DE7016959U

DE7016959U - Waelzlager zur aufnahme von bewegungen, insbesondere drehbewegungen.

Info

Publication number: DE7016959U
Application number: DE7016959U
Authority: DE
Inventors: Koepke Wolfgang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-05-06
Filing date: 1970-05-06
Publication date: 1972-03-30

Description

Itotr.t Patent- und Gebrauchamueterhilfeanmeldung Ί> 3831

Anm·:

Wolfgang Köpke 7100 Heilbronn Wollhaueetr. 97

Zur Lagerxuig dienende Wälzelemente

Sie Erfindung betrifft Wälzlager zur Aufnahme von Bewegungen, insbesondere Drehbewegungen mit radialer und/ oder axialer Belastung.

Es werden üblicherweise zwei grosse Hauptgruppen von Lagern — unterschieden, nämlich die Wälzlager einerseits und die Gleitlager andererseits. Bei den Gleitlagern werden die aufzunehmenden Kräfte von dem relativ stillstehenden zu dem bewegten Teil durch Schmiermittel· - das den eigentlichen . Tragkörper im Lager darstellt - übertragen. Bei den Wälz« lage.-m erfolgt die Kraftübertragung durch die Rollkörper verschiedener Formen. Bei den Gleitlagern int die Relativgeschwindigkeit gleich der Gleitgeschwindigkeit· Bei den Wälzlagern ist die Gleitgeschwindigkeit theoretisch null.

Sie Hauptvorteile der Wälzlager sind bekanntlich die geringe Reibleistung, insbesondere beim Anfahren sowie weitgehende Unempfindlichkeit beim Anfahren, grosse Lebensdauer, geringe Wartungskosten, sowie gute Austauschbarkeit·

-2-

Dem gegenüber stehen jene Hachteile, die durch die hohen Herstellungskoaten bedingt sind, aber auoh geräuschvoller und etossharter Lauf vornehmlich bei hohen Drehzahlen, so» wie eine gewisse Empfindlichkeit gegenüber Kantenpzreesung

uuu uviiwuvei

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager

zu schaffen, das diese erwähnten Hachteile nicht oder weitaus geringer besitzt, d.h., dass es preisgünstiger herge-

- ' stellt werden kann, sich durch geräuscharmen sowie

■ schwingungs- und stossdämpfenden Lauf auszeichnet und schliess

- · lieh gegen Kantenpreasungen und Verschmutzung weitgehend

■^: unempfindlich ist. Darüber hinaus soll es die Fähigkeit be-

: /. ' sitzen, im Bedarfsfall trocken, also ohie Schmiermittel ' j..": ... laufen zu. können·

' >' Dis Rcib«2S£svsrlusts sinss WMl^B^£tssrs ssv^stshsn ajnavoai+a ■ : durch die Rollreibung infolge elastischer Verfcrraung in den Berührungsflächen zwischen den Rollkörpern und den In- .*■ nen- und Aussenringen und des dadurch bedingten Gleitens, andererseits durch das Gleiten der Rollkörper in den Käfigen und die Bewegung des Schmiermittels· Die Reibungsver- ^r\ luste des gesamten Wälzlagers werden bestimmt-4ttxeh--die ■ ·"-Gestalt der Druckflächen, die Güte der Bearbeitung, die I Führung der Rollkörper und des damit gegebenenfalls ver- '■-:, bundenen Schränkens, die Dichtungen und schliesslich die ;-: Belastung nebst Drehzahl und die Beschleunigungsvorgänge. Die niedrigsten Reibungszahlen haben erfahrung&gemäss die Zylinderrollenlager. : .

Die Erfindung besteht darin, dass die Rollkörper und/oder der Innen- und/oder Aussenring aus Kunststoff oder aus Metall mit einem Kunststoffüberzug oder aus Metall in Verbindung mit einer Gegen^auffläche aus Kunststoff bestehen, so dass jeweils die Wezestoffpaarung Kunststoff/Kunststoff' oder Kunststoff/Metall an des Wälzflächen auftritt. ''' ,

■r- ,-^N;--<■=■; -3- -Ti-:

Die Tragfähigkeit eines Wälzlagers hängt in erster Linie ▼on dem Rollkörperdruck ab, der nach der Theorie von Hesrfcs errechnet werden kann. Die maximale Pressung als Druckspannung im Rollkörper errechnet sich hiernach z.B. für den Fall der Llnlenberührung bei Rollkörper gegen Ebene wie folgt:

'*■·■;■ p.B

, ' L2.*l.

: Hierin sind: . I

O P = Druckkraft kp ₂

. : . . Cmax = grösste Druckspannung kp/ma .-;'. ^r = Radius des Rollkörpers nm

:...-' · 1 s Länge des Rollkörpers am Λ , -. Vs Poissonsche Zahl — ₉ ; . S = Elastizitätsmodul kp/moT

Y Die höchste. Druckkraft oder zulässige Belastung sick:

P=

^ Fasst man den Wert 6* max (1-if)/E in der Werk-" ^ ν stoffkenngrö88e W₈ und

f\ > _;.^r4; .den Wert 2,T.i.r in der geometrischen Gröase G

~ _v zusammen, dann ist:

J> =

Sofern die aufeinander abrollenden Körper unterschiedliche Elastizitätsmodule besitzen, enrech-

net sich der in W₀ einzusetzende Wert B nacli: :

;^ B 2 B₁

_; ν Bei I^nienberührung Ton Rollkörper gegen RoIl- - , körper errechnet eich der Wert r in der Grosse '· ntfea:

1* i 1 *-l ) ^: *ei Bolle gegen Rolle

bei Rolle gegen Eohlxyllnder

T₁ r₂

Bei kugeliger Berührung wird die maximale Druckspannung nach Hertz wie folgt berechnet:

'max = 1.5 . P

.E²

O OO

A ( 1 -H² )² hierin sind wiederum:

P = Druckkraft kp ₂

(max = grösste Druckspannung kp/am

r = Radius der Kugel bb _o

E = Elastizitätsmodul kp/ee

3) = Poissoneche Zahl —

Die höchste Druckkraft errechnet sich hieraus:

1.5

Fasst man den Wert 6~hLc · ( 1 - D²)²/ B² in die Werketoffkenngröese W_v und den Wert T .r / Ί,5 in die geometrische Grb'see Gv. susamnen, dann ist

f_k. G_k

Sofern die aufeinander abrollenden Körper unterschiedliche'Elastizitätsmodule be» .^ sitzen, errechnet sich der in U^einsu— Hp setzende Wert E wie bei Llnienbexührung nach: . ";

■ ι ϊ I₁ \ ■

Bei Punktberuhrung τοη Kugel gegen Kugel errechnet sich der Wert r wie folgt: '

1 « ( 1 + 1 ) bei Kegel gegen Bogel ' ' ^{r r}1 ^r2

ti # · >i)

I I 4
it

und

1 = ' * * A ) bei Kugel gegen Hohlkugel r '.: j r«

dieser Belastungsfall liegt, bei Pendelkugellagern vt.- md zwar an der Berührungsstelle Kugel gegen Aussenring

Bei Rillenkugellagern liegt vorwiegend linienberührung zwischen den Kugeln und den Rillen der Innen- sowie Aussen-.ringe vor.

Hieraus leitet sich in einfacher Weise die für Wälzlager bekannte Tatsache ab, dass die höchste Belastung an der Berührungsfläche zwischen Rollkörper und Innenriifgi uncT diese Druckspannungen noch anwachsen, wenn die aufeinander abrollenden Körper aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Elastizitätsmodulen .bestehen. Bei gleicher geometrischer Gestalt, also gleichem Faktor G, hängt die höchste zulässige Belastung P nur vom Werkstoff ab, d.h. von der Werkstoffkenngrösse W.

Das elastische Verhalten des lagere wird vom Elastizitätsmodul bestimmt. Geht man von der Voraussetzung aus, dass die Wälzlager, aus Kunststoff austauschbar sein^aollen gegen ..... solche aus Stahl, dann müssen das elastische Verhalten und die Wärmeausdehnung in den Rechnungsgang einbezogen werden. Wenn beide Lagertypen gleiches elastischem Verhalten aufweisen, so muss die Dehnung . .

gleich gross sein.

Für Stahl (Tabelle^Beispiel 1) im Wälzlager ist

« 0,011

Für die Kunststoffe, Pol/sulfon (TabelleW,Beispiel 9) oder Delrln,liegt dieser Wert bei

C _ _1O_

-6-

d.h, ein Lager aus diesen Kunststoffen würde sich "bei maximaler Belastung im Verhältnis 0,035 / 0,011 = 3,0mal stärker elastisch verformen als ein solches aus Stahl. Gleiche Verformung z.B. der Boiikörper lässt sich theoretisch da= durch erzielen, dass die Rollkörper und/oder Ringe im Verhältnis 1 : 3,0 bei Anwendung der erwähnten Kunststoffe verkleinert werden. Da jedoch während des Abwälzene mit zunehmender Elastizität oder kleiner werdendem Elastizitäts» mod/ul die Spannungsspitzen in den Berührungsflächen abgebaut werden, reicht ein Verhältnis von V : 1,5 bis 2 aus, um das gleiche elastische Verhalten dee gesamten Lagers zu erreichen.

Eine Verkleinerung der Rollkörper führt zu keiner Verminderung der Tragfähigkeit des Lagers, wenn im gleichen Verhältnis die Anzahl erhöht wird. Eine Vergrößerung der Rollkörperanzahl ist zur Erhöhung der Tragfähigkeit bei Kunststofflagern sinnvoll, weil die Herstellung der Rollkörper billig und einfach ist. Dagegen ist bei einem Stahllager nur eine optimale Rollkörperanzahl sweckmässig, die ,einerseits von der erwünschten Tragfähigkeit und andererseits von den noch vertretbaren Herstellungskosten bestimmt wird· Pie geometrische Grosse G_n, oder G. bleibt dadurch un-

/- . verändert, denn bezogen auf gleiche Flächeneinheiten ist

β_ = 2.^.1.r gleich ß„ s 2.T.l.r.x (x = Verhältnie- ^Z ^Z . ϊ faktor)

G_v = 1Γ*.γ²./1,5 gleich G_v « T¹Cl)².!²/ 1,5 * * * (x =.VerhäJtnia-

faktor)

Es wird daher erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die Lagerbauelemente wie Rollkörper, Lagerringe, Rollkörperkäfig aus dem gleichen oder unterschiedlichen Kunststoff bestehen und die Werketoffkombination der Kunststoffe so gewählt wird, dass die Werkstoffkennziffern für Linienberührung der Rollkörper zwischen den Werten 0,1 und 3,0 , vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 1,5 und für Punkt be-

781695930.3.72 -7-

I · ft ·■#'■· f ν · *

• lit * · < ■ » *· e

Ilk « * t

1 11 I ■ · I *

Eisen	1,23 .	3	. 10
Kupfer	1,70 ,	H
Aluminium	2,38 ,	η
Zink	2,61 .	n
Magnesium	2,90 .	η
Polyamide	*2 · 10 <**	η
Polyoxymethylen 8	η
Polysulfon	It

rükrung der Rollkörper zwischen den Werten 0,001 und 0,1, ν re'Agsweise ira Bereich von 0,01 bis 0,05, liegen.

'ie folgende Tabelle bringt eine Zusammenstellung der linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten 06 Cysrl einiger I wichtiger Metalle und Kunststoffe:

-5

Dieser Vergleich zeigt, dacs die Polyamide und Polyoxymethylene im reinen Zustand einen sechsmal gröss er en Koeffizienten besitzen als Stahl, während Polysulfon una mit Glasfasern verstärkte Polyamide in der Grössenordnung des Wertes von Magnesium und nur wenig über dem von Zink oder Aluminium liegen. Dagegen hat Stahl einen um 2 - 2,5 mal höheren Koeffizienten als Magnesium, Zink oder Altuoi- ~ nium. Bin Wälzlager aus Polysulfon, mit Glasfasern verstärken Polyamiden und anderen Kunststoffen wird sich in den drei genannten und sehr häufig verwendeten Metallen vom Standpunkte der durch Wärme erfolgten Ausdehnung vor— _ teilhafter verhalten als Stahllager. Das gleiche trifft für die in steigendem Umfang verwendeten Bauteile aus Kunststoffen zu, bei denen sich Lager aus Polyamiden und Polyozymethylen ausdehnungsmässig günetiger als andere verhalten.

Die Tragfähigkeit eines Zylinder-Rollenlagers aus Polysulfon (Tabelle$QBeispiel 9) errechnet eich aufgrund der dargelegten Grundlagen wie folgt:

Masse: - Innenring - Innendurchmesser d = 20 mm Aussenring - Aussen- " D = 51 «β Rollen-Radius " r = 2

' Roll en-mnlauf-Durchmesser d = 41

Rollenanzahl a « 28 Rollenlänge 1 » 12

P = W_zr& β 0,29 . Z S .12.2

p = 43,6161695930.3.72

ι IB f · < ·

I > S · ■

\ I 1 1 » *

II· · ·

ι * r r t *

Q = P §

- 8

43,6

"773-

272 kp

m?

Sie statische .Xragzahl für ein vergleichbares Zylinderrollenlager beträgt '';.

C = 850 kg

Demnach ist die Belretbarkeit des Kunststoff lagers: B = S⁷J 100 · 32*

unter Berücksichtigung des Spannungsabbaues kann die Belastbarkeit mit 6OjC angesetzt werden.

Die folgende Zahlentafel bietet eine Zusammenstellung der erforderlichen Werkstoffdaten und der errechneten Werkstoffkenngrössen W₂ für zylindrische und W^ für kugelige Berührung für beiderseitig gleichen E-Modul : E₁ s B₂ · B

Hr.	Werkstoffe	kp/mm	S	1	B 2,61	V	B₂	*	30 240
		250	2 kp/mm	0,30	-0,43		%	100	9 27
1	Stahl 100 Cr 6,geh.	100	22000	0,30	0,18 -	0,0267	100	7
2	42 Cr Mo	65	21000	0,30	0,31	0,0017 .	16	2
3 j	C 35	50	21000	0,34	0,2-,	0,00047	7	7
4	*ThiT»1 um i τι 1 um**	60	7200	0,34	' 0,0O18	0, CO¹ ·?	-!2	4
5	Kupfer CuHi 70/30	2	13000	0,45	0,2+ 0,8	' , 19	10	0,07 0,
6	Blei	Sf 10	1800	•0,45	0,14 0,29	0,0000016		8 31
7	Kunststoffe Polyamide	7,8 10	100	•0,45 0,45	0,008* 0,064	5 11
8 9	Polymethakryl- ääureester Polysulfon	280-300		0,0025 0,007

Diese Zahlentafel bestätigt iunächet die bekannte Tatsache und

Erfahrung, dass ein Wälzlager innerhalb einer Werkst off gruppe,

-9-

z.B. der Stähle, umJ30 höher belastbar ist, je höher seine.Festigkeit liegt und diese wiederum in einem günstigen Verhältnis zum Elastizitätsmodul steht. Aus dieses! Grunde ist auch die Belastbarkeit mit abnehmen-■ der Festigkeit für Wälzkörper mit Linienberührung relativ grosser als bei Kugelberührung· Während ein Wälzlager aus C 35 (Tabelle, Beispiel 3) bei Linienberührung noch 1% der Belastung B des Lagers aus 100 Cr 6 übernimmt, sind dies bei Kugelberührung nur noch 2jt. Sie Be-.. lastung B errechnet sich aus:

'( '" B « -& ♦ 100 in %

* 100 Cr 6

Ser Einsatz von Wälzlageretählen höchster Härte und Zähigkeit ist unerlässlich. Mit steigender Härte wachsen naturgemäes aber auch die eingangs aufgeführten Nachteile der Wälzlager, nämlich der geräuschvollere sowie härtere Lauf sowie die Empfindlichkeit gegenüber Kantenpressungen und Verschmutzung, insbesondere jedoch die . Fertigungskosten und damit der Preis. Aus Preisgründen wurden schon gelegentlich ungehärtete Wälzlagerstähle

■ für gering belastete Lager verwendet, jedoch ohne gra

vierenden Erfolg.

C Bei Verwendung von Nichteisenmetallen Hesse sich das

gesetzte Ziel, die bereits erwähnten Nachteile der bekannten Wälzlager zu beseitigen, ebenfalls nicht erreichen. Aus der Fülle der möglichen Varianten ;wurden lediglich Suraluminium und Kupfer-Nickel 70/30 als besonders günstige und Blei als extrem ungeeignete Metalle ausgewählt. Blei, das ein hervorragendes Metall für Gleitlager ist, scheidet für diese Zwecke hoffnungslos . aus ·

Weitaus günstigere Vorhältnisse bieten bestimmte Kunststoffe, deren Werksfoffkenngrössen von denen der Metalle gänzlich abweichen und zueinander in vorteilhafter Re-

10-

Hierfür besonders geeignete Kunststoffe sind unter anderem:

1» ABS - Polymerisate, 100 C Dauertemp. hoher Ober, insbes«wärmebeständige . fläch en-

Pfropfpolymerisate glänz,hohe

Härte

. und Kerbschlagzähig· keit

2.	Polyamide	ιυΰ
3.	Polyoxymethylen	100
4.	Polyphenylozid	180
5.	Polysulfon	180
6.	Amid - laid - Copolymer	350

hohe Wärmeformbestän digkeit

sehr hohe Festigkeit

Sie Wahl des geeigneten Kunststoffes richtet sich nach dem "'' Verwendungszweck. Lager für hohe Temperaturen über 150⁰C sind vorteilhaft aus der Gruppe der Polyphenyloxide, Polysulfone oder der Amid-Imid-Copolymere zu wählen. Für mit Kunststoff zu beschichtende Wälzflächen sind vorzugsweise Polyamide mit ihrer bekannten hohen Haftfestigkeit zu nehmen. Dabei hat es eich als sehr zweckmässig erwiesen, wenn die Schichtstärke 0,01 bis 1,0 mm beträgt. Se können auch verschiedene Kunststoffe in einem Lager verwendet werden oder die Kunst- ~~ stoffe können mit metallischen und/oder nichtmetallischen, die Werkst of fkenngrössen verbessernden Füllstoffen in Mengen von 2 bis 3OJ( Yolumen, vorzugsweise 5 bis 155* Volumen an- -. gereichert sein, z.B. glasfaserverstärkte Polyoxymethylene~ -.' oder Polyamide für die Ringe und Polysulfone für die Rollkörper· Auch andere Kombinationen oder andere Kunststoffe sind möglich. Hierzu gehören unter anderem die durch PoIyadditione-Reaktionen hergestellten HI-Kunststoffe, die Poly - para - Phenylene (PPP-Kunstetoffe), die Polyimide und die Tetrafluor-Benzole, die sehr hoch temperaturbelastbar sind. Wälzlager, beiy denen die tragenden Teils wie Rollkörper und/öder die Tnnen- und Aussenringe aus Kunst- ^: . stoff bestehen, Bussen zunächst als eine überraschende Lösung betrachtet werden, wenn man von der Forderung aus- - *

geht, dass die Wälzlagerstähle höchste Härte und Zähigkeit besitzen sollen. Kunststoffe sind vielfach wegen ihres günstigen Reib- und Gleitverhaltens für Gleitlager eingesetzt und haben sich auch im Dauerbetrieb bewährt.

Wälzlager günstig aus, weil beim Abwälzen der Rollkörper auf den Gegenlaufflächen Gleitreibung auftritt. Ferner sind derartige Kunststoffe gegen Kantenpressungen und Verschmutzung unempfindlicher als die Metalle. Lediglich Weissmetalle und weiche Aluminiumlegierungen mit Zinn oder Bleizusatz weisen ähnlich gute Gleiteigenschaften auf, scheiden aber für eine Verwendung im Wälzlager infolge ihrer schlechten Werkstoffkenngrössen W aus. Ferner vermögen Kunststoffe ganz oder vorübergehend trocken bei geringer GleitgeschwindigkeitÜLaufen, einem Bewegungsvorgang also, wie er bei den Wälzlagern vorliegt. Infolge der niedrigen Reibwerte 12nd des guten Laufverhaltens der Kunststoffe bleibt auch die Reibleistung in den K&flgen niedrig« Eventuell anfallende . - . . . Verschleissprodukte beschädigen nicht oder nur unwesent-" lieh die Rollkörper oder die Laufbahnen. Ausserdem verhalten sich bei einem gegebenenfalls im Betrieb eintre-

— t enden -Bruch oder Beschädigung der Rollköiepear-oder der - -

(^s Ringe derartige Wälzlager im Hotlauf und bis zum Auswechseln aufgrund dieser Gleiteigenschaft<sn vorteilhafter. Ferner zeichnen sich diese -Lager durch Stusse und Schwingungen dämpfende Eigenschaften aus. Der Fertigungsprozess dieser Kunststofflager ist wesentlich einfacher und damit der Preis bedeutend niedriger als bei den klas-. siechen Wälzlagern. Damit sind alle an den neuen Lagertyp erfindungsgemäse gestellten Forderungen erfüllt. Lediglich in einem Punkt, nämlich der Temperatur-Belastbarkeit über 150° bis 200°C sind diese Lager heute noch \ dezklassischen Wälzlagern unterlegen. Ohne Zweifel wer-• den jedoch·-in abselroarer Zukunft jene entwickelten oder in der Entwicklung befindlichen Kunststoffe» die bezüglich Festigkeit und/oder elektrischer, wärmetechnischer

Leitfähigkeit den höchsten Werten der Metalle gleichfcommen öder sie überschreiten, preiswürdig angeboten werden und damit die hier noch bestehende lücke schli sen.

Sa ait zunehmender Zahl der Rollfcörper im wälzlager naturgemäs8 die Tragfähigkeit Q ansteigt ,und swar nacn

« der Geeetzmässigkeit

Q -

wobei s die Anzahl der Rollkörper und Q die Gesamt last des Lagers bedeuten, ist es wegen der vorteilhaften einfachen und billigen Herstellung von Kunststoffwälskörpern sweckmäesig, die Rollkörper zahl zu erhöhen und swar im gleichen Maßstab wie die Grosse der RoJlkörper verkleinert wird. Anstelle der Käfige können Distanzrollkörper

f" aus Kunststoff, Metall oder Metall mit einem Kunststoff- I

' überzug vorgesehen und auf die .abwälzenden Lagerel6.eente

so abgestimmt sein, dass die Werkst of fpaarung<m Kunststoff/Kunststoff oder Kunststoff/Metall auftreten und die Werkstoffkennziffern in den erfindungsgemässen Be-

f reichen liegen. Der Fsiktor a beträgt nach Stribeck für

{__ Radiallager 5 und kann je nach Ausführung Siel auf

4 zurückgehen. Die Gesamtlast Q des Lagers kann also allein dadurch erhöht werden, indem man durch konstruktive Massnahmen soviel Rollkörper wie möglich einbaut.

Dies ist bei den beschriebenen*Lagern in besonder« vor-

< teilhafter Weise möglich und kann bei den klassischen .

Ausführungen der Wälzlager nur von den käfiglosen mit den bekannten Nachteilen erreicht werden.

Bei optimaler Abstimmung aller korrespondierenden Teile des Lagers kann die Gesamtbelastung Q des Lagers betrachtlich höher ausgelegt werden, als sie sich aus der Relation der Werkstoffkenngrössen, insbesondere für V j ergibt. Diese Belasinngswerte lassen sich um 20 bis 40jt steigern, wenn gleichseitig noch-1 und d der Rollkerper ^timiert werden.

7616959313.72

< 4 If«·

. Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung

• können der Innen- und/oder der Aussenring durch einen -

beliebigen relativ κ,-c, !^.stehenden und/oder bewegten xeii, 5.Br ein GeheU-w, eins WsIls cdsr dgl. srs^tst sein.

. Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in einigen Ausführungsbeispielen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig.1 bis ein Wälzlager mit Kunststoffroll-

,· - '' . '^^pern, Kunststoff lagerringen und

⁽· Metallkäfig,

Fig.5 bis 7 ein Radial-Vollwälzlager,

Fig.8 ein Radiallager mit Kunststoffrollkörpern ohne Innenring.

Den Aufbau eines erfindungsgemässen Wälzlagers zeigen die Figuren 1 bis 4 für ein einfaches Radial-Rollenlager. Das vollständige Lager testeht aus dem Innenring

: 1, dem Aussenring 2, den Rollkörpern 3, den zweiteili

gen Rollkörperkäfigen 4, und den Dichtungen 5. Der In-

_ , nenring 1 und Aussenring 2 und die Rollkörper 3 bestehen

f erfindungsgemäss aus Kunststoff. Sie können aber auch

nur an den Laufflächen mit Kunststoff überzogen sein. Die Käfige 4 bestehen vorzugsweise aus Metallen. Für die Dichtungen 5 werden in üblicher Weise Ringe aus entsprechenden Kunststoffen verwendet. Die Käfige 4 laufen in dor im Innenring vorgesehenen Rille 6, mit einem Spiel von 0,1 bis 0,3 mm und werden in dieser Rille sowohl axial als auch radial geführt. Die Rollkörper 3 - in diesem Falle Zylinder - enthalten ebenfalls *ine Rille 7. Mit diesen Rillen 7 werden die Rollkörper In den Aussparungen 8 der Käfige axial im Lager geführt und das Schränken weitgehend verhindert. Ausser- dem dienen sie zur leichten Montage des Wälzlagers. Zv diesem Zwecke werden zunächst die beiden Hälften des Käfige 9 und 10 in die Rille 7 des Innenringes 1 einge-

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	der	- H	. 1 Ii III« Il ■ 11 . . ι ι ι ι · c ·	* ■ · B • · * • · *	Ak
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führt und in		federnd	zusammengedrückt,	dass sie an
den Klammern	zus ammeng eh alt en	werden. Dann

werden, die Rollkörper 3 in den Käfig gesteckt, so dass die Rillen 7 der Rollkörper in die zylindrischen Aussparungen 8 der Käfige springen. Der Aussenrand 12 dieser Aussparungen ist je nach der Grosse der Aussparungen um 0,05 bis 0,3 mm enger als der Rillendurchmesser der Rollkörper 3. Dadurch werden die Rollkörper im Käfig gehalten, und der Aussenring kann ohne Schwierigkeiten übergeschoben werden. Auch andere Ausführungen von Käfigen sind möglich. Die. Leerräume 13 des Wälzlagers können je nach Bedarf mit einem üblichen Wälzlagerfett gefüllt werden. Abschliessend sind noch die beiden Dichtscheiben 5 einzusetzen. In geschlossenen und mit Schmiermitteln versehenen Räumen entfällt das Füllen mit Fett, ebenso wie die Sichtungen eingespart werden können.

Die Figuren 5 bis 7 zeigen ein Radial-Tollwälzlager. Der Aufbau entspricht im Prinzip dem des einfachen Radial-Wälzlagers der Figuren 1 bis 4· Es besteht aus dem Innenring H mit der Rille 15» dem Aussenring 16 und den Rollkörpern 17. Der Käfig entfällt, da seine Funktionen von einer Führungskörperreihe 18 und einer Distanzreihe 19 übernommen werden. Da die Anzahl der im Wälzlager einge-' bauten Rollkörper 17 so gross wie möglich sein soll, muss ihr Abstand 20 so klein wie möglich gehalten werden, und zwar nur 0,1 bis 1,0 mm, damit sich die Rollkörper 17 nicht gegenseitig berühren. Die Durchmesser der Rollkörper 17, der Führunge- 18 und Distanzkörper 19 müssen unter Berücksichtigung der Rollbahndurchmesser so aufeinander abgestimmt werden, dass die Distanz 20 durch die Distanzkörper 19 gewahrt wird. Die Führungskörper 18 müssen einen Abstand 21 vom Innendurchmesser 22 der Rollenrille einhalten, der wenigstens 0,1 mm betragen soll, damiw kein Gleiten an diesen Stellen infolge Berührung eintritt. Anf diese Weise wird ein möglichst gleitarmeβ Abrollen aller beteiligten Körper untereinander ermöglicht. Die Distanz- und Führungskörper über-

-15-

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nehmen ausserdem die axiale Führung und verhindern weitgehend das Schränken der Rollkörper.

Wenn bei Rollenlagern aus platzsparendem bzw. konstruktiven oder kostenmässigen Gründen der Aussen- und/oder Innenring gemäss Figur 1 eingespart werden soll, können diese Teile durch die Welle selbst oder der Aussenring durch ein Gehäuseteil oder sonstigen Körper ersetzt werden. Wenn nux "τ Innenring entfällt, kann der Käfig 4 nicht im Innenring laufen, sondern muss im Aassenring geführt werden, wie dies in Figur 8 dargestellt ist. Diese Bauweise hat jedoch den Nachteil, dass der Käfig im Aussenring mit wesentlich höherer Gleitgeschwindigkeit läuft als im Innenring 1 der Figur 1. Die in Figur 8 dargestellte Bauweise kann auch mit Innenring ausgeführt werden, vorzugsweise bei Lagern ait niedrigen Drehzahlen.

Vollwälzlager werden zweckmässig mit Aus sen- und Innenring ausgestattet, weil die Montage der Lagerung chne diese Ringe an der Lagerungsstelle direkt zu Schwierigkeiten führen «ürde oder überhaupt nicht möglich ist.

Die Anzahl der im Lager tragenden Rollkörper erhöht in gleichem Verhältnis die Tragfähigkeit wie sie sie umgekehrt mit kleiner werdendem. Rollkörperradius reduziert. Dadurch bleibt die Tragfähigkeit des Lagers vom Rollkörperradius unabhängig, sofern die Wälzflächen des gesamten Lagers voll mit Rollkörpern belegt wird. In einem solchen Falle ist die Tragfähigkeit bei gleichbleibender Wälzoberfläche des Innenringes unabhängig von dem Rollkörperradius, d.h., es können zur Erzielung gleicher Tragfähigkeit sowohl wenig grosse als auch viele kleine Rollkörper verwendet'werden. Theoretisch können also auch mikroskopisch £lelne Rollkörper in der Gröseenordnung der Schichtdicke von Schmiermittelfilmen diese Auf-

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- 16 -

gäbe übernehmen. In der Praxis beschränkt man sich vor- "M-.-

wiegend auf eine wirtschaftlich optimale Rollkörperzahl, .-die um so höher ausfüllen kann, 3® preisgünstiger die Zahl der benötigten Rollkörper hergestellt werdeü Iran, ι» In einem solchen Falle niinnt nicht nur der Aussendurchmesser des Lagers um den verringerten Betrag des Roll— körperdurchmessers ab, sondern auch die Wandstärken dee TriTigTi- und/oder Aussenringes, weil die maximalen Druckspannungen an den Wälzflächen abnehmen, und sie sich gleichmässiger über den Umfang verteilen. Diese Toraussetzungen werden bei Verwendung von Kunststoffen in vorteilhafter Weise erfüllt so, dass derartige Wälzlager eich durch niedrige Baugröasen, also kleinere Aussendurchmesser auszeichnen.

Ebenso wie die geometrische E>^3£ii>sse lässt sich auch die Werkst of fkenngrösse erfi^-uungsgemäss vorteilhaft beeinflussen und zwar dadurch, dass dem verwendeten Kunststoff Füllstoffe zugegeben werden, die seine Festigkeit stärker erhöhen als den Elastizitätsmodul. Derartige Füllstoffe (in der Zeichnung nicht dargestellt) sind vorzugsweise metallische oder nichtmetallische Pulver", z.B. bestehend aus Sis en, Kupfer und/oder Aluminium und deren Legierungen oder Kunststoffen, Graphx· οι. · \. _Λ ^Jändi-Bulfit oder Mischungen aus mehreren solch «offen. Tor* teilhaft sind solche Füllstoffe ei-··■ .. ^^ , die die Gleiteigenschaften des Grundkunst&toffes verbessern. Es wurde nun gefunden, dass durch 5 - 30 % Tolumen dieser Füllstoffe in Polyamiden oder anderen Kunststoffen die Verkstoffkenngrössen auf den doppelten Wert anwachsen. Ferner erhöhen die Zugabe von Glasfasern oder die Kaltverformung stark die Festigkeit. In Terbindung »it der Verbesserung der geometrischen Kenngrössen lässt eich die Belastungefähigkeit bei Linienberührung bis auf 70 -8O]C der 100Cr6-Lager und bei kugeliger Berührung auf 300]( erhöhen.
■ .

' Bekanntlich liegen die Druckspannungsspitzen nicht an

der Wälzoberfläche, sondern einen bestimmten Abstand ■ ι , tiefer, der sich nach der Werkstoffkenngrösse richtet.

Die Werkstoffkenngrössen des Wälzlagers können er-

.·■ ' xludungögöwäSS dadurch Srhwht ^Srden^ da-SS diese Span»

^: nungespitzen nicht mehr vom Kunststoff, sondern von

einem Werkstoff mit höherer Druckfestigkeit aufgenommen werden. In einem solchen Falle bestehen die Rollkörper und/oder Innen- sowie Aussenringe aus Metall, deren , Wälzflächen mit einer Kunststoffschicht von 0,1 - 1,0 mm überzogen sind. Diese Metallkörper können aus Bisen,

.( Kupfer, Aluminium und/oder deren Legierungen or?er ande

ren Werkstoffen bestehen. Voraussetzung für eine solche Werkstoffpaarung ist eine so hohe Haftfestigkeit der Kunststoffschicht auf den Metallen, dass die auftreten»

• ■ . den Spannungen die Schichten nicht lösen.

Ein weiterer Vorteil der Wälzlager aus Kunststoff liegt in dem erheblich niedrigerem Gewicht, das je nach Ausführung nur 15 - 20 j> der Ausführung in Stahl ausmacht. Hi ar durch «erden die Massenkräfte insbesondere bei hohen Drehzahlen klein, so dass die hierdurch bedingten Be-

. ___ Ia6tungen im Gegensatz zu den Stahllagern praktisch . „

r . ■ TernachläBBigt werden können«. *~^ \ :

I! *· 701695930.3.72 -18-

Claims

.,/Wälzlager zur Aufnahme von Bewegungen, insbesondere Drehbewegungen^ aait radialer und/oder axialer Belastung, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollkörper und/oder der Innen- und/oder der Aussenlagerring aus Kunststoff od^r aus Metall mit einem Kunststoffüberzug oder auf «_etall in Verbindung mit ein·:..? Gegenlauffläche aus Kunststoff bestehen, so dass jeweils die Werkstoffpaarung Kunststoff/Kunststoff oder Kunststoff/ Metall an den Wälzflächen auftritt.

Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbauelemente wie Rollkörper, Lagerringe, Rollkörperkäfig aus dem gleichen oder unterschiedlichen Kunststoff bestehen und die Werkstoffkombination der Kunststoffe so gewählt wird, dass die Werkstoffkennziffer für Linienberührung der Rollkörper, die f,ich

aus der Formel W_ = 6^» ( 1 -v )

ζ ε

berechnet, zwischen

den Werten 0,1 und 3,0, vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 1,5, liegt.

Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Lagerbauelemente wie Rollkörper, Lagerringe, Rollkörperkäfige aus dem gleichen oder unterschiedlichen Kunststoff bestehen und die Werkstoffkombination der Kunststoffe so gewählt wird, dass die Werkstoffkennziffer für Punktberührung der Rollkörper, die sich aus der Formel W_fc = 6L2 (1 -1>²)² berechnet, zwischen

den Werten 0,001 und 0,1, vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 0,05, liegt.

Wälzlager nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffe, aus denen die Lager-

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el^nente bestehen oder die in einer Schicht auf die Metalloberfläche aufgetragen sind, vorzugsweise ABS- ; Polymerisate* Poll aide. Polyoxymethylen, Polyphenyl £ oxid, Polysulfon, Aaid-Imid-Copolyner sind und die Schichts^ärke 0,01 bis 1 am beträgt.

5· wälzlager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffe mit metallischen und/oder nichtmetallischen, die werkstoffkenngrössen verbessernden Füllstoff en in Mengen von 2 bis 30^ Volumen, vorzugsweise 5 bis Λ J^ Volumen angereichert sind, z. B. metallische und/ oder nichtmetallische Pulver aus Eisen, Kupfer, AIu-Binium, Kunststoff en, Graphit, molybdändisulfit, - , I Glasfasern, Kohlenstoff o. öftl.

6· Wäager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet., daß anstelle eines Käfigs die Distanz zwischen den tragenden BoUkörpern Distanz- und Führungerollkörper zwecks vollständigen Abwälzena aller Teile untereinander erreicht wird. . ·.

7· Wälzlager nach einem oder; merern \qt k\tan t 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, das die- ^" <ansrollkörper aus Kunststoff,' Metall <y- ' ^Ll mit einem Kunststoffüberzug bestehen jdA. auf die abwalzenden Lagerelemente so abgestimmt sind, dafi insbesondere die Merkmal« der Ansprache 1 bin 3 erfüllt sind.

8· Wälzlager nach einem oder mehreren der Anspruch·) 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innen- und/oder der Außenring durch einen beliebigen relativ stillstehenden und/oder bewegten Seil» s. B. ein Oehttuse, ein· Welle oder dgl., ersetzt int.