Elastische Bettang für Wälztraglager Die vorliegende Erfindung betrifft eine elastische Bettung für Wälzlager. Eine solche elastische Bet- tung vermag infolge gleichmässigerer Verteilung der Be lastung die Tragfähigkeit des Lagers zu erhöhen. Die Erfindung betrifft eine Bettung mit einem zwischen dem Aussenring des Wälzlagers und dem dieses Lager tragenden Bauteil angeordneten elastischen Zwischenkörper.
Es gibt Bettungen, bei denen der elastische Zwi schenkörper zwischen dem das Wälzlager tragenden Bauteil und dem Wälzlager nur mit geringerer Vor spannung, wie sie eben beim Einbau erzielt werden kann, eingebracht ist. Solche Anordnungen vermögen nicht die Belastbarkeit des Lagers gegenüber einem normal eingebauten Wälzlager zu steigern. Es wird praktisch nur eine Federung erreicht.
Es ist bereits für Förderbandrollen vorgeschlagen worden, zwischen dem Aussenring des Tragwälz- lagers und dem Mantel der Förderrolle einen elasti schen, unter axialem Vorspanndruck stehenden Zwi schenkörper vorzusehen. Es ist jedoch in diesem Fall nicht dafür gesorgt, dass der Aussenring des Wälzlagers unmittelbar am elastischen Zwischenkör per anliegt; er liegt vielmehr an einem Paar von Schalen an, die axial zusammengepresst werden, um den im Abstand vom Aussenring des Wälzlagers an geordneten elastischen Körper zu deformieren und so zwischen sich und den Innenumfang der Trag rolle zu klemmen.
Da sich diese Schalen unmittelbar gegen den Wälzlageraussenring anlegen und ihn stützen, bilden sie für ihn ein mehr oder minder starres Auflager. Die Tragfähigkeit eines Wälzlagers kann aber nur dadurch vergrössert werden, dass bei Wahrung einer genügenden Tragfähigkeit der äusseren Wälzlagerunterstützung dem Aussenring des Wälz lagers eine gewisse Nachgiebigkeit in Richtung der Lagerbelastung, also quer zur Achse des Lagers gewährt wird, was nur dann der Fall ist, wenn für eine elastische Stützung des Aussenringes des Wälz lagers gesorgt wird.
Eine solche Deformation des Aussenringes führt praktisch dazu, dass zur Übertragung der Lagerbe lastung von der gelagerten Welle zum Rahmen der Maschine oder dem sonstigen den Druck aufnehmen den Bauteil mehr Wälzkörper herangezogen werden als bei Unterbleiben dieser Deformation; man kann sich dies so vorstellen, dass sich der Aussenring ge wissermassen an die Umhüllende der Wälzkörper an schmiegt.
Es ist also die Kombination eines unmittel bar am Aussenring des Wälzlagers anliegenden elasti schen Körpers mit der Möglichkeit, diesen genügend stark unter Axialpressung zu halten, welche, von der bekannten elastischen Ausführung mit blosser Stoss dämpfung ausgehend, nunmehr auch noch eine we sentliche Vergrösserung der Tragfähigkeit des Lagers ergibt.
In den schematischen Zeichnungen sind Aus führungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In diesen dienen die Fig. 1 mit ihrem in Fig. 2 dargestellten Seitenriss, der ein Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1 ist, sowie die Fig.3 und 4 der allgemeinen Er läuterung des Grundgedankens der Erfindung; die Fig.5-8 zeigen verschiedene Ausführungsmöglich keiten der Erfindung, im wesentlichen in Beschrän kung auf die elastischen Zwischenkörper, die im Schnitt gezeigt sind.
Die Fig. 9-11 dienen der Er läuterung einer weiteren Ausgestaltung der Er findung.
In Fig. 1 und 2 erkennt man ein aus Innenring 1, Aussenring 2 und den Wälzkörpern 3 bestehendes Wälzlager, das die Verbindung zwischen der Welle 4 und dem das Lager tragenden Bauteil 5 über einer elastischen Zwischenkörper 6 herstellt. Der elastische Zwischenkörper 6 steht mittels Zugschrauben 7, welche die Löcher 6a durchsetzen und über Druck ringe 8 auf den Zwischenkörper 6 wirken, unter axialer Pressung.
Betrachtet man Fig. 1 und nimmt man vorerst an, dass die Teile 1, 2, 3 starr sind und auch der Zwischenkörper 6 starr ist, so ist ersichtlich, dass im wesentlichen die Kugel 3a eine angenommenerweise lotrechte Lagerbelastung zu übertragen hat. Praktisch verbessern sich die Verhältnisse dadurch, dass sich die Kugel 3a durch die Belastung etwas elastisch ab plattet und sich in den Laufring geringfügig einpresst, so dass auch die benachbarten Kugeln, ebenfalls unter geringer Deformation, an der Übertragung der Lager belastung beteiligt sind. Die dadurch erzielte Ver teilung der wirkenden Nutzlast ist unbefriedigend.
Sie kann wesentlich vergrössert werden, wenn der Körper 6 aus elastischem Material besteht, so dass er eine im wesentlichen elliptische Deformation des Aussenringes 2 zulässt, damit sich dieser gegen eine grössere Zahl von Wälzkörpern mit nahezu gleicher Kraft anlegen kann, ohne dass die letzteren sich in die Laufrinne des Aussenringes einpressen, was die Tragfähigkeit des Lagers wensentlich erhöht.
Obgleich diese Massnahmen eine nicht unwesent liche Vergrösserung der Tragfähigkeit eines Wälz lagers erlauben, ist es durch sie noch nicht möglich, weitere in der Konstruktion gelegene Möglichkeiten der Erhöhung der Lagerbelastung auzuschöpfen, und es ist gefunden worden, dass für diese Beschränkung folgende Umstände massgeblich sind: Die Druckverteilung unter der Lagernutzlast ist ähnlich der Druckverteilung unter der axialen Vor spannkraft. In Fig.3 ist die Druckverteilung für einen Zwischenkörper 6 mit Rechteckquerschnitt, welcher unter der Axialvorspannung P steht, die über den Vorspannring 8 wirkt, ersichtlich.
Unter dem Einfluss der Axialvorspannung deformiert sich der Querschnitt des Körpers 6 tonnenförmig und baut über den Lageraussenring 2 eine Lastlinie q auf. Der Ring 2 biegt sich dadurch in der Quer richtung etwa nach der elastischen Linie y. Diese Querkrümmung des Lagerringes verschlechtert die Laufeigenschaften des Wälzlagers.
In Fig. 4 ist ein profilierter elastischer Zwischen körper 6 erkennbar, der, unter eine Vorspannung P gesetzt, eine Lastlinie q1 aufbauen wird, die der Querschnittsform des Aussenringes besser entspricht und dadurch nicht zu einer störenden Querver formung desselben führt. Die elastische Linie y1 ist dann ungefähr gerade.
Da die Lagernutzlast bei elastischen Bettungen zum grössten Teil durch Gewölbewirkungen über den Zwischenkörper abgetragen wird, gelten für diese Lagernutzlast die gleichen Feststellungen über die Querbiegungen des Kugellageraussenringes wie soeben dargelegt und ebenso die daraus folgenden Ein flüsse auf die Laufeigenschaften des Wälzlagers. Eine weitere Folge der Druckverteilung nach Fig. 3 be steht darin, dass sich das System aus Zwischenkörper 6 und Lagerring 2 in einem Zustand des labilen Gleichgewichtes befindet;
denn bei jedem Kippen wird Verformungsenergie frei, da ja nur unbelastete Randzonen des elastischen Zwischenkörpers stärker gedrückt werden, hingegen die stark belastete Mittel zone von den Spannungen freimachen kann. Bei der Druckverteilung nach Fig. 4 ist infolge der grösse ren Drücke in den Aussenzonen diese Schwierigkeit vermieden. Diese Schwierigkeiten sind es, die es auch bei den eingangs genannten bekannten Vor schlägen nicht erlauben, die Tragfähigkeit des Wälz lagers besser auszunützen. Der elastische Zwischen körper 10 weist deshalb ein Profil auf, welches, unter Druck in Richtung der Pfeile P gesetzt, auf den Aussenring 2 eine Last ausübt, die etwa nach der Linie q1 verläuft.
Neben der nun möglichen Er höhung der zulässigen Lagerbelastung gestattet diese Bettung einen Ausgleich aller Masstoleranzen, womit die Schwierigkeiten überwunden sind, die mit der Herstellung der Kugellagersitze einhergehen. Es braucht dann nicht nur die Bohrung im Bauteil 5, sondern auch der Aussenring 2 des Wälzlagers aussen- seitig nicht weiter bearbeitet zu werden, woraus sich Verbilligungen ergeben.
Die Lagerbettung ist auch imstande, das Wälz lager weitestgehend gegen Schläge zu sichern; ferner werden durch die aufgebrachte hohe Vorspannung des Lagers in radialer Richtung Schwingungen ver hindert. Hingegen ist eine Auslenkung des Lagers in axialer Richtung, wie dies z. B. zur Aufnahme von Wärmedehnungen notwendig ist, unabhängig von der grossen Vorspannung durchaus möglich, da im wesentlichen nur der Schubwiderstand der übergangs- zone zwischen Bett und Maschinenteil massgebend ist.
Durch die erhöhten Druckspannungen in den Randzonen ist ausserdem das Lager gegen Kippen stabil eingebaut.
Die Fig. 5 zeigt eine Bettung mit einem elasti schen Zwischenkörper 11, der im unbelasteten Zu stand ein Rechteckprofil aufweist. Dieser Zwischen körper enthält zwei im Abstand von den Stirnflächen 11a und von der zur Achse des Zwischenkörpers senkrechten Symmetrieebene verlaufende Blechein lagen 12, die mit dem Gummikörper auch einen ein zigen Bauteil bilden können; eine dritte solche Ein lage 13 ist in der genannten Symmetrieebene an geordnet. Da die Abstände dieser Einlagen unter einander verschieden sind, entsteht, bei Belastung durch Kräfte P, eine Kraftverteilung nach Linie h mit Minimalwerten in den Ebenen der Ein lagen 12, 13.
Der elastische Ringkörper 14 der Fig.6 weist dehnungsfeste Einlagen 15 auf, zweckmässig aus Me tall, deren Profil Schubflächen 15a zeigt, die bei in Axialrichtung des Wälzlagers erfolgender Pressung P des .Zwischenkörpers 14 ein stärkeres Ausweichen seiner Randteile in Richtung zum Wälzlageraussenring bewirken, als dies für den Innenteil der Fall ist.
Im Sinne einer anderen Ausgestaltung der Grund idee kann es zweckmässig sein, wenn der Zwischen körper in radialer Richtung das Verhalten eines inhomogenen elastischen Körpers zeigt, derart, dass seine axiale Druckbeanspruchung, betrachtet über seine Radialerstreckung, sowie auch das Federungs verhalten unterschiedlich sind. Um dies zu erreichen, könnte man, wie aus Fig. 6 ersichtlich, Druckglieder 16 verwenden, welche nicht mit ebenen, sondern profilierten Stirnflächen 16a auf den Zwischenkörper 14 pressen.
Fig.7 zeigt eine erfindungsgemässe Bettung, in der einer der Druckringe 18 zu einem Lagerdeckel ausgestaltet ist, und Fig. 8 eine Abänderung insofern, als der elastische Körper 21 nicht von Zugschrauben durchsetzt ist, sondern ein zu einem Lagerdeckel ausgestalteter Druckring 19 an einem Ansatz 20a des Tragteils 20 angeschraubt ist und auf den ela stischen Zwischenkörper 21 durch einen Ansatz wirkt, was auch für den zweiten Druckring der Fall ist.
Gemäss Fig. 9 ist das Kugellager, dessen Aussen ring 5 in Ansicht dargestellt ist und das auf einer Welle 4 sitzt, über einen Gummiringkörper 24 mit dem festen Tragteil 25 verbunden, wozu der Ring körper 24 wieder über Spannschrauben 7 und Druck ringe 26 axial unter Druck steht, mit dem Ergebnis, dass er in Richtung<I>a, b</I> auf die Teile 5 und 25 drückt, die er überbrückt.
Um nun in radialer Richtung das Verhalten eines inhomogenen elastischen Körpers zu erzielen, könnte man z. B. ungefähr bei 27 eine dehnungs hemmende Einlage, etwa aus Leinwand oder Draht, in den Körper 24 einbetten, die offenbar den Druck herabsetzt, mit dem der Körper 24 gegen den Trag teil 25 wirkt. Gleichzeitig würde eine solche Einlage die Folge haben, dass jeder Teil des Körpers 24, der ausserhalb der Einlage 27 liegt, weicher bleibt; dies ist für die Bettung von Vorteil.
Gleiche Wirkungen lassen sich auf konstruktiv einfachere Art erzielen, wenn man wenigstens einen Druckring 26 so ausführt, dass die Axialbegrenzung, mit der er auf den elastischen Zwischenkörper wirkt, eine gekrümmte Erzeugende aufweist, wobei diese Krümmung zu bewirken hat, dass die Ringe 26 im zusammengespannten Zustande den Gummikörper 24 so unter Druck setzen, dass dessen Druckverteilung und Federungsverhalten, gesehen über seine Radial erstreckung, unterschiedlich sind.
Auf diese Weise ist es mit einfachen Mitteln möglich, jede Druck verteilung über diese Radialerstreckung zu sichern, die der Einzelfall der Lagerung verlangen mag, und zwar lässt sich dies durch blosse entsprechende Form gebung des Druckprofils erreichen, obgleich es auch möglich ist, daneben noch die anderen der Erreichung dieses Zieles förderlichen Massnahmen zu treffen, wie die im vorhergehenden beschriebene Profilierung des Zwischenkörpers, Verwendung von dehnungs hemmenden Einlagen und dergleichen.
In Fig. 10 erkennt man die innere Fläche 30 des Lagerringes 5 und die äussere Fläche 31 des Bauteils 25, den Zwischenkörper 32 und die Druck ringe 33, deren Druckschrauben nicht dargestellt sind, die man sich aber durch Löcher 33a hindurch wirkend vorzustellen hat. Die Druckringe 33 be sitzen einen von der Rechteckform abweichenden Querschnitt, und zwar weisen sie innen und aussen je einen vorspringenden Grat oder Wulst 33b auf, der zur Folge hat, dass der Zwischenkörper 32 hauptsächlich in den äusseren, d. h. peripheren Be reichen deformiert wird.
Ein in den Zwischenkörper 32 eindringender Ring 33 verformt ersteren ungefähr nach der Linie 34 unter Ausbildung peripherer Zonen eines verstärkten Druckes, wogegen der zentrale Teil des Zwischenkörpers 32 unter einem geringeren Axialdruck steht.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 besitzt der Gummiringkörper 36 eine sich geringfügig nach aussen verjüngende Form, und die Ringe 37 enden im grösseren Abstand von der Fläche 31. Die Folge ist eine starke Pressung des .Zwischenkörpers 36 nahe der Fläche 30 und eine schwächere nahe der Fläche 31 und ausserdem die Ausbildung einer ziem lich grossen Zone 39 geringeren Druckes, mit der Folge, dass diese Lagerung eine merkliche Nach giebigkeit in Axialrichtung und auch in Radial richtung zeigen wird.