DE2348986A1

DE2348986A1 - Lager mit durch einen radial elastischen ring vorgespannten rollkoerpern

Info

Publication number: DE2348986A1
Application number: DE19732348986
Authority: DE
Inventors: Daniel Dosne
Original assignee: Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
Current assignee: NTN Europe SA
Priority date: 1973-03-26
Filing date: 1973-09-28
Publication date: 1974-10-10
Also published as: IT1003388B; GB1451006A; FR2224014A5; JPS49127052A; DE2348986B2; US3910657A

Description

DR. MOLLER-BORe DlPL-PHYS. DR. MANITZ Dl>»L.-OHhM. UR. DcUFEL DIPL.-ING. FINSTERWALD DIPL.-ING. GRÄMKOW

PATENTANWÄLTE

S 2596 - Erb München, den 28. SEP. 1973

Soeilte Nouvelle de Roulements
74000 Annecy, Frankreich

Lager mit durch einen radial elastischen Ring vorgespannten Rollkörpern

Die Erfindung betrifft ein Lager, das die Absorbierung der Kräfte gestattet, die auf einen sich im Inneren eines Gehäuses drehenden Körper ausgeübt werden, der beispielsweise eine Maschinenspindel sein kann. Dieses Lager hat ferner die Eigenschaft, seine Ausgangsmerkmale unabhängig von der Drehgeschwindigkeit des sich drehenden Körpers und trotz einer leichten Erwärmung dieses Körpers beizubehalten.

Es sind Lager bekannt, die mit Hilfe von Wälzlagern ausgeführt sind. Diese Wälzlager können Kugellager mit geradem oder schrägem Kontakt, Zylinderoder Ke.gelrollenlsger oder Nadellager sein. Die Rollen-

409841/0620 -2-

lager und Nadellager können ggf. ein eingegliedertes Drucklager aufweisen. Die gebräuchlichen Wälzlager besitzen im allgemeinen einen Außenring, der in einen Absatz des Gehäuses eingesetzt wird, und in den -meisten Fällen einen Innenring, der an einer Schulter des sich drehenden Körpers sitzt, wobei diese beiden Ringe eine Laufbahn für die zwischen ihnen angeordneten Rollkörper bilden.

Der Hauptnachteil dieser Wälzlager bestreht in einem starken Temperaturanstieg im Betrieb bei hohen Drehzahlen. Da der Temperaturanstieg des sich drehenden Körpers stärker als der der Lager oder des Gehäuses ist, kommt es zu einer Pressung der Rollkörper, wodurch die Wälzlager ■beschädigt werden können.

Bei Verwendung von Zylinderrollenlagern muß das Spiel der Lager bei der Montage in Abhängigkeit von der Betriebsdrehzahl eingestellt werden. Es muß also im Ruhezustand für eine hohe Drehzahl ein größeres Spiel als für eine niedrigere Drehzahl vorgesehen werden. Infolgedessen können Elemente, die für verschiedene Drehzahlbereiche bestimmt sind, nicht untereinander ausgetauscht werden.

Es sind jedoch Zylinderrollenlager für sehr hohe Drehzahlen bekannt, die, um zu vermeiden, daß sich die Rollen in den nicht belasteten Zonen von dem Innenring abheben und aufhören, sich zu drehen, bis sie in einer be-'lasteten Zone wieder in Drehung versetzt werden, was schädliche Beschleunigungen bei der Wiederaufnahme des Kontakts mit sich bringt, Hohlrollen besitzen, die eine gewisse Vorspannung gestatten. Diese Vorspannung ist so gewählt, daß die Rolle selbst in den nicht belasteten Zonen an dem Innenring in Anlage, also in Drehung gehalten

-3-4 0 9 ε ■', 1 / "' 2 0

2348386

wird. Das Abheben der Sollen ist eine der Hauptursachen der geringen Lebensdauer der Wälzlager, da die durch das Abheben verursachten Beschleunigungen bei den Wiederaufnahmen des Kontakts einen Verschleiß der Wälzlager mit sich bringen. Die Hohlrollen haben jedoch zwei Nachteile: Einerseits kann ihre Abmessungsvorspannung angesichts ihres geringen Durchmessers nur gering sein und andererseits verringert die Aussparung in der Achse der Rolle stark die Starrheit des Wälzlagers, was bei manchen Anwendungsgebieten, beispielsweise bei Spindeln von Werkzeugmaschinen, nicht zugelassen werden kann.

Die Kugellager besitzen im allgemeinen nicht die Nachteile der Rollenlager und können so vorbelastet werden, daß eine Verwendung bei jeder beliebigen Drehzahl ohne die Notwendigkeit einer Verstellung möglich ist. Ihre Kapazität ist jedoch gering, wodurch häufig ihre An— Wendungsmöglichkeiten und/oder ihre Lebensdauer beschränkt werden.

Ferner sind hydrodynamische Lager bekannt. Sie verbrauchen eine sehr große Leistung bei hohen Drehzahlen und können bei sehr niedrigen Drehzahlen nicht arbeiten. Sie besitzen ferner den Nachteil, daß sie selten unabhängig sind, da sie oft eine Kühlung des Tragfluids erfordern.

Ferner sind hydrostatische und ärostatische Lager bekannt. Ihr größter Nachteil besteht darin, daß sie nicht unabhängig sind, da sie einen Druckerzeuger für das Tragfluid erfordern.

Das erfindungsgemäße Lager besteht aus mindestens einer Reihe von Rollkörpers, die unter Zwischenlegung

-4-409 8 4 1/0620

eines Ringes oder direkt auf einer glatten Auflagefläche des sich drehenden Körpers oder der Bohrung des Gehäuses einerseits und andererseits auf einer Laufbahn rollen, die entweder innen oder außen an einem dünnen, radial elastischen Ring gebildet ist und auf der die Rollkörper mit radialer Vorspannung montiert sind.

Der elastische Ring dient somit je nach den Erfordernissen der Verwendung als Außenring mit oder ohne Verwendung eines Innenrings oder als Innenring mit oder ohne Verwendung eines Außenrings. Er ist entweder auskragend montiert und so geformt, daß er ge nachdem, ob er.als Außen- oder Innenring dient, entweder an dem Gehäuse oder an dem sich drehenden Körper befestigt und diametral zentriert ist, oder mit seinen beiden Endrändern zentriert, die die Möglichkeit einer elastischen radialen Verformung seines zentralen Teils in der Bohrung oder der Montagewelle durch eine entsprechende Oberflächenverschiebung freilassen.

Gemäß einer bevorzugten Lösung sind die Rollkörper in der Mitte eines breiten Auflageteils des elastischen Rings eingeschlossen, der der Zentrierung des Rings entgegengesetzt angeordnet ist und eine geringe Stärke hat, und sind an ihren Stirnflächen durch Anschläge geführt, die von Schultern gebildet werden, die an der einen oder der anderen Laufbahn vorgesehen sin können. Es können natürlich auch andere Pührungseinrichtungen benutzt werden.

Genauer gesagt besitzt der elastische Ring, mit dem das erfindungsgemäße Lager bestückt ist, in Kombination

-5-

0 9 ε 4 1 / C :j 2 Ö

folgende Merkmale, die durch die Erfahrung bestimmt wurden:

1. Das Verhältnis zwischen der Stärke e des Ringes und seines Durchmessers 0, jeweils gemessen in Millimeter, erfüllt im wesentlichen die Gleichung e ■ 2,5 + 0,02 0.

2. Der Ring übt auf die Rollkörper zu Beginn eine diametrale Vorspannung oder Pressung von etwa 0,001 bis 0,05mm aus, was die Differenz zwischen der Innenbohrung des Ringes und dem Durchmesser des äusseren Umhüllungszylinders der Rollkörper ist.

3. Die Länge des freienTeils des Ringes, wenn er an einem seiner Enden eingespannt ist, ist so gewählt, dass die Verformung dieses Ringes ohne zu starke Belastung der Rollkörper vor sich geht, und muss zu diesem Zweck etwa das Dreifache oder eher mehr als das Dreifache der Länge seiner die zylindrischen Rollkörper berührenden Erzeugenden oder grosser als das Dreifache der Breite der in seiner Innenbohrung vorgesehenen Rille sein, wenn die Rollkörper aus in dieser Rille rollenden Kugeln bestehen.

Aus dem Vorhergehenden lässt sich folgendes ableiten:

1. Das erfindungsgemässe Lager besteht aus mindestens einerReihe von Rollkörpern, die sich zwischen zwei Laufbahnen drehen, deren eine starr ist und deren andere im wesentlichen im mittleren Teil eines elastischen Rings liegt, der sich zu beiden Seiten über diese Laufbahn hinauserstreckt, wobei die Rollkörper durch diesen elastischen Ring durch eine Pressung von etwa 0,001 bis 0,05 mm vorgespannt montiert sind, die der radialen elastischen Verformung dieses Ringes in der Zone der Laufbahn entspricht.

409841/0620

2. Je nach den Anforderungen des Gebrauchs ist der elastische Ring an einem Ende starr zentriert, wobei das andere frei ist, ist radial auf einer Breite verformbar, die im wesentlichen das Dreifache der Länge der Erzeugenden ist, die mit den im mittleren Teil dieser Breite angeordneten Rollkörpern in Berührung ist, und besitzt eine Stärke e, die, bezogen auf seinen Durchmesser 0 in Höhe der Kontaktfläche der Rollkörper, im wesentlichen die Gleichung e = 2,5 + 0,02 0 erfüllt.

3· Je nach den Anforderungen der Verwendung ist der elastische Ring'an jedem seiner Enden starr zentriert, wobei der elastische und verformbare Teil dieses elastischen Rings bezüglich zweier bei der Montage des Wälzlagers starr zentrierter Ränder leicht vertieft ist, wobei die Möglichkeit der diametralen Verformung dieses zentralen Teils beibehalten wird.

4. Der elastische Ring kann den Außenring des Lagers bilden, wobei die starre Laufbahn ein integrierender Bestandteil des Organs ist, auf dem das Lager montiert ist.

5. Der elastische Ring kann den Innenring des Lagers bilden, wobei die starre Laufbahn ein integrierender Bestandteil des Organs ist, in dem das Lager montiert ist.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform in dem Fall, in dem das erfindungsgemäße Lager zur Führung einer Werkzeuginas chinenspindel in ihrem Gehäuse benutzt wird, bildet die Spindel den sich drehenden Körper und die Rollkörper sind zylindrische Rollen. Die Rollen laufen einerseits direkt auf einer glatten Auflagefläche der Spindel und

-7-

409841/0620

andererseits auf einer im Inneren des elastischen Rings vorgesehenen Laufbahn. Dieser kann somit als Außenring betrachtet werden. Er ist diametral durch einen zylindrischen Auflageteil zentriert, der ohne Spiel in die Bohrung des Gehäuses eingefügt ist, und besitzt einen kreisförmigen Bund, mittels dem er durch einen Befestigungsring an die Seitenfläche des Gehäuses angedrückt gehalten wird, Er ist ferner mit einer diametralen Vorspannung von 0,001 bis 0,05 mm auf den Rollen montiert. Dieses und die folgenden Merkmale gelten auch für den umgekehrten Fall, dh. wenn der elastische Ring als Innenring benutzt wird.

Das Hauptmerkmal des elastischen Rings besteht darin, daß das Verhältnis "zwischen seiner Stärke und seinem Innendurchmesser so bestimmt ist, daß er eine gewisse Umfangsnachgiebigkeit in Höhe der Rollen besitzt, die ihm gestattet, unter dem Druck der Rollen sich zu verformen, indem er die radiale Ausdehnung der Spindel sowie der Rollen absorbiert, wobei er eine geeignete Spannung und eine hohe radiale Steifheit beibehält. Das der Befestigung entgegengesetzte, freie Ende des elastischen Rings überragt das Ende der Rollen weit, so daß sich der elastische Ring unter dem Ausdehnungsdruck der Spindel sowie der Rollen ausschließlich in Höhe der Rollen verformt und nicht dazu neigt, sich auszuweiten, wodurch die Rollen keilförmig gehalten würden, was katastrophale Folgen hätte. Dieses freie Ende des elastischen Ringes wird ferner zweckmäßigerweise zur Aufnahme des Dichtrings des ^pindellagers benutzt.

Der elastische Ring bildet einen radial sehr elastischen Mantel, d.h. kann seinen Durchmesser unter der Einwirkung der Innenkräfte (im Fall der bevorzugten Ausführung) oder der Außenkräfte (im umgekehrten Fall), die durch die Rollen und/oder die Spindel erzeugt werden, leicht vergrößern oder verringern, wobei er vollkommen kreisförmig

409841/0620 ~⁸~

bleibt. Gleichzeitig bildet er jedoch infolge seines großen Durchmessers und seiner Einspannung in dem Gehäuse einerseits und seines starken Metallquerschnitts andererseits einen bezüglich Biegung und Scherung sehr starren Körper. Aufgrund der geringen Stärke des elastischen Rings, die mit der Gleichmäßigkeit der Verteilung des von den Rollen ausgeübten Drucks verbunden ist, braucht seinen eigenen Formfehlern nicht Rechnung getragen zu werden.

Bei einem gegebenen Spindel- und Rollkörperdurchmesser ist die Spannung in Höhe des Kontakts der Rollen und der Spindel von dem Innenradius und der Stärke des elastischen Rings abhängig. Mittels in der Mechanik bekannten Formeln wird jedoch gezeigt, daß diese Spannung maximaler Oberfläche sich unter gewissen Bedingungen wenig ändert, wenn sich einerseits die Pressung des elastischen Rings auf den Rollkörpern und andererseits die Stärke des elastischen Rings ändert. Da ferner die Steifheit des Lagers infolge des großen Durchmessers des elastischen Rings stets sehr hoch ist, können praktisch immer elastische Ringe mit geringer Stärke und mit weiten Maßtoleranzen gewählt werden. Dieses Verhältnis von Durchmesser zu Stärke ist durch die bereits genannte Formel e = 2,5 + 0,02 0 ausgedrückt.

Da die Ausdehnung der Spindel und der Rollen ständig durch die Verformung des elastischen Rings absorbiert wird, erhält man ein Lager, das einen weiten Betriebs-Drehjsahlbereich zuläßt und keine Voreinstellung des Arbeitsspiels in Abhängigkeit von der gewünschten Drehzahl erfordert, woraus sich ein weiter Verwendungsbereich ergibt. In der Praxis besitzt dieses Lager hinsichtlich der Drehzahl keine untere Grenze und seine obere Grenze liegt wesentlich höher als bei herkömmlichen Wälzlagern, da die Wärmeabgabe infolge des Fehlens eines Käfigs gering ist.

40984 1/0620

-9-

_ 9 —

Es besitzt große Möglichkeiten radialer Belastungen und erfordert bei der Montage kein einwandfreies Ausrichten der beiden für die Führung einer Spindel erforderlichen Lager.

Bei den Verwendungszwecken, bei denen das Lager weder einen Innenring (oder einen Außenring - je nach der vorgesehenen Verwendung) noch einen Käfig besitzt, ergeben sich noch weitere Vorteile. Seine Herstellungskosten sind geringer als die eines bekannten Wälzlagers. Sein radialer und axialer Platzbedarf ist gering, was geringe Achsabstände zwischen den Spindeln, eine Verringerung des Auskragens der Spindelnase und eine Erhöhung der Steifheit der Spindel ermöglicht, die somit bei im allgemeinen gleichem Platzbedarf einen größeren Durchmesser haben kann.

Die gebräuchlichen Rollenlager erfordern die Verwendung von Axiallagern, zu deren Aufnahme Aussparungen in den Bohrungen des die Spindeln tragenden Gehäuses ausgearbeitet werden müssen. Das erfindungsgemäße Lager gestattet die Eingliederung dieser Axiallager in den elastischen Ring des Radiallagers, was die Bearbeitung des Gehäuses sehr vereinfacht und somit noch zur Verringerung der Herstellungskosten beiträgt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen eines solchen Maschinenspindellagers, die in der beiliegenden Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen:

1 einen Längsschnitt durch eine Maschinenspindel, 'die mit einem erfindungsgemäßen Lager in Verbindung mit einem doppelten Druckkugellager mit schrägem Kontakt versehen ist,

-10-

40 9 8 41/0620

- ίο -

Fig.. 2 eine schematische Darstellung des elastischen Rings, der an einem Ende eingespannt ist und eine leichte Wölbung annimmt, wenn er der Biegung und der Ausdehnung unterworfen ist,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Maschinenspindel, die mit einem erfindungsgemäßen Lager in Verbindung mit einem hydrostatischen Drucklager ausgerüstet ist, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Lagers mit einem an seinen beiden Enden zentrierten elastischen Ring.

In Fig. 1 dreht sich die Spindel 1 im Inneren des Gehäuses 2 über Lager. Das hintere Lager besteht aus einer Reihe von zylindrischen, aneinanderstoßenden Rollen 3, die direkt einerseits auf einer glatten Auflagefläche 4 der Spindel 1 und andererseits im Inneren eines elastischen Rings 5 rollen, der sie um die Spindel 1 herum in Stellung hält. Die zylindrischen Rollen 3 werden seitlich auf einem Abschnitt ihrer Stirnflächen einerseits durch eine Schulter 6 der Spindel 1 und andererseits durch die Anlagefläche 7 des Halters 8 des Dichtrings 8a geführt, der seinerseits durch die gesicherte Mutter 9, die die Rolle 10 auf der Spindel 1 blockiert, in Stellung gehalten wird.

Der auskragend montierte, elastische Ring 5 besteht nacheinander aus einem zylindrischen Auflageteil 11, durch den er diametral durch spielfreie Montage in der Bohrung des Gehäuses 2 zentriert wird, einem kreisförmigen Außenbund 12, mit dem er an der hinteren Seitenfläche des Gehäuses 2 durch den durch Schrauben an dem Gehäuse blockierten Befestigungsring festgeklemmt wird, und einem zweiten zylindrischen Auflageteil 14, der lang ist und eine geringe Stärke hat und in dessen Innerem in der Mitte die Rollen 3 rollen. Der Dichtring 8a des Lagers sitzt unter dem freien

.409841/0620 ^

Ende 14 des elastischen Rings 5· .

Ein Schmierkanal 15 durchquert den hinteren oberen Teil des Gehäuses 2 sowie den zylindrischen Auflageteil 11 des Außenringes 5j mündet innerhalb dieses Rings aus und schmiert die Rollen 3- Es sind jedoch auch andere Schmierarten möglich.

Die Beziehung zwischen der Stärke e des Ringes 5 und des Durchmessers 0 seiner Bohrung ist durch die Gleichung e = 2,5 + 0,02 0 gegeben.

Die Länge 1 seines freien Teils 55 ist gleich dem Dreifachen der Länge d der Rolle 3, die auch die Länge der Erzeugenden des Kontakts zwischen der Bohrung des Rings und der Außenfläche der Rolle ist.

Die dem Ring verliehene Vorspannung beträgt in dem vorliegenden Beispiel 0,02mm in dem Durchmesser.

Fig. 2 zeigt in stark vergrößerter Darstellung die leichte Wölbung, die der freie Teil des an einem seiner Enden eingespannten Rings annimmt, wenn die Rollen unter Spannung sind.

Bei Betrieb liegt die maximale Wölbung unter der Einwirkung der Ausdehnung und der Biegung im wesentlichen in der radialen Ebene D-D, die durch die Mitte der Kontaktlinie zwischen den Rollen und der Laufbahn des elastischen Ringes läuft.

Das vordere Lager ist eine Abwandlung des erfingungsgemäßen Lagers, das mit einem Drucklager verbunden

-12-

409841 /0620

ist, das aus zwei einander entgegengesetzt montierten Kugellagern 16 und 17 mit schrägem Kontakt besteht, die zur Aufnahme der axialen Kräfte dienen, denen die Spindel 1 unterworfen ist, und die bezüglich des elastischen Rings 25 und des Gehäuses 2 radial frei montiert sind. Dieses Lager besitzt dieselben Hauptbestandteile wie das hintere Lager. Die zylindrischen.Rollen 3, die direkt auf der glatten Auflagefläche 18 der Spindel 1 rollen, werden seitlich auf einem Abschnitt ihrer Stirnseiten einerseits durch eine Schulter 19 der hinteren Fläche der Nase der Spindel 1 und andererseits durch die Anlagescheibe 20 geführt, die die Innenringe der Wälzlager 16 und 17, die durch die auf den mit Gewinde versehenen Teil 22 der Spindel 1 aufgeschraubte Mutter 21 in geradliniger Bewegung blockiert sind und durch die Zwischenscheibe 23 getrennt sind, in Stellung halten. Anstelle dieser Anordnung können auch andere Blockiereinrichtungen vorgesehen werden.

Der zylindrische Auflageteil 24 zur Zentrierung des elastischen Ringes 25 in der Bohrung des Gehäuses 2 besitzt einen kreisförmigen Innenbund 26, der ein axiales Anlageteil und ein Zwischenstück für die Außenringe der Wälzlager 16 und 17 bildet. Dagegen sind der kreisförmige Außenbund 27 und der zylindrische Auflageteil 28 des elastischen Rings 25 sowie der Befestxgungsring 29 abgesehen von den Abmessungen - wie der kreisförmige Außenbund 12 und der zylindrische Auflageteil 14 des elastischen Rings 5 sowie wie der Befestigungsring 13 ausgebildet. Sie erfüllen dieselben Aufgaben und besitzen dieselben Eigenschaften.

Der kreisförmige Innenbund 26 gewährleistet somit

-13-

4098 Λ 1/0620

die Positionierung und die axiale Festsetzung der Spindel durch die Kugeldrucklager 16 und 17» deren Außenringe, die einfach an dem Bund 26 anliegend montiert sind, sich frei zentrieren können, wodurch jede Gefahr der Verklemmung der Kugeln zwischen ihren Ringen bei Betrieb ausgeschlossen ist. Das axiale Spiel wird dadurch beseitigt, daß die Wälzlager mit einer axialen Vorspannung montiert werden, wobei die freien Ringe auf den Zwischenbund eine Klemmwirkung ausüben.

Wie bei dem hinteren Lager durchquert ein Schmierkanal 30 den oberen vorderen Teil des Gehäuses 2 sowie den zylindrischen Auflageteil 24- und den kreisförmigen Innenbund 26 des elastischen Rings 25, mündet zwischen den Wälzlagern 16 und 17 aus und schmiert das gesamte vordere Lager'. Stattdessen kann jedoch auch jede andere Schmierart verwendet werden.

Der unter dem freien Ende 28 der Laufbahn des elastischen Rings 25 eingesetzte Dichtring 31 des Lagers ist in die Nase der in dem Lager montierten Spindel 1 eingegliedert, wodurch eine zusätzliche Verringerung der Längsabmessung erreicht wird. Anstelle dieser Anordnung können jedoch auch andere Dichtungsarten verwendet werden.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung, bei der die Spindel mit erfindungsgemäßen Lagern ausgestattet ist, die in Verbindung mit einem hydrostatischen Drucklager montiert sind, das zur Absorbierung der axialen Belastungen der Spindel 1 dient und dabei die aus den Wälzlagern 16 und 17 der Fig. 1 bestehenden Druckkugellager ersetzt. Anstelle dieser Anordnung können jedoch auch beliebige andere Drucklager, insbesondere Rollendrucklager, Nadeldrucklager, hydrodynamische und ärostatische Drucklager, ver-

-14-409.8 41/0620

wendet werden. Bei der Abwandlung von Fig. 3 ist das hintere Lager genau so wie das von Fig. 1 ausgebildet.

Der elastische Ring 25 des vorderen Lagers von Fig. 3 hat denselben Aufbau und dieselben Funktionen wie der elastische Ring des vorderen Lagers von Fig.1. Der kreisförmige Außenbund 27 und der zylindrische Auflageteil 28 sowie der Befestigungsring 29 sind gleich und der kreisförmige Innenbund 26 des zylindrischen Auflageteils ist einfach so ausgebildet, daß er den ringförmigen Körper 32 des hydrostatischen Lagers von Fig. 3 bildet. Der kreisförmige Innenbund 26 und der ringförmige *Körper 32 erfüllen dieselbe Funktion eines axialen Anschlags. Der kreisförmige Innenbund des elastischen Rings kann also so ausgebildet sein, daß er als hydrostatisches Drucklager, Wälzlageranschlag u.a. dient.

Im Fall eines hydrostatischen Drucklagers sind die Aussparungen für die ölzuleitung, die Tragsegmente bilden, zweckmäßigerweise auf den Flächen des Bundes 32 ausgespart und bezüglich Anzahl und Oberfläche so angeordnet, daß die abgescherte Ölfilmoberfläche maximal reduziert wird, wobei sie jedoch mit den zu tragenden Lasten vereinbar bleibt.

Der elastische Ring besitzt somit ggf. an seinem starr zentrierten Ende einen, radialen Bund, der auf der Seite der Laufbahn der Rollkörper angeordnet ist und als Anlagezwischenstück zwischen zwei Axiallagerelementen dient.

Diese beiden Axiallagerelemente können zwei axial vorgespannte Kugellager mit schrägen Kontakten sein, bei denen einer der Ringe zentriert ist und der andere frei ist. Diese beiden Axiallagerelemente können auch die Wangen

—15— 409841/0620

eines hydrostatischen Drucklagers sein, dessen Speisung mit Tragfluid in dem Bund ausgespart ist und die Tragsegmente bildenden Aussparungen auf jeder Seitenfläche dieses Bundes versorgt. .

Das hydrostatische Lager selbst ist auf bekannte Weise ausgebildet und arbeitet auf bekannte Weise. Es besitzt zwei Wangen 33 und 34 die mit einem geringen Längsspiel zu.beiden Seiten des ringförmigen Körpers 32 angeordnet sind und jeweils an einer der Stirnflächen eines Zwischenstücks 35 anliegen, das mit einem großen Spiel im Inneren der zentralen Bohrung des ringförmigen Körpers 32 sitzt. Die aus den Wangen 33 und 34- und dem Zwischenstück 35 bestehende Einheit ist bezüglich Drehung und geradliniger Bewegung auf der Spindel 1 einerseits durch das an der Schulter 37 der Spindel T anliegende Zwischenstück 36 und andererseits durch die Mutter 38 blockiert, die auf den mit Gewinde versehenen Teil 39 der Spindel 1 aufgeschraubt ist. Das Zwischenstück 36 dient ferner zur seitlichen Führung einer der Stirnseiten der direkt auf einer glatten Auflagefläche 18 der Spindel 1 rollenden Rollen 3» deren andere Stirnfläche durch die Schulter 19 der hinteren Fläche der Nase der Spindel 1 geführt wird. Anstelle dieser Anordnung sind auch andere Einrichtungen zur Führung der Rollen und zur Blockierung der Einheit möglich.

Die Speisung des hydrostatischen Lagers mit Tragfluid, das aus Öl besteht, wird mittels einer Düse 40 vorgenommen, die mit Dichtungswulstringen 41 und 42 versehen ist und im Inneren eines in dem oberen Teil des Gehäuses 2 vorgesehenen Kanals sitzt. Das Fluid wird im Inneren des ringförmigen Körpers 32 vor seiner Verwendung durch eine Gruppe von Kanälen 43 und nach seiner Verwendung durch die Kanäle 44 und 45 geleitet, bevor es über eine Gruppe von in der Basis des Gehäuses 2 vorgesehenen Ent-

4098A1/0620 "¹⁶"

23A8986

ladekanälen 46 abgeführt wird. Es wird ferner vor dem hydrostatischen Lager durch ein rotierendes Ablenkelement 47 aus dünnem Blech geleitet, das zwischen die Wange und das Zwischenstück J6 eingesetzt ist und dessen Umfangsende 48 an einer Seitenfläche 49 eines Ringes 50 anliegt, der im Inneren der Bohrung des elastischen Rings 25 einerseits durch eine Schulter 51 und andererseits durch einen Blockierring 52" blockiert ist, der in einer kreisförmigen Nut dieser Bohrung sitzt.

Dieses vordere Lager besitzt wie das Lager von Fig. 1 einen Kanal (nicht dargestellt) zum Schmieren der Rollen 3 sowie einen der Nase der Spindel 1 eingegliederten Dichtring 31· Es kann Jedoch auch ,jede andere Schmier und Abdichtungsart vorgesehen werden. Das rotierende Ablenkelement 47 verhindert den Zutritt einer zu großen Ölmenge zu den Rollen 3 d-es vorderen Lagers.

Bei dem hinteren Lager genügt der Niveauunterschied, daß der Zutritt von Tragöl des hydrostatischen Lagers zu den Rollen 3 vermieden wird.

Wenn der elastische Ring des erfindungsgemäßen Lagers mit seinen beiden Endrändern starr zentriert ist, gewährleistet die zweifache Zentrierung die "tonnenförmige" Verformung des zentralen Teils unter dem Druck der Rollkörper, so daß eine größere Freiheit in der Wahl der Proportionen, Länge, Stärke und Durchmesser, des elastisch verformbaren zentralen Teils des Rings besteht, wobei die einzigen Grenzen die physikalischen Eigenschaften der Werkstoffe des Rings und der Rollköper und die durch das Anwendungsgebiet gegebenen Spannungsgrenzen sind. Die Berechnung derartiger Verhältnisse ist aus der Festigkeitslehre bekannt,

-17-409841/0620

Ein solcher Anwendungsfall sei nun an Hand der in Fig.4 schematisch dargestellten Abwandlung beschrieben.

Wie Fig. 4 zeigt, ist der elastische und verformbare Auflageteil 56 des elastischen Ringes 57» der die genannten Kriterien hinsichtlich seiner Länge 1 und seiner Stärke e erfüllt und innerhalb welchem in seiner Mitte die Rollen 58 rollen, durch zwei Ränder 59 begrenzt, deren Außendurchmesser etwas größer als der des Auflageteils ist und die in die Bohrung des Gehäuses 60 eingepaßt sind, wobei sie die Möglichkeit der diametralen Verformung dieses Auflageteils bieten.

Der elastische Ring 57 ist bezüglich geradliniger Bewegung im Inneren der Bohrung des Gehäuses 60 einerseits durch eine Schulter 61 und andererseits durch einen Blockierring 62 blockiert, der in einer kreisförmigen Nut dieser Bohrung sitzt, und zwischen die Rollen 58 und die Spindel 64 ist ein starrer Innenring 63 eingesetzt.

Auf diese Weise wird ein Wälzlager geschaffen, dessen Rollkörper ständig unter Spannung sind und infolgedessen weder im Ruhezustand noch bei irgendeiner Drehzahl ein radiales Spiel besitzen.

Die Erfindung betrifft ein Lager ohne Käfig für Wälzlager, deren Rollkörper (3) aneinanderstoßend zwischen zwei Ringen montiert sind, von denen einer starr und der andere (5) radial elastisch ist und die Rollkörper einer bestimmten Vorspannung unterwirft. Die Länge des freien Teils des elastischen Rings oder seines zwischen seinen Endeinspannungen liegenden Teils ist größer als das Dreifache der Länge seiner Erzeugenden, die mit den zylindrischen Rollkörpers in Kontakt ist, oder größer als das Dreifache der Breite der Laufrille, wenn die Rollkörper

-18-409841/Ü620

aus Kugeln bestehen.

Das erfindungsgemäße Lager ist für Werkzeugmaschinenspindeln verwendbar.

409841/0 6 2

Claims

ι ■ .

nachgereicht] —

Patentansprüche

/1.) Lager, bestehend aus mindestens einer Reihe von sich zwischen zwei Iiaufbahnen drehenden Rollkörpern, dadurch gekennzeichnet , dass eine der Laufbahnen starr ist und dass die andere im wesentlichen im mittleren Teil eines elastischen Rings gelegen ist,der sich zu beiden Seiten über diese Laufbahn hinaus erstreckt, wobei die Rollkörper durch diesen elastischen Ring durch eine Pressung von etwa 0,001 bis 0,05 Bim vorgespannt sind, die der radialen elastischen Verformung dieses Rings in der Zone der Laufbahn entspricht.
2. Lageijnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der elastische Ring an einem Ende starr zentriert ist, wobei das andere frei ist, und dass der Ring auf einer Breite radial verformbar ist, die gleich oder grosser als das Dreifache der Länge der Erzeugenden der Berührung mit den im mittleren Teil dieser Breite gelegenen Rollkörpern ist und eine Stärke e hat, die im wesentlichen die Gleichung e = 2,5 + 0,02 0 bezüglich seines Durchmessers 0 in Höhe der Eontakt fläche der Rollkörper erfüllt, wobei die Grossen e und 0 in mm gemessen sind.
3. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der elastische Ring an jedem seiner Enden starr zentriert ist.
4. Lager nach Anspruch 3₅ dadurch gekennzei c h n e t , dass der elastische und verformbare Teil des elastischen Ringes bezüglich zwei bei der Montage des Wälzlagers starr zentrierten Rändern leicht vertieft ist, wobei die Möglichkeit der diametralen Ver-

409841/0620

formung dieses zentralen Teils gewahrt wird.
5- Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der elastische Ring der Außenring ist, wobei die starre Laufbahn ein integrierender Bestandteil des Organs ist, auf dem das Lager montiert ist.
6. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der elastische Ring der Innenring ist, wobei die starre Laufbshn ein integrierender Bestandteil des Organs ist, in dem das Lager montiert ist.
7. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Lagerdichtring unter dem freien Ende des elastischen Rings sitzt.
8. Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der unter dem freien Ende der Laufbahn des elastischen Rings sitzende Lagerdichtring in die Nase der in dem Lager montierten Spindel eingegliedert ist.
9. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der elastische Ring an seinem starr zentrierten Ende einen radialen Bund aufweist, der auf der Seite der Laufbahn der Rollkörper gelegen ist und als Anlagezwischenstück zwischen zwei Axiallagerelementen dient.
10. Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Axiallagerelemente zwei axial vorgespannte Kugellager mit schrägen Kontakten

-21-

409841/0620

sind, von denen ein Ring zentriert und der andere frei
ist.
11. Lager nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Axiallagerelemente die Wangen eines hydrostatischen Drucklagers sind, dessen Tragfluidspexsung in dem Bund vorgesehen ist und die Tragsegmente bildenden Aussparungen auf jeder Seitenfläche des Bundes versorgen.

4098A1/0620