hauptachse nähert (in der vorliegenden Anordnung), entfernt sie sich von dem Mittelpunkt des Lagers und nähert sich dem breiteren Teil ihrer Tasche 14 und bewegt sich in eine Lage B und weiter in eine Lage C Während die Lagerkugel 12 bezüglich des starren kreisförmigen Kugelkäfigs 10 rollt, gewinnt sie zusätzlich Bewegungsfreiheit, kann somit frei präzedieren oder vorlaufen, ohne sich zu verklemmen, wie es in üblichen Lagern wegen der den Käfig »kneifenden« oder kämmenden Kugeln der Fall wäre. Die Vierpunkteführung, die durch die Lagerringe 18 und 22 geschaffen wird, trägt dazu bei, ein kreisförmiges Bewegen des Kugelkäfigs 10 beizubehalten. Wenn die Lagerkugel 12 ihre Nebenachse oder den unbelasteten inneren Bereich über die Lage D erreicht hat, steht sie in rollendem Eingriff mit zuerst einem und dann beiden inneren Rändern ihrer Taschen 14, worauf sie wieder in die Mittellage gleitet.

Werksversuche mit niedrigen Geschwindigkeiten haben insbesondere die Wichtigkeit einer Vierpunktführung des Kugelkäfigs 10 gezeigt, so wie es oben beschrieben wurde, um die Gleichmittigkeitskontrolle seiner Laufbahn zu verbessern. Diese Vierpunktführung des Kugelkäfigs ist auch von bemerkenswertem Vorteil, wenn die Verjüngungen der Taschenwände schwach, gerade oder weitgehendst zylindrisch ausgebildet sind. Es ist z. B. eine Verminderung des maximalen Drehmoments bis zu 70% bei kleinen Geschwindigkeiten festgestellt worden.

Fig.4 zeigt einen festen, kreisförmigen Kugelkäfig 30, welcher in einem Spannungswellengetriebe mit einem elliptischen, außen auf einem Spannrad angeordneten Spannungswellenerzeuger Verwendung finden kann. Im Prinzip ist die Arbeitsweise des Kugelkäfigs 30, welcher sich radial in Richtung zu dem Spannungswellenerzeuger 8 und von dem Krümmungsmittelpunkt weg erstreckende Taschen 32 hat, dieselbe wie für den Kugelkäfig 10. Der belastete Bereich ist jetzt an der Nebenachse des Kugelkäfigs 30 und der unbelastete Bereich an seiner Hauptachse. Wenn eine Lagerkugel 12 in den belasteten Bereich eintritt, wird sie näher zu der Mitte des Lagers und gegen das größere radiale Ende ihrer Tasche 14 bewegt, wobei sie den freien Raum erhält, der notwendig ist, um eine Präzession zu gewährleisten und ein Verklemmen des Kugelkäfigs 30 zu vermeiden. Sowohl der Kugelkäfig 30 als auch der Kugelkäfig 10 erhalten durch die Vierpunkt- oder Haupt- und Nebenachsenführung und durch die Verwendung von inneren und äußeren Laufrillen eine genaue umlaufförmige Lage der Tasc" en in bezug auf ihre verhältnismäßig radial verformbaren Lagerkugeln.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Für ein Spannungswellengetriebe bestimmtes, um seinen Umfang herum ausbiegbares Kugellager, das aus Lagerringen, einer Mehrzahl von Kugeln und einem gleichmütig angeordneten Kugelkäfig besteht, wobei einer der Lagerringe verformbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (10) nicht ausbiegbar und kreisförmig sowie mit einer der Kugelzahl entsprechenden Anzahl von sich radial verjüngenden Taschen (14) versehen ist, in denen sich die Kugeln (12) bewegen.

2. Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Wände der Taschen (14) einen Winkel (öl) von 20° bis 40° bilden.

3. Kugellager nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen festen inneren Lagerring (18) und einen verformbaren äußeren Lagerring (22), die Laufrillen (20, 24) zum Halten der Lagerkugeln (12) in ihren Taschen (14) zwischen den Lagerringen (18, 22) aufweisen.

4. Kugellager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taschen (32) radial nach außen verjüngt sind (F i g. 4).