DE3105632C2

DE3105632C2 - Dreh- und Längsführungswälzlageranordnung

Info

Publication number: DE3105632C2
Application number: DE3105632A
Authority: DE
Inventors: Michel 78700 Conflans-Sainte-Honorine Orain
Original assignee: GLAENZER SPICER 78301 POISSY YVELINES FR
Current assignee: GLAENZER SPICER 78301 POISSY YVELINES FR
Priority date: 1980-02-15
Filing date: 1981-02-16
Publication date: 1983-12-15
Also published as: FR2476251A1; FR2476251B1; JPH0155323B2; US4408806A; GB2073333A; DE3105632A1; GB2073333B; JPS56127819A

Abstract

Ein Bauteil (3) wird auf einer zwei Abflachungen (7) aufweisenden Welle über ein äußeres Kranzlager (9) mit zur Wellenachse (X-X) parallelen Nadeln gelagert, welche auf zwei halbkreisförmigen, den Querschnitt der Welle zur Kreisform ergänzenden Elementen (8) ablaufen. Jedes halbkreisförmige Element ist mit einer in Längsrichtung verlaufenden rinnenförmigen Rollbahn (13) zur Aufnahme einer Reihe von zur Achse (X-X) senkrechten Nadeln (12) ausgebildet, welche auf einer Abflachung (7) abrollen und in einem Käfig (8) festgelegt sind. Zur Rückstellung der Käfige bei Gleitbewegung sind Federn (21) vorgesehen. Diese Anordnung dient zur Lagerung sphärischer Wälzelemente, welche hohen Kräften (F, FΔ) ausgesetzt sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dreh- und Längsführungswälzlageranordnung eines Bauteiles in einer Welle, mii in einem äußeren Kranzlager mit ihren Drehachsen parallel zur Wellenachse angeordneten Rollkörpern mit linearem Kontakt, wobei das Kranzlager zwischen der Bohrungswand des zu lagernden Bauteiles und einem Zwischenlagerelement angeordnet ist und mit einem inneren Lager mit in Reihe senkrecht zur Wellenachse angeordneten Rollkörper mit linearem Kontakt, welche zwischen rinnenförmigen Rollbahnen im Zwischenlagerelement und auf der Welle in Längsrichtung ausgebildeten Rollbahnen laufen.

Derartige Anordnungen haben sich als sehr vorteilhaft für Einbaubedingunge.n erwiesen, bei denen das zu lagernde Bauteil eine sehr hohe Last auf die Welle überträgt, da ein Rollkörper mit linearem Kontakt gegenüber einer gleichlangen Reihe Kugeln, weiche nur punktförmigen Kontakt gewährleisten, eine sehr viel höhere (bei gehärtetem Chromstahl um ein 50faches) Tragfähigkeit aufweist.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art ist das Zwischenlagerelement als einzelner Ring ausgebildet, in · dessen Innenfläche alle rinnenförmigen Rollbahnen eingearbeitet sind (US-PS 34 90 251). Diese Anordnung Jiat zwei Nachteile: Zum einen erfordert sie eine hohe Herstellungspräzision für die Rollbahnen des Lagerringes und der Welle und zum anderen sind mindestens drei Nadelreihen zur Anordnung des Ringes erforderlich, unabhängig vom jeweiligen Verwendungszweck.

Weiterhin ist eine Dreh- und Längsführungswälzlageranordnung bekannt, wobei über eine Welle eine Anzahl von Kugellagern Anwendung finden, weiche über Zapfen in kreissegmentförmigen Teilen gelagert sind (US-PS 29 03 307). Am Außenumfang rollen diese kreisförmigen Teile auf Kugeln ab. Hierdurch ergibt sich eine kostenaufwendige Konstruktion, welche bei der Herstellung sehr große Sorgfalt erfordert, um die gewünschten Freiheitsgrade ohne Verspannung der einzelnen Teile zueinander zu erzielen.

Weiterhin ist ejr.e Vorrichtung zur Abstützung einer in einer Hohlwelle gelagerten Welle, insbesondere für Spulenwickelmaschine^ bekannt (DE-AS 12 90 764). Diese Vorrichtung dient der Abstützung einer in einer Hohlwelle gelagerten Welle, wobei die innere Welle drei symmetrisch auf ihrem Umfang verteilte ebene Flächen aufweist, weiche als Auflagefläche für rollenförmige Wälzkörper dienen. Hierbei muß die innere Welle besonders bearbeitet werden, um die Auflageflächen zu schaffen. Auch diese bekannte Konstruktion ist damit kostenaufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung der eingang genannten Art zu schaffen, welche wirtschaftlich herstellbar ist, und zwar in den in der Praxis häufig vorkommenden Fällen, in welchen die auf die Welle zu übertragenden Kräfte vorzugsweise um zwei im allgemeinen zueinander senkrechten und entgegengesetzten Richtungen wirken.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1.

Hierdurch ergeben sich folgende Vorteile:

— praktisch völlige Reibungsfreiheit sowohl in der Wälz- als auch in der Verschiebebewegung, daher eine ausgezeichnete Leistung, wobei auch bei intensivem Betrieb keinerlei Heißlaufen auftritt und somit bei einfacher Schmierung eine lange Lebensdauer gewährleistet ist;

— erhöhte Lastübertragung bei geringem Platzbedarf;

— formschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Elementen mit im äußersten Fall sehr geringen Spielen (in der Größenordnung von 0,01 bis 0,1 mm), so daß sie sogar vorspannbar sind.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Durchmesser des Wellenabschnittes etwas kleiner als der Durchmesser der zylindrischen Mantelfläche der stabförmigen Teile. Damit werden Reibungen bei Verschiebebewegungen unter Wahrung einer guten Drehführung verringert.

Vorzugsweise ist jede Rollkörperreihe in einem Käfig gehalten, wobei die Kräfte an ihren freien Enden mit

einem Bord ausgebildet sind, gegen weichen sich zwei Rückstellfedern abstützen, die mit ihrem anderen Ende das Zwischenlagerelement beaufschlagen. Nach einer abgewandelten Ausführungsform kann jede Reihe mit einer Rückführvorrichtung für Rollkörper ausgestattet sein. " '

In allen Fällen lassen sich durch die Verwendung eines Zwischenlagerelements, dessen Länge die Bohrung im zu.lagernden Bauteil übertrifft, wie an sich bekannt, Fluchtfehler des Bauteils gegenüber den Rollkörpern vermeiden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Lageranordnung gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung;

F i g. 2 einen Schnitt gemäß der Linie 2-2 in F i g. 1;

Fi g. 3 und 4 jeweils eine Teilansicht der Anordnung.

Die in F i g. 1 und 2 dargestellte Anordnung 1 dient zur Lagerung eines sphärischen Wälzelements 3 auf einer horizontalen Weiie 2 gleicher Achse X-X, weiche mit ihrem einen Ende in einer vertikalen Wanaung 2a festgelegt ist, und gestattet dem Wälzelement unter Aufbringung einer vertikalen Last auf die Welle eine Verschiebbarkeit längs dieser Achse X-X und eine freie und praktisch reibungslose Drehbarkeit um diese Achse.

Das Wälzelement 3, welches durch zwei ebene, zu einer senkrecht zur Achse X-X diametralen Ebene P symmetrische Stirnflächen 4 begrenzt ist, ist zwischen zwei parallelen Backen 5 eines (nicht dargestellten) beweglichen Organs festgelegt, in welchen (zylindrische) Wälzbahnen 6 gleichen Durchmessers ausgebildet sind, deren gemeinsame Achse Y- Y horizontal in der Ebene P verläuft. Sobald eine vertikale Kraft F oder F' auf das Wälzelement 3 einwirkt, rollt dieses frei auf einer seiner Wälzbahnen 6 ab, je nach Richtung der aufgebrachten Kraft, und zwar dank eines geringen Radialspiels, das sich aus dem unterschiedlichen Durchmesser des Wälzbahnenprofils und der sphärisehen Mantelflache des Wälzelementes ergibt

Die Welle 2 weist über ihrer gesamten Länge zwei horizontale Abflachungen 7 auf. Zur Anordnung 1 gehören zwei identische halbkreisförmige Elemente 8, ein äußeres Wälzlager 9 mit einem zur Achse X-X parallelen Nadelkranz 10 und ein Gleitlager 11, bestehend aus zwei zur Achse Y-Y parallelen Nadelreihen IZ

Jedes halbkreisförmige Element 9 ist als zylindrisches Segment ausgebildet, welches z. B. um ein 2faches langer ist als das Wälzelement 3 und die Querschnittsfläche der Welle 2 jeweils auf der der Achse X-X entsprechenden Seite ergänzt. Die der jeweiligen Abflachung 7 zugewandte plane Fläche jeden Elements 8 weist über ihre gesamte Länge eine Kehlung bzw. eine rinnenförmige Ausnehmung 13 mit rechteckigem Profil auf, in welchem eine Nadelreihe 12 aufnehmbar ist. Die Nadeln sind über einen die Länge des Wälzelements 3 übertreffenden, im wesentlichen der Länge der Elemente 8 entsprechenden Abschnitt der Welle 2 verteilt. eo

Die beiden halbkreisförmigen Elemente bzw. Segmente ergeben zusammen mit den zugewandten Abschnitten der Welle 2 einen (zylindrischen) Wellentals. Die äußeren Nadeln 10 laufen zwischen der zylindrischen Ausnehmung 14 des Wälzelementes 3 und dem Mittelbereich der Mantelfläche dieses zylindrischen Wellenhalses über eine im wesentlichen dem Wälzelement entsprechende Länge.

Zur Anordnung 1 gehören außerdem Halteelemente für die Nadeln 10, 12 und für das Wälzelement 3. An jedem Ende der Segmente 8 ist eine Umfangsnut 15 ausgebildet, in welcher ein Druckring 16 (Fi g. 4) aufnehmbar ist. Der auf seiner Innenseite kreisförmige Ring 16 ist mit dem Querdurchmesser der Welle 2 -entsprechenden Taschen 16a ausgebildet und somit in seiner Form dem Wellenhals 8-2-8 senkrecht zu den Nuten 15 genau anpaßbar.

Die beiden Ringe 16 legen das Wälzelement 3 in axialer Richtung fest und außerdem die Nadeln 10 gegenüber den Segmenten 8 über zwei wahlweise vorsehbare O-Ringe 17. Die Ringe 16 dienen außerdem zur gegenseitigen axialen Ausrichtung der Segmente 8.

Jede Nadelreihe 12 ist'in einem Käfig 18 gehalten, der im wesentlichen als Flachkäfig ausgeführt ist und an jedem Ende einen hochgezogenen Bord 19 mit einer Durchbohrung 20 aufweist. Jeder Käfig 18 erstreckt sich frei durch die rinnenförmige Ausnehmung 13 des zugehörigen Segments, und an jedem Ende der Anordnung stützt sich eine die WeJk 2 umgebende Schraubenfeder 21 zwischen einem Bord 59 des Käfigs 18 und dem zugehörigen Ring 16 ab.

Gemäß einer Variante können die Nadeln 12 auch unter direktem Kontakt ihrer Enden an den Flanken der rinnenförmigen Ausnehmung 13 geführt und axial entsprechend gesichert sein.

Die beschriebene Anordnung 1 gestattet dem Wälzelement 3:

— eine Wälzbewegung über die Nadeln 10 um die Achse X-X;

— eine freie Gleitbewegung auf der Achse X-X durch Abwälzen auf einer der beiden Nadelreihen 12, je nach Richtung der einwirkenden Kraft F bzw. F'. Bei einer Gleitbewegung rollt die betroffene Nadelreihe auf der ihr zugewandten Abflachung der Welle ab und durchläuft dabei lediglich die halbe Bewegungsstrecke wie das Wälzelement 3. Ist diese Bewegungsstrecke nur geringfügig (kleine Schwenkbewegung um eine der Ebene P entsprechende Gleichgewichtsstellung) dann werden die Federn 21 abwechselnd zusammengedrückt, ohne die Rollbewegung der Nadeln 12 zu beeinflussen. Ist diese Bewegungsstrecke jedoch groß, dann wird eine der Federn 21 so stark zusammengedrückt, daß der Käfig 18 gegenüber den Segmenten 8 wieder rückgeführt wird, und sich die Bewegung in derselben Richtung fortsetzen kann.

Dank der sphärischen Gestalt des Wälzelements 3 können sich die Backen 5 wie folgt frei bewegen:

— läntTS der Achse Y-Y;

— drehend um die vertikale Achss Z-Z des Wälzelementes 3. Diese Drehbewegung wird noch, wie an sich bekannt, begünstigt, wenn man entweder die sphärische Gestalt des Wälzelements 3 oder die Wälzbahnen 6 so hinterschleift, daß die Hauptachse der Kontaktellif ^e für mittlere Drucklasten kürzer ist.

Die Montage des Wälzelements 3 auf e'er Welle 2 erfolgt auf folgende Weise:

In das Innere des Elements 3 werden geschmierte Nadeln 10 eingefüllt (die Formringe 6, ggf. auch Zwischenringe 17) und auf beiden Seiten angeordnet. Dann wird ein Segment 8 unter radialer Verschiebung

gegenüber der Ausnehmung beider Ringe 16 derart eingeführt, daß die Ringe mit ihrer Innenseite sich in den Boden der auf dem Segment ausgebildeten Nuten 15 einlegen. Dann wird das andere Segment auf gleiche Weise eingeführt, wobei die beiden Taschen 16a der Ringe freibleiben.

Anschließend werden die geschmierten Nadeln 12 in die rinnenförmige Ausnehmung der Segmente eingefüllt, die Käfige 18 gegeneinander gelegt gemeinsam in die Bohrung eingeführt und die Federn an jedem Käfigende eingesetzt. Schließlich werden durch Einführung der Welle 2 die Käfige radial auseinandergedrückt, und die gesamte Anordnung ist dann radial festgelegt. Das äußere umgebogene Ende 22 der Federn 21 wird dann in das in jedem Käfigbord 19 vorgesehene Loch 20 eingeführt.

Die erhaltene Anordnung ist absolut funktionssicher und läßt sich nur durch Herausziehen der WeHe 2 wieder auseinandernehmen. Um ein Lösen der Welle 2 auszuschließen, genügt daher eine auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmte Dimensionierung.

Wie ersichtlich, werden die Nadeln 10 auf der Innenseite nicht nur von den Segmenten 8 sondern'auch von einem zylindrischen Abschnitt 23 der Welle 2 geführt, so daß jegliche Verschiebung des Wälzeiementes 3 in einer zur Achse X-X senkrechten Richtung ausgeschlossen ist.

Der Durchmesser dieses Abschnittes 23 kann vorteilhafterweise, gegenüber dem Durchmesser der zylindrischen Mantelfläche der Segmente längs der Achse Z-Z geringfügig (in der Größenordnung von ca. 0,01 bis 0,1 mm) abgestuft sein, um eine Reibung zwischen den Nadeln 10 und diesem Abschnitt 23 der Gleitbewegung zu verhindern. Außerdem können die Segmente 8 vorteilhafterweise auch mit anderer Kreisförmigkeit ausgebildet sein, um eine gleichmäßige Druckverteilung der Nadeln zu gewährleisten (FR-PS 13 80 557).

Zwischen den Abdachungen 7 der Welle 2 und der zugewandten ebenen Räche der Segmente 8 besteht ein geringfügiges Spiel (z. B. 0,1 mm), um eine freie axiale Verschiebbarkeit der Segmente auf der Achse X-X unter Vermeidung einer Reibwirkung auf die Welle 2 zu gewährleisten.

Die Anordnung 1 besteht aus einfachen Einzelorganen, die keiner speziellen Fertigungsverfahren noch besonderer Maschinen bedürfen; die Anordnung ist somit einfach im Aufbau und gewährleistet bei nur geringem Herstellungspreis eine gute Funktionstüchtigkeit, so

Die Anordnung arbeitet zuverlässig, ist robust und eignet sich für Mechanismen, die einen hohen Sicherheitsgrad erfordern.

Die zahlreichen Anwendungsgebiete dieser Anordnung beschränken sich keineswegs auf eine Verbindung mit gleitenden Wälzelementen, sondern erstrecken sich ganz allgemein auf alle Verbindungen, die eine Dreh- und eine Gleitbewegung gegenüber einer Welle gestatten sollen. Die Anordnung 1 findet vor allem in Mechanismen Anwendung, die eine große Leistungskapazität hinsichtlich Übertragung/Gewicht erfordern, insbesondere in Mechanismen des Fahrzeugbaus.

Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, daß die Wandung 2A beweglich ausgebildet ist, wobei dann die Backen 5 an einem festen Rahmen oder an einem anderen beweglichen Organ fest angeordnet sind.

Als weitere Variation lassen sich statt der Nadeln 12 Tonn?nro!!?n als Rolllcnrner vorsehen, die dann _. ebenfalls senkrecht zur Achse X-X angeordnet sind. Diese Rollen laufen innen auf zwei konkaven Rollbahnen kreisförmigen Profils mit gleichen Radius, die statt der Abflachungen 7 auf der Welle 2 ausgebildet sind, und auch auf zwei äußeren Rollbahnen mit gleichem Radius.

Die Form des Laufabschnitts des Käfigs 18 wird den Rollkörpern angepaßt, so daß diese exakt senkrecht zur Achse X-X festgelegt sind, um einen guten linearen Kontakt zwischen diesen Rollkörpern und den Rollbahnen zu gewährleisten.

Die Anordnung 1 dient somit dazu, auf die Welle 2 Kräfte zu übertragen, die hauptsächlich aus einer Richtung her einwirken (im dargestellten Beispiel in senkrechter Richtung).

Nach einer weiteren Variante lassen sich die die Nadeln 12 führenden Käfige mit Trennelemcnten und radialen Halteelementen für die Nadeln in beide Richtungen versehen, so daß die Nadeln 12 über eine gegenüber den Segmenten größere Länge verteilbar sind und sich damit die Gleitstrecke verlängert, ohne dadurch die Rückstellung unter der Kraft der Federn 21 auszulösen.

Als weitere Abwandlung läßt sich statt der Rückstellfeder für die Nadeln 12 oder Tonnenrollen eine (nicht dargestellte) Rückführvorrichtung für diese Wälzkörper vorsehen, insbesondere wenn eine große Gleitstrecke erforderlich ist.

Die Wälzlager können außerdem in Form von in Umfangsrichtung oder parallel zur Achse X-X laufenden Kugelreihen vorgesehen sein, wobei dann die Kugeln in Laufrillen mit gleichem Radius laufen, die in den zugehörigen Organen ausgebildet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dreh- und Längsführungswälzlageranordnung eines Bauteils in einer Welle, mit in einem äußeren Kranzlager mit ihren Drehachsen parallel zur Wellenachse angeordneten RoUkörpern mit linearem Kontakt, wobei das Kranzlager zwischen der Bohrungswand 'des zu lagernden Bauteiles und einem Zwischenlagerelement angeordnet ist und mit einem inneren Lager mit in Reihe senkrecht zur Wellenachse angeordneten Rollkörpern mit linearem Kontakt, welche zwischen rinnenförmigen " Rollbahnen im Zwischenlagerelement und auf der Welle in Längsrichtung ausgebildeten Rollbahnen laufen, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Welle abwälzenden Rollkörper (12) in zwei Reihen angeordnet sind, wobei die beiden auf der Welle (2) ausgebildeten Rollbahnen (7) jeweils in die Richtung der wesentlichen, auf die Welle zu übertraggjden Kräfte (F, F') weisen, daß jede rinnenförmige Rollbahn (13) in einem getrennt ausgebildeten, stabförmigen Teil (8) mit kreissegmentförmigem Querschnitt senkrecht zur Längsachse vorgesehen ist und daß alle Umfangsflächen der Teile (8) gemeinsam mit den zwischen den flachen Rollbahnen liegenden AidJenmantelflächen der Welle die innere Wälzbahn für die Rollkörper des äußeren Kranzlagers bilden.

2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Wellenabschnittes _V23) etwas kleiner ist als der Durchmesser der zylindrische^ Mantc'läche der stabförmigen Teile (8).

3. Lageranordnung nach eiivm der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rollkörperreihe (12) in einem Käfig (18) gehalten ist und daß die Käfige an ihren freien Enden mit einem Bord (19) ausgebildet sind, gegen welchen sich zwei Rückstellfedern (21) abstützen, die mit ihrem anderen Ende das Zwischenlagerelement (8, 23) beaufschlagen.

4. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Rückführvorrichtung für die Rollkörper des inneren Lagers.

5. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenlagerelement (8, 23) wie an sich bekannt, langer bemessen ist als die Bohrung (14) in dem zu lagernden Bauteil (3).