DE19962191A1 - Kugellager und Elektromagnetische Kupplung mit demselben - Google Patents
Kugellager und Elektromagnetische Kupplung mit demselbenInfo
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Abstract
Ein Kugellager 36 lagert einen Rotor 35 einer elektromagnetischen Kupplung 31 derart, daß der Rotor 35 sich um die Achse des Kugellagers 36 drehen kann. Das Kugellager 36 umfaßt einen äußeren Laufring 12, einen inneren Laufring 13, eine Kugel 14 und einen Käfig 15. Die äußeren und inneren Laufringe 12 und 13 sind jeweils kreisringförmig ausgebildet. Die Kugel 14 ist rollbar zwischen den äußeren und inneren Laufringen 12 und 13 angeordnet. In der inneren Umfangsfläche 16 und der äußeren Umfangsfläche 17 der äußeren und inneren Laufringe 12 und 13 sind jeweils Nuten 12a und 13a ausgebildet, die sich jeweils in Umfangsrichtung des Laufrings erstrecken und einen bogenförmigen Querschnitt aufweisen. Die Nuten 12a und 13a sind jeweils mit ihren jeweiligen Krümmungsradien re und ri so ausgebildet, daß sie 1,0 < (re + ri)/Da < 0,9746 (Da/dm) - 0,0304 erfüllen, wobei Da: der Kugeldurchmesser und dm: der Mittelwert der Durchmesser der inneren und äußeren Laufringe der Kugellager ist. Entsprechend ist es möglich, ein Kugellager vorzusehen, das die relative Verschiebung zwischen den inneren und äußeren Laufringen des Kugellagers an der Achse des Kugellagers begrenzen kann.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Kupplung, die die Leistung an
einen Kompressor, wie er bei einem Kühlgerät eines Fahrzeugs, wie beispielsweise ei
nes Autos oder Ähnlichem, verwendet wird, überträgt und unterbricht, und außerdem ein
Kugellager, das bei der obigen elektromagnetischen Kupplung verwendbar ist.
Bei einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Auto oder Ähnlichem wird eine elektro
magnetische Kupplung eingesetzt, die dazu verwendet wird, eine durch einen laufenden
Motor erzeugte Drehantriebskraft an einen in einem Kühlgerät, wie beispielsweise einer
Klimaanlage (einem Klimaanlagensystem) oder Ähnlichem eingesetzten Kompressor zu
übertragen oder unterbrechen.
Die elektromagnetische Kupplung umfaßt einen Drehkörper, der aus einem als Ma
gnetmaterial verwendeten Metall, wie beispielsweise Eisen oder Ähnlichem, gefertigt ist,
einem zu drehenden Körper, der aus einem als Magnetmaterial verwendeten Metall, wie
beispielsweise Eisen oder Ähnlichem, gefertigt ist, eine elektromagnetische Spule, ein
Lager zur Lagerung des Drehkörpers auf eine frei drehbare Weise, und Ähnliches; au
ßerdem erlaubt die elektromagnetische Kupplung, daß sich der Drehkörper und der zu
drehende Körper aufgrund der Anziehungskraft der elektromagnetischen Spule einander
anziehen, wodurch sie in der Lage sind, die oben erwähnte Übertragung und Abschal
tung der Drehantriebskraft auszuführen.
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei 8-114241 offenbart den Dreh
körper der oben erwähnten elektromagnetischen Kupplung. Der Drehkörper ist über ein
doppelreihiges Kugellager gelagert, bei dem eine Vielzahl von Kugeln entlang der Achse
des Kugellagers angeordnet sind, die als Drehmittelpunkt dient. Dadurch entsteht die
Tendenz, daß die Weite des zweireihigen Kugellagers in axialer Richtung desselben
groß wird und dadurch die elektromagnetische Kupplung eine große Baugröße aufweist.
Als Ergebnis dessen steigt das Gewicht der elektromagnetischen Kupplung, wodurch
die Herstellkosten der elektromagnetischen Kupplung ebenfalls steigen.
Außerdem wird bei frei drehbar gelagertem Drehkörper ein einreihiges Kugellager ver
wendet, bei dem entlang der Achse des Kugellagers eine einzige Kugel angeordnet ist.
Da die Nutenabschnitte, die in den äußeren und inneren Laufringen des einreihigen Ku
gellagers ausgebildet sind, jeweils die Form eines einzelnen Bogens aufweisen, steigt
die Tendenz, daß die relative Verschiebung (die im folgenden als Axialverschiebung
bezeichnet wird) zwischen den inneren und äußeren Laufringen entlang der Achse des
Kugellagers groß wird. Im Allgemeinen kann unter Berücksichtigung der Grenzen der
Elemente, wie beispielsweise die Spannung, die in der Lage ist, die Anziehungskraft der
elektromagnetischen Kupplung zu erzeugen, und Ähnlichem der Abstand zwischen dem
Drehkörper und dem zu drehenden Körper der elektromagnetischen Kupplung vorzugs
weise relativ klein sein, beispielsweise um 0,5 mm.
Wenn somit ein herkömmliches einreihiges Kugellager zur Lagerung des Drehkörpers
der elektromagnetischen Kupplung verwendet wird, besteht die Möglichkeit, daß der
Drehkörper und der zu drehende Körper miteinander in Berührung kommen können,
selbst wenn die elektromagnetische Spule keine Anziehungskraft erzeugt, da die Axial
verschiebung dieses einreihigen Kugellagers groß ist. Daher besteht Gefahr, daß der
Drehkörper und der zu drehende Körper aufgrund eines derartigen gegenseitigen Kon
takts beschädigt werden können.
Entsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung das oben erwähnte, herkömmli
che Problem zu lösen. Es ist ein Ziel eines ersten Gesichtspunkts der vorliegenden Er
findung, ein Kugellager vorzusehen, das in der Lage ist, die relative Verschiebung zwi
schen den inneren und äußeren Laufringen desselben entlang der Achse des Kugella
gers zu begrenzen. Zusätzlich ist es auch ein Ziel eines zweiten Gesichtspunkts der
vorliegenden Erfindung, eine elektromagnetische Kupplung mit demselben vorzusehen,
die verhindern kann, daß sich ein Drehkörper und ein sich zu drehender Körper einan
der berühren.
Um das obige Ziel zu erreichen ist gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden
Erfindung ein Kugellager vorgesehen, das einen äußeren Laufring, einen inneren Lauf
ring und eine Kugel aufweist, die rollbar zwischen den äußeren und inneren Laufringen
angeordnet ist, wobei jeder der äußeren und inneren Laufringe eine Nut mit einem bo
genförmigen Abschnitt aufweist, der in den Kontaktflächen derselben bezüglich der Ku
gel ausgebildet ist, so daß er sich in Umfangsrichtung derselben erstreckt, wobei der
Krümmungsradius re der Nut des äußere Laufrings und der Krümmungsradius ri der Nut
des inneren Laufrings jeweils zumindest eine der drei folgenden Gleichungen erfüllt,
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9746 (Da/dm)-0,0304 (1),
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9760 (Da/dm)-0,0255 (2),
und
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9638 (Da/dm)-0,0315 (3),
wobei Da: den Durchmesser der Kugel, und dm: den Mittelwert der Nutendurchmesser
der inneren und äußeren Laufringe bezeichnet.
Bei dem erfindungsgemäßen Kugellager kann die Axialverschiebung des Kugellagers
begrenzt werden.
Des weiteren kann das oben erwähnte Ziel auch durch eine elektromagnetische Kupp
lung erreicht werden, die umfaßt: einen Drehkörper, einen zu drehenden (gedreht zu
werdenden) Körper, eine elektromagnetische Spule und ein Kugellager. Der Drehkörper
ist aus einem Metall gefertigt, das als Magnetmaterial dient, er kann durch eine An
triebsquelle angetrieben oder gedreht werden und umfaßt eine Reibfläche. Der zu dre
hende Körper ist aus einem Metall gefertigt, das als Magnetmaterial dient, und umfaßt
eine zu reibende (gerieben zu werdende) Fläche, die gegenüber der Reibfläche des
Drehkörpers angeordnet ist. Die elektromagnetische Spule erzeugt im eingeschalteten
Zustand eine Magnetkraft, um zumindest den Drehkörper und/oder den zu drehenden
Körper anzuziehen, wodurch die Reibfläche des Drehkörpers und die zu reibende Flä
che des zu drehenden Körpers einander anziehen können. Das Kugellager lagert den
Drehkörper derart, daß der Drehkörper sich frei drehen kann.
Bei der oben erwähnten, erfindungsgemäßen elektromagnetischen Kupplung ist es be
vorzugt, daß das Kugellager einen äußeren Laufring, einen inneren Laufring und eine
Kugel umfaßt, die drehbar zwischen den äußeren und inneren Laufringen angeordnet
ist, wobei ein jeder der äußeren und inneren Laufringe eine Nut umfaßt, die einen bo
genförmigen Querschnitt aufweist, der in den Kontaktflächen derselben bezüglich der
Kugel ausgebildet ist, so daß er sich in Umfangsrichtung derselben erstreckt, wobei der
Krümmungsradius re der Nut des äußeren Laufrings und der Krümmungsradius ri der
Nut des inneren Laufrings jeweils zumindest eine der drei folgenden Gleichungen erfüllt,
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9746 (Da/dm)-0,0304 (1),
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9760 (Da/dm)-0,0255 (2),
und
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9638 (Da/dm)-0,0315 (3),
wobei Da: den Durchmesser der Kugel, und dm: den Mittelwert der Nutendurchmesser
der inneren und äußeren Laufringe bezeichnet.
Bei der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Kupplung kann die Weite der elektro
magnetischen Kupplung in axialer Richtung des Kugellagers begrenzt werden, da das
Kugellager zur drehbaren Lagerung des Drehkörpers verwendet wird.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt, in dem ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen elektromagnetischen Kupplung dargestellt ist;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt, in dem ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsge
mäßen Kugellagers dargestellt ist:
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung, in der Änderungen des maximalen Betrags
der Axialverschiebung bezüglich der Änderung der Krümmungsradien der äu
ßeren und inneren Nuten eines Kugellagers dargestellt sind;
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung, in der Änderungen des maximalen Betrags
der Axialverschiebung eines weiteren Kugellagers bezüglich einer Änderung
der Krümmungsradien der äußeren und inneren Nuten des Kugellagers dar
gestellt sind;
Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung, in der die Beziehung zwischen den Beträ
gen der Axialverschiebung eines Kugellagers und den Werten des Tempera
turanstiegs des Kugellagers dargestellt sind; und
Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung, in der die Ergebnisse eines Tests mit Was
sereinspritzung dargestellt sind, der bei einem typischen Kugellager durchge
führt wurde.
Gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Kugellager vorge
sehen, das einen äußeren Laufring, einen inneren Laufring und eine rollbar zwischen
den äußeren und inneren Laufringen angeordnete Kugel aufweist, wobei ein jeder der
äußeren und inneren Laufringe eine Nut mit einem bogenförmigen Querschnitt aufweist,
die in den Kontaktflächen derselben bezüglich der Kugel ausgebildet ist, so daß sie sich
in Umfangsrichtung derselben erstreckt, und wobei der Krümmungsradius re der Nut
des Außenringes und der Krümmungsradius ri der Nut des Innenrings jeweils (1) 1,0 ≦
(re + ri)/Da ≦ 0,9746 (Da/dm)-0,0304, wobei Da: den Durchmesser der Kugel, und dm:
den Mittelwert der Nutendurchmesser der inneren und äußeren Laufringe bezeichnet.
Erfindungsgemäß ist das Kugellager derart ausgebildet, daß der Krümmungsradius re
der Nut des Außenringes und der Krümmungsradius ri der Nut des inneren Laufrings
jeweils die folgende Gleichung 1 erfüllt:
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9746 (Da/dm)-0,0304 (Gleichung (1)),
wobei Da: den Durchmesser der Kugel, und dm: den Mittelwert der Nutendurchmesser
der inneren und äußeren Laufringe bezeichnet. Die Gleichung (1) kann durch das folgen
de Verfahren erhalten werden.
Zunächst wurden bei einem einreihigen Kugellager, bei dem die Werte Da/dm vonein
ander verschieden sind und eine einzelne Kugel entlang der Achse des Kugellagers
angeordnet ist, durch Simulation die maximalen Beträge der Axialverschiebung der äu
ßeren Umfangsfläche eines äußeren Laufrings bezüglich eines inneren Laufrings ermit
telt, wenn die Krümmungsradien re und ri der jeweiligen Nuten der inneren und äußeren
Laufringe verändert wurden. Die Ergebnisse dieser Simulation sind in Fig. 3 gezeigt,
während die Bedingungen dieser Simulation in Tabelle 1 gezeigt sind. Bei dieser Simu
lation werden die Krümmungsradien re und ri der jeweiligen Nuten der inneren und äu
ßeren Laufringe einander gleichgesetzt und gleichzeitig als Referenzbeispiel ein zwei
reihiges Lager und ein Kugellager mit vier Kontaktpunkten gezeigt, bei dem Kontakt
punkte zwischen der Kugel und in den inneren und äußeren Laufringen im Querschnitt
an vier Positionen vorliegen. Außerdem sind bei den jeweils in den Fällen 1 bis 4 ge
zeigten Kugellagern sowohl die äußeren und inneren Laufringe als auch die Kugeln
sämtlich aus Stahl gefertigt.
Als nächstes wurden bei den jeweiligen Fällen 1 bis 4 die Verhältnisse der Krümmungen
der Nuten erhalten, die den maximalen Betrag der Axialverschiebung von 0,15 mm er
zeugen, und von einer Vielzahl von Da/dm Werten und den solchermaßen erhaltenen
Verhältnissen der Krümmung der Nut wurden mit dem Verfahren der kleinsten Quadrate
Kurvenlinien erhalten, die durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt werden können.
(re + ri)/Da = 0,9746 (Da/dm)-0,0304 (Gleichung (2)).
Wenn mit einer ähnlichen Vorgehensweise die jeweiligen Verhältnisse der Krümmungen
der Nuten erhalten werden, die maximale Beträge der Axialverschiebung von 0,125 mm
und 0,1 mm erreichen, dann werden die Kurvenlinien erhalten, die jeweils durch die fol
genden Gleichungen (3) und (4) ausgedrückt sind.
(re + ri)/Da = 0,9760 (Da/dm)-0,0255 (Gleichung (3)),
(re + ri)/Da = 0,9638 (Da/dm)-0,0315 (Gleichung (4)).
Daher beträgt bei einem Kugellager nach Anspruch 1 der Betrag der Axialverschiebung
des Kugellagers 0,15 mm oder weniger, selbst wenn nur eine Kugel entlang der Achse
des Kugellagers angeordnet ist. Mit anderen Worten kann der Betrag der Axialverschie
bung des Kugellagers begrenzt werden. Folglich kann die relative Verschiebung der
inneren und äußeren Laufringe entlang der Achse des Kugellagers begrenzt werden.
Außerdem kann gemäß der obigen Gleichung (3) ein Kugellager erhalten werden, das im
folgenden beschrieben wird.
Das heißt, ein Kugellager, das einen äußeren Laufring, einen inneren Laufring und eine
rollbar zwischen den äußeren und inneren Laufringen angeordnete Kugel umfaßt, wobei
ein jeder der äußeren und inneren Laufringe eine Nut mit einem bogenförmigen Quer
schnitt aufweist, die in den Kontaktflächen derselben bezüglich der Kugel ausgebildet
ist, um sich in Umfangsrichtung derselben zu erstrecken, und wobei der Krümmungsra
dius re der Nut des äußeren Laufrings und der Krümmungsradius ri der Nut des inneren
Laufrings jeweils 1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9760 (Da/dm)-0,0255 erfüllt, wobei Da: den Durch
messer der Kugel, und dm: den Mittelwert der Durchmesser der Nuten der inneren und
äußeren Laufringe bezeichnet.
Beim vorliegenden Lager liegen der Krümmungsradius re der Nut des äußeren Laufrings
und der Krümmungsradius ri der Nut des inneren Laufrings jeweils in einem Bereich, der
die folgende Gleichung (5) erfüllt.
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9760 (Da/dm)-0,0255 (Gleichung (5)).
Mit anderen Worten kann der Betrag der Axialverschiebung des Kugellagers beim vor
liegenden Lager begrenzt werden, da der Betrag der Axialverschiebung des Kugellagers
0,125 mm oder weniger beträgt. Entsprechend kann der Betrag der relativen Verschie
bung der inneren und äußeren Laufringe entlang der Achse des Kugellagers begrenzt
werden.
Des weiteren kann gemäß der obigen Gleichung (4) ein Kugellager erhalten werden, das
im folgenden beschrieben wird.
Mit anderen Worten ein Kugellager, das einen äußeren Laufring, einen inneren Laufring,
und eine rollbar zwischen den äußeren und inneren Laufringen angeordnete Kugel auf
weist, wobei jeder der äußeren und inneren Laufringe eine Nut mit einem bogenförmi
gen Querschnitt umfaßt, die in der Kontaktfläche derselben bezüglich der Kugel ausge
bildet ist, um sich in Umfangsrichtung derselben zu erstrecken, und wobei der Krüm
mungsradius re der Nut des äußeren Ringes und der Krümmungsradius ri der Nut des
inneren Ringes jeweils 1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9638 (Da/dm)-0,0315 erfüllen, wobei Da: den
Durchmesser der Kugel, und dm: den Mittelwert der Durchmesser der Nuten der inneren
und äußeren Laufringe bezeichnet.
Beim vorliegenden Lager liegt der Krümmungsradius re der Nut des äußeren Ringes
und der Krümmungsradius ri der Nut des inneren Ringes jeweils in einem Bereich, der
die folgende Gleichung (6) erfüllt.
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9638 (Da/dm)-0,0315 (Gleichung (6)).
Da beim vorliegenden Lager mit anderen Worten der Betrag der Axialverschiebung des
Lagers 0,1 mm oder weniger beträgt, kann der Betrag der Axialverschiebung des Ku
gellagers begrenzt werden. Entsprechend kann der Betrag der relativen Verschiebung
der inneren und äußeren Laufringe entlang der Achse des Kugellagers begrenzt wer
den.
Außerdem kann das oben erwähnte Kugellager bevorzugt derart ausgebildet sein, daß
der Krümmungsradius re der Nut des äußeren Laufrings und der Krümmungsradius ri
der Nut des inneren Laufrings jeweils die folgende Gleichung (7) erfüllt.
1,006 ≦ (re + ri)/Da (Gleichung (7)).
Allgemein beträgt bei einem Kugellager der kleinste theoretische Wert von (re + ri)/Da =
1,0. Wenn jedoch die Krümmungsradien der Nuten der äußeren und inneren Laufringe
abnehmen, steigt die Kontaktfläche der äußeren und inneren Laufringe mit den Kugeln,
so daß die äußeren und inneren Laufringe und die Kugeln leichter verschleißen. Wenn
außerdem die Krümmungsradien der Nuten der äußeren und inneren Laufringe auf den
theoretischen kleinsten Wert gesetzt werden, dann sind aufgrund der Toleranzen bei der
Fertigung der Nuten die Krümmungsradien der Nuten der äußeren und inneren Laufrin
ge kleiner als die theoretischen kleinsten Werte, was eine glatte Rotation der Kugellager
erschwert. Wenn angesichts dessen die Krümmungsradien der Nuten jeweils die oben
erwähnte Gleichung 7 erfüllen, dann kann der Abrieb oder der Verschleiß der jeweiligen
und äußeren und inneren Laufringe bezüglich der Kugeln begrenzt werden, wodurch
eine glatte Drehung des Kugellagers erreicht wird.
Des weiteren kann die Kugel des oben erwähnten Kugellagers vorzugsweise aus Kera
mik gefertigt sein. Im Fall 2, der in der zuvor erläuterten Tabelle 1 dargestellt ist, sind die
Ergebnisse einer Simulation dargestellt, bei denen Kugeln verwendet werden, die je
weils aus Keramik gefertigt sind. Dies ist in Fig. 4 (als Fall 2a) dargestellt. In Fig. 4 sind
außerdem die Ergebnisse des in der Tabelle 1 dargestellten Falles 2 als Vergleichsbei
spiel dargestellt.
Gemäß den Simulationsergebnissen, die in Fig. 4 dargestellt sind, werden die Beträge
der Axialverschiebung der inneren und äußeren Laufringe des Kugellagers einander
gleich gesetzt: mit anderen Worten können in diesem Fall die Krümmungsradien der
Nuten der inneren und äußeren Laufringe groß gesetzt werden. Obwohl der Kontakt
druck derselben steigt, sinkt die kalorische Leistung (PV-Wert), was es möglich macht,
den Abrieb des Kugellagers und außerdem das Lagermoment zu verringern. Wenn na
türlich die Krümmungsradien der Nuten der inneren und äußeren Laufringe klein gesetzt
werden, dann werden die gegenüber den obigen Ergebnissen entgegengesetzten Er
gebnisse erhalten; wenn jedoch die Krümmungsradien der Nuten der inneren und äuße
ren Laufringe auf geeignete Weise im erfindungsgemäßen Bereich je nach der benötig
ten Leistung des Kugellagers gewählt werden, sind größere Freiheiten bei der Ausle
gung der Kugellager erreichbar.
Als Kugellager kann bevorzugt ein Kugellager mit vier Kontaktpunkten verwendet wer
den, bei dem sich eine Kugel und die inneren und äußeren Laufringe an vier Punkten
berühren. In diesem Fall kann gemäß den in Fig. 3 gezeigten Simulationsergebnissen
der maximale Betrag der Axialverschiebung begrenzt werden.
Als nächstes wird die Beziehung zwischen den Beträgen der Axialverschiebung δ eines
Kugellagers und den Werten des Temperaturanstiegs des Kugellagers angegeben.
In Fig. 5 ist die Beziehung zwischen den Beträgen der Axialverschiebung δ von Kugella
gern A, A', B, B', C, C' und den Werten des Temperaturanstiegs der Kugellager angege
ben. Dabei ist das Kugellager A ein erfindungsgemäßes einreihiges Kugellager, bei dem
(re + ri)/Da = 1,014 gilt, bei dem die Krümmungsradien der Nuten der äußeren und in
neren Laufringe desselben jeweils die Gleichung (6) erfüllen und bei dem gemäß der Be
rechnung ein Betrag der Axialverschiebung von δ ≦ 0,10 mm erhalten wird. Das Kugel
lager B ist dagegen ein einreihiges Kugellager, das als Vergleichsbeispiel dient, bei dem
(re + ri)/Da = 1,04 gesetzt ist und bei dem gemäß der Berechnung der Betrag der Axial
verschiebung δ ≦ 0,15 mm beträgt, aber die Krümmungsradien der Nuten der äußeren
und inneren Laufringe derselben nicht die Gleichung (1) erfüllen. Außerdem ist das Ku
gellager C ein zweireihiges Schrägkugellager, wie es bei einer herkömmlichen elektro
magnetischen Kupplung verwendet wurde.
Bei jedem der Kugellager A, B und C, ist Da = 7,144 und dm = 42,7 mm erfüllt. Für die
Berechnungsgrundlagen wird eine Radiallast auf 150 kgf gesetzt, ein Radialspalt wird
auf 0 µm gesetzt, und ein Betrag eines Versatzes, der einen Verschiebungsbetrag in
Axialrichtung zwischen dem Kugellager und einer Scheibe darstellt, wird auf 5 mm ge
setzt und die Drehzahl ist auf 400 upm gesetzt. Die berechneten Werte des Tempera
turanstiegs werden erhalten, indem die kalorische Leistung berechnet wird und dann die
auf diese Weise gefundene kalorische Leistung in Werte des Temperaturanstiegs um
gewandelt wird.
Um Bedingungen des tatsächlichen Betriebs zu berücksichtigen, wurden strengere Be
dingungen als die Bedingungen für die Berechnung, d. h. ein Radialspalt von 21 µm, ein
Verschiebungsbetrag von 10 mm und eine Drehzahl von 7000 upm den Kugellagern A,
B und C hinzugefügt, wie sie durch die Berechnung erhalten wurden, um so die Kugel
lager A', B' und C' zu erhalten; dann wurde die Beziehung zwischen den Beträgen der
Axialverschiebung δ und dem Wert der Temperaturverschiebung bei den auf diese Wei
se erhaltenen Kugellagern A', B' und C' experimentell ermittelt. Die Ergebnisse der Ex
perimente sind in Fig. 5 gezeigt.
Die Auswertungen der jeweiligen Experimente sind in der folgenden Tabelle 2 darge
stellt.
Beim Kugellager A' liegen der Betrag der Axialverschiebung und der Wert des Tempe
raturanstiegs beide nahe denen eines zweireihigen Schrägkugellagers.
Aufgrund seines Aufbaus kann bei einem zweireihiges Kugellager der Betrag der Axial
verschiebung in Vergleich zu einem einreihigen Kugellager begrenzt werden, jedoch ist
die Breite des zweireihigen Kugellagers in axialer Richtung desselben groß, was zu ei
nem Anstieg bei der Größe einer elektromagnetischen Kupplung und ihrem Gewicht
führt. Beim einreihigen Kugellager kann andererseits die Weite in axialer Richtung klein
ausgestaltet sein. Entsprechend ist es ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß,
obwohl ein einreihiges Kugellager verwendet wird, dieses derartige Werte bei der Axial
verschiebung und beim Temperaturanstieg aufweist, die denen eines zweireihigen Ku
gellagers nahe kommen.
Andererseits ist beim Kugellager B', das als Vergleichsbeispiel verwendet wird, der Be
trag der Axialverschiebung im Vergleich zum erfindungsgemäßen Kugellager A' über
mäßig groß. Da das Kugellager B' als Vergleichsbeispiel einen großen Wert von (re + ri)/Da
aufweist, findet ein geringes Gleiten zwischen den Lagerringen (inneren und äuße
ren Lagerringen oder Laufflächen) und den Rollkörpern (Kugeln) statt, so daß es den
gleichen Wert beim Temperaturanstieg wie das zweireihige Kugellager C' aufweist.
Im allgemeinen ist bei einem Kugellager ein Dichtelement vorgesehen, das dazu ver
wendet wird, einen Spalt zwischen den äußeren und inneren Laufringen des Kugella
gers abzudichten. Das Dichtelement ist so angeordnet, daß es sich über die beiden
Seiten des Spaltes zwischen den äußeren und inneren Laufringen so erstreckt, daß die
äußere Umfangskante des Dichtelements am äußeren Laufring befestigt ist, wohinge
gen die innere Umfangskante desselben als Lippenabschnitt verwendet wird, der mit
dem inneren Laufring in Gleitkontakt stehen kann.
Wenn der Betrag der Axialverschiebung bei einem Kugellager ansteigt, dann wird der
Kontakt des Lippenabschnitts des Dichtelements, das in Gleitkontakt mit dem inneren
Laufring steht, ungleich und verringert dadurch die Dichtleistung des Dichtelements.
Angesichts dessen wurde ein Wassereinspritz-Test bei den Oberflächen von typischen
Kugellagern durchgeführt, von denen jedes ein Dichtelement verwendete, um so die
Dichtleistung des Dichtelements der jeweiligen Kugellager zu beurteilen.
Der Wassereinspritz-Test ist ein Test, bei dem Wasser auf die Oberfläche eines Kugel
lagers mit einem daran angebrachten Dichtelement gespritzt wird, um die Menge des in
das Innere des Dichtelements des Kugellagers eingedrungenen Wassers zu messen.
Eine Gummidichtung des Kontakt-Typs wird insbesondere als Dichtelement verwendet,
um so ein Kugellager mit einem Aufbau der abgedichteten Bauart herzustellen; bei dem
Kugellager der abgedichteten Bauart wurde ein Wassereinspritz-Test unter den Bedin
gungen durchgeführt, daß ein Verschiebungsbetrag 10 mm beträgt, ein Radialspalt 21
µm beträgt und die Drehzahl 1600 upm beträgt. Als Ergebnis dieses Tests drang, wie in
der Fig. 6 gezeigt ist, bei einem Kugellager E, dessen Betrag der Axialverschiebung
mehr als 0,35 mm betrug und bei dem ein Spalt zwischen dem Lippenabschnitt des
Dichtelements und der Dichtnut des Innenrings ungleich war, Wasser durch den großen
Spaltabschnitt. Andererseits konnte bei einem Kugellager D, bei dem der Betrag der
Axialverschiebung gleich oder kleiner 0,2 mm war, ein derartiges Eindringen von Was
ser nicht beobachtet werden.
Mit anderen Worten hat der Wassereinspritz-Test gezeigt, daß bei einem erfindungsge
mäßen Kugellager, bei dem es möglich ist, den Betrag der Axialverschiebung auf 0,15
mm oder weniger zu begrenzen, eine hohe Dichtleistung erhalten wird.
Im folgenden wird ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Kugellagers und
einer elektromagnetischen Kupplung mit demselben unter Bezugnahme auf die Fig. 1
und 2 beschrieben.
Gemäß Fig. 1 ist eine elektromagnetische Kupplung 31 eine Vorrichtung, die in einem
Fahrzeug, wie beispielsweise einem Auto oder Ähnlichem, verwendet wird, um eine
Drehantriebskraft an einen Kompressor, der in einem Kühlgerät, wie beispielsweise ei
ner Klimaanlage (einem Klimaanlagensystem) angeordnet ist, zu übertragen oder zu
unterbrechen. Die Drehantriebskraft wird durch einen laufenden Motor erzeugt.
Die elektromagnetische Kupplung 31 umfaßt, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, einen
Stator 32, der an einem Kompressorgehäuse 40 zu befestigten ist, eine elektromagneti
sche Spule 33, die im Stator 32 aufgenommen ist, eine Scheibe 34 mit einem mehrstufi
gen Keilriemen 41, der zur Übertragung der Drehantriebskraft von einem Motor um die
Scheibe 34 gewickelt ist, einen Rotor 35, der die am äußeren Umfang des Rotors 35
angebrachte Scheibe 34 umfaßt und auch als ein Drehkörper dient, ein Kugellager 36
zur Lagerung des Rotors 35, so daß er um eine Achse P drehbar ist, einen Anker 37,
der aufgrund einer von der elektromagnetischen Spule 33 erzeugten Magnetkraft zum
Rotor 35 gezogen werden kann und so als zu drehender bzw. gedreht zu werdender
Körper dient, einen Ankerhalteabschnitt 38, der aus einem oder mehreren Elementen
zur Übertragung der Drehantriebskraft des Ankers 37 an einen Kompressor (nicht ge
zeigt) gebildet ist, und eine Kompressorwelle 39.
Der Rotor 35 ist aus einem Metall gefertigt, das als Magnetmaterial dient, wie beispiels
weise Eisen oder Ähnlichem. Der Rotor 35 ist außerdem so ausgebildet, daß er einen im
wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist, während der Rotor 35 einen ausgespar
ten Abschnitt 35a, der der gegenüberliegenden Seite des Ankers 37 gegenüberliegt,
und eine Reibfläche 35b aufweist, die an der gegenüberliegenden Seite des ausge
sparten Abschnittes 35a angeordnet ist. Im ausgesparten Abschnitt 35a des Rotors 35
ist der Stator 32 aufgenommen.
Das Kugellager 36 ist zwischen den Rotor 35 und das Kompressorgehäuse 40 einge
paßt. Das Kugellager 36 umfaßt auch, wie in der Fig. 2 gezeigt, einen äußeren Laufring
12 und einen inneren Laufring 13, die jeweils kreisringförmig ausgebildet sind, eine roll
bar zwischen den äußeren und inneren Laufringen 12 und 13 angeordnete Kugel 14 und
einen Käfig 15 zum Halten der Kugel 14 zwischen den äußeren und inneren Laufringen
12 und 13.
Die äußeren und inneren Laufringe 12 und 13 umfassen jeweils Nuten 12a und 13a, die
jeweils einen bogenförmigen Querschnitt entlang der Umfangsrichtung des Laufrings
aufweisen und jeweils an der inneren Umfangsfläche des äußeren Laufrings 12 und an
der äußeren Umfangsfläche 17 des inneren Laufrings 13 ausgebildet sind. Diese Nuten
12a und 13a weisen jeweils Krümmungsradien re und ri auf, die in einem derartigen Be
reich liegen, daß sie eine der oben erwähnten Gleichungen (1), (5) und (6) erfüllen können.
Außerdem ist das Kugellager 36 aus einem einreihigen Kugellager gebildet, bei dem nur
eine einzige Kugel 14 entlang der Achse P angeordnet ist. Die äußeren und inneren
Laufringe 12 und 13 können jeweils um die Achse P gedreht werden.
In Fig. 2 ist ein Kugellager gezeigt, bei dem ein Dichtelement und eine Schutzplatte nicht
umfaßt sind, es ist also der Grundaufbau eines Wälzlagers dargestellt. Bei dem in Fig. 2
als Referenzaufbau dargestellten Aufbau können auch andere Anordnungen entspre
chend den folgenden Fällen selektiv verwendet werden: beispielsweise können zwei
Gummidichtungen des Kontakt-Typs jeweils an den beiden Seiten des Lagers vorgese
hen sein, um so einen abgedichteten Aufbau zu erzielen; an den beiden Seiten des La
gers können jeweils zwei Schutzplatten vorgesehen sein, um einen geschützten Aufbau
zu erreichen; an einer Seite des Lagers kann eine Gummidichtung des Kontakt-Typs
vorgesehen sein, um dadurch einen abgedichteten Aufbau zu erreichen; an einer Seite
des Lagers kann jeweils eine Schutzplatte angeordnet sein, um dadurch einen ge
schützten Aufbau zu erreichen; oder andere ähnliche Aufbauarten.
Das auf diese Weise aufgebaute Kugellager 36 lagert den Rotor 35 derart, daß der Ro
tor 35 um die Achse P relativ zum Kompressorgehäuse 40 gedreht werden kann. Der
äußere Laufring 12 ist in den inneren Umfang des Rotors 35 eingepaßt und berührt die
sen, während der innere Laufring 13 auf den äußeren Umfang der Nabe des Kompres
sorgehäuses 40 gepaßt ist und diesen berührt.
Die Scheibe 34, um die der mehrstufige Keilriemen 41 zu wickeln ist, ist am äußeren
Umfang des Rotors 35 mittels einer Verbindungstechnik, wie beispielsweise Schweißen
oder Ähnlichem, verbunden. Die Scheibe 34 ist so aufgebaut, daß sie ständig die Dreh
kraft des Motors über den Keilriemen 41 aufnimmt und sich daher mit dem Rotor 35
drehen kann.
Der Rotor 35 ist durch das Kugellager 36 drehbar gelagert. Wenn zu diesem eine Dreh
antriebskraft von einer Antriebsquelle, wie beispielsweise einem Motor oder Ähnlichem
über den mehrstufigen Keilriemen 41, die Scheibe 34 und Ähnlichem übertragen wird,
kann sich der Rotor 35 um die Achse P drehen. Daher kann die Reibfläche 35b des
Rotors 35 durch die Antriebsquelle, wie beispielsweise ein Motor oder Ähnliches, ange
trieben oder gedreht werden.
Der Anker 37 ist aus einem Metall gefertigt, der als Magnetmaterial dient, wie beispiels
weise Eisen oder Ähnlichem, und umfaßt eine gerieben zu werdende Oberfläche 37a,
die gegenüber von der Reibfläche 35a des Rotors 35 angeordnet ist. Die elektromagne
tische Spule 33 kann eine Magnetkraft erzeugen, wenn sie elektrisch mit Energie ver
sorgt wird. Wenn beim dargestellten Beispiel die elektromagnetische Spule 33 eine
Magnetkraft erzeugt, dann zieht sie den Anker 37 an, um zu ermöglichen, daß sich die
Reibfläche 35b des Rotors 35 und die gerieben zu werdende Oberfläche 37a des An
kers 37 einander anziehen. Durch die gegenseitige Anziehung der Reibfläche 35b und
der gerieben zu werdenden Oberfläche 37a aufgrund der Magnetkraft der elektromag
netischen Spule 33 wird die Drehantriebskraft übertragen, die über den mehrstufigen
Keilriemen 41, die Scheibe 34 und Ähnlichem an den Anker 37 übertragen wurde; der
Anker 37 überträgt dann die so aufgenommen Drehantriebskraft über den Halteabschnitt
38 des Ankers, die Kompressorwelle 39 und Ähnlichem an einen Kompressor.
Das Kugellager 36 und die Scheibe 34 sind normalerweise in Positionen angeordnet,
die in einer Richtung entlang der Achse P relativ zueinander verschoben sind, um die
elektromagnetische Kupplung 31 so kompakt wie möglich zu machen. Die Reibfläche
35b des Rotors 35 und die gerieben zu werdende Oberfläche 37a des Ankers sind so
ausgestaltet, daß, wenn die elektromagnetische Spule 33 nicht angeschaltet ist, ein vor
gegebener Spalt g von relativ kleiner Größe vorliegen kann, beispielsweise von unge
fähr 0,5 mm zwischen den beiden Oberflächen 35b und 37a. Dieser gegebene Spalt g
wird unter Berücksichtigung der Fehler in den Abmessungen oder den Fehlern bei der
Montage der jeweiligen Elemente bestimmt. Wenn der gegebene Spalt g übermäßig
groß ist, dann muß auch die von der Magnetspule 33 zu erzeugende Magnetkraft groß
sein. Daher sollte der Spalt g unter Berücksichtigung der oben erwähnten Elemente auf
einen Minimalwert gesetzt werden.
Aufgrund des oben erwähnten Aufbaus kann eine durch die Spannkraft des Keilriemens
41 erzeugte Radiallast auf das Kugellager 36 als geneigte Momentenlast wirken, da die
Scheibe 34 und das Kugellager 36 in ihrer Lage relativ zueinander entlang der Achse P
verschoben sind.
Dann sind die Nuten 12a und 13a der äußeren und inneren Laufringe 12 und 13 des
Kugellagers 36 jeweils so ausgebildet, daß ihre jeweiligen Krümmungsradien re und ri
eine der oben erwähnten Gleichungen (1), (5) und (6) erfüllen können. Wenn daher das Ku
gellager 36 derart ausgebildet ist, daß die jeweiligen Krümmungsradien re und ri die
Gleichung erfüllen können, dann kann der maximale Betrag der Axialverschiebung des
äußeren Laufrings 12 oder Ähnlichem des Kugellagers 36 auf 0,15 mm oder weniger
begrenzt werden. Entsprechend kann der Betrag der relativen Verschiebung zwischen
den äußeren und inneren Laufringen 12 und 13 entlang der Achse P begrenzt werden,
so daß selbst dann eine Berührung zwischen dem Rotor 35 und dem Anker 37 verhin
dert werden kann, wenn die elektromagnetische Spule 33 nicht mit Energie versorgt
wird.
Wenn außerdem die äußeren und inneren Laufringe 12 und 13 jeweils so ausgebildet
sind, daß die jeweiligen Krümmungsradien re und ri die Gleichung 5 erfüllen können,
dann kann der maximale Betrag der Axialverschiebung des äußeren Laufrings 12 oder
Ähnlichem des Kugellagers 36 auf 0,125 mm oder weniger begrenzt werden. Entspre
chend kann die relative Verschiebung zwischen den äußeren und inneren Laufringen 12
und 13 entlang der Achse P begrenzt werden, so daß eine Berührung zwischen dem
Rotor 35 und dem Anker 37 verhindert werden kann, selbst wenn die elektromagneti
sche Spule 33 nicht mit Energie versorgt wird.
Wenn des weiteren die äußeren und inneren Laufringe 12 und 13 derart ausgebildet
sind, daß die jeweiligen Krümmungsradien re und ri die Gleichung (6) erfüllen können,
dann kann der maximale Betrag der Axialverschiebung des äußeren Laufrings 12 oder
Ähnlichem des Kugellagers 36 auf 0,1 mm oder weniger begrenzt werden. Entspre
chend kann die relative Verschiebung zwischen den äußeren und inneren Laufringen 12
und 13 entlang der Achse P begrenzt werden, so daß ein Kontakt zwischen dem Rotor
35 und dem Anker 37 verhindert werden kann, selbst wenn die elektromagnetische
Spule 33 nicht mit Energie versorgt wird.
Außerdem können bevorzugt die jeweiligen Krümmungsradien re und ri der äußeren
und inneren Laufringe 12 und 13 in einem Bereich liegen, der die oben erwähnte Glei
chung (7) erfüllt. In diesem Fall kann der Abrieb bei den äußeren und inneren Laufringen
12 und 13 bezüglich der Kugel 14 begrenzt werden, so daß sie sich glatt drehen kann.
Des weiteren kann die Kugel 14 des Kugellagers 36 bevorzugt aus Keramik, wie bei
spielsweise Siliciumnitrid oder Ähnlichem gefertigt sein. In diesem Fall können die jewei
ligen Krümmungsradien re und ri der äußeren und inneren Laufringe 12 und 13 groß
sein, was bevorzugt den Abrieb der äußeren und inneren Laufringe 12 und 13 verrin
gert. Des weiteren kann die Kugel 14, was noch mehr bevorzugt ist, aus Siliciumnitrid
oder Siliciumcarbid gefertigt sein. In diesem Fall kann der maximale Betrag der Axial
verschiebung des Lagers weiter verringert werden.
Außerdem kann der innere Laufring 13 des Kugellagers 36 bevorzugt aus Keramik, wie
beispielsweise Siliciumnitrid, oder aus Edelstahl gefertigt sein.
In einigen Fällen kann die Temperatur am Umfang der elektromagnetischen Kupplung
31 100°C überschreiten. Da der innere Laufring 13 des Kugellagers 36 auf das Kom
pressorgehäuse 40 gepaßt ist und dieses berührt, kann unter der Hochtemperaturum
gebung der Spalt zwischen dem Kugellager 36 aufgrund der Wärmeausdehnung des
Kompressors 40 verschwinden, wenn der eingepaßte und in Kontakt stehende Abschnitt
des Kompressorgehäuses 40 mit dem inneren Laufring 13 aus einem Werkstoff gebildet
ist, wie beispielsweise Aluminium, das einen größeren linearen Ausdehnungskoeffi
zienten aufweist als der Edelstahl, aus dem das Kugellager 36 gefertigt ist. Dies kann
auf unerwünschte Weise die Möglichkeit erhöhen, daß sich das Kugellager 36 nicht glatt
drehen kann.
Wenn jedoch der innere Laufring 13 aus einem Werkstoff mit einem kleinen linearen
Ausdehnungskoeffizienten, wie beispielsweise Siliciumnitrid oder Edelstahl gefertigt ist,
kann die Wärmeausdehnung des inneren Laufrings 13 begrenzt werden, was es möglich
macht zu verhindern, daß der Spalt innerhalb des Kugellagers 36 aufgrund der Wärme
ausdehnung des Kompressorgehäuses verschwindet. Daher kann in diesem Fall selbst
in einer Hochtemperaturumgebung eine glatte Drehung des Kugellagers 36 sicherge
stellt werden.
Des weiteren kann als Kugellager 36 ein Kugellager mit vier Kontaktpunkten verwendet
werden, bei dem sich die Kugel 14 und die äußeren und inneren Laufringe 12, 13 an
vier Punkten berühren. In diesem Fall kann die Axialverschiebung des Kugellagers 36
weiter positiv begrenzt werden. Außerdem können im Falle des Kugellagers mit vier
Kontaktpunkten aus dem Gesichtspunkt einer Verhinderung eines einseitig überwiegen
den Abriebs vorzugsweise die jeweiligen Innenflächen der Nuten 12a und 13a, die als
die Laufflächen der äußeren und inneren Laufflächen 12 und 13 dienen, nitriert sein.
Bei Verwendung eines Kugellagers 36 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
kann die Axialverschiebung des Kugellagers begrenzt werden, da die jeweiligen Krüm
mungsradien re und ri der Nuten 12a und 13a der äußeren und inneren Laufringe 12
und 13 eine der oben erwähnten Gleichungen 1, 5 und 6 erfüllen. Dank dessen kann die
gegenseitige Verschiebung zwischen den äußeren und inneren Laufringen 12 und 13
entlang der Achse P begrenzt werden.
Außerdem wird bei der elektromagnetischen Kupplung 31 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel ein einreihiges Kugellager 36 verwendet, um den Rotor 35 drehbar
zu lagern. Dies kann die Weite des Kugellagers 36 entlang der Richtung der Achse P
begrenzen, wodurch es möglich ist, die Größe des Kugellagers 36 zu verringern. Dies
bedeutet, daß das Kugellager 36 kompakt ausgestaltet werden kann; insbesondere
kann ein Anstieg bei der Größe des Kugellagers 36 verhindert werden und außerdem
können das Gewicht und die Herstellkosten des Kugellagers 36 verringert werden.
Des weiteren kann gemäß der vorliegenden elektromagnetischen Kupplung 31 die rela
tive Axialverschiebung zwischen den äußeren und inneren Laufflächen 12 und 13 des
Kugellagers 36 entlang der Achse P kleiner gemacht werden als der Spalt g, der zwi
schen der Reibfläche 35b des Rotors 35 und der gerieben zu werdenden Oberfläche
37a des Ankers 37 ausgebildet ist, da die Nuten 12a und 13a der äußeren und inneren
Laufringe 12 und 13 des in der elektromagnetischen Kupplung 31 verwendeten Kugella
gers 36 jeweils derart ausgebildet sind, daß ihre jeweiligen Krümmungsradien eine der
oben erwähnten Gleichungen (1), (5) und (6) erfüllen. Daher sind der Rotor 35 und der Anker
37 an einem gegenseitigen Kontakt gehindert, selbst wenn die elektromagnetische
Spule 33 nicht mit elektrischer Energie versorgt wird, wodurch eine Beschädigung des
Rotors 35 und des Ankers 37 verhindert werden kann.
Gemäß dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel kann eine elektromagnetische
Kupplung erhalten werden, die im folgenden beschrieben wird:
Eine elektromagnetische Kupplung die umfaßt: einen Drehkörper, einen gedreht zu wer
denden Körper, eine elektromagnetische Spule und ein Kugellager. Der Drehkörper ist
aus einem Metall gefertigt, das als Magnetmaterial dient, er kann über eine Antriebs
quelle angetrieben oder gedreht werden und umfaßt eine Reibfläche. Der gedreht zu
werdende Körper ist aus einem Metall gefertigt, das als Magnetmaterial dient und eine
gerieben zu werdende Oberfläche umfaßt, die gegenüber der Reibfläche des Drehkör
pers angeordnet ist. Die elektromagnetische Spule ist so aufgebaut, daß sie, wenn sie
mit Energie versorgst wird, eine Magnetkraft erzeugt, und zumindest den Drehkörper
oder den gedreht zu werdenden Körper anzieht, wodurch es möglich ist, daß die Reib
fläche des Drehkörpers und die gerieben zu werdende Fläche des gedreht zu werden
den Körpers einander anziehen. Das Kugellager lagert den Drehkörper derart, daß sich
der Drehkörper frei drehen kann.
Eine elektromagnetische Kupplung gemäß Anmerkung 1, wobei das Kugellager einen
äußeren Laufring, einen inneren Laufring und eine rollbar zwischen den äußeren und
inneren Laufringen angeordnete Kugel aufweist, wobei in den jeweiligen Kontaktflächen
der äußeren und inneren Laufringe bezüglich der Kugel Nuten entlang der Umfangsflä
che des Laufrings mit jeweils einem bogenförmigen Querschnitt derart ausgebildet sind,
daß der Krümmungsradius re der Nut im äußeren Laufring und der Krümmungsradius ri
der Nut im inneren Laufring jeweils in einem Bereich liegen, in dem 1,0 ≦ (re +ri)/Da ≦
0,9746 (Da/dm)-0,0304 erfüllt ist. Dabei bezeichnet Da: den Durchmesser der Kugel, dm:
den Mittelwert der Durchmesser der inneren und äußeren Laufringe des Kugellagers.
Eine elektromagnetische Kupplung nach Anmerkung 1, wobei das Kugellager einen äu
ßeren Laufring, einen inneren Laufring und eine rollbar zwischen den äußeren und inne
ren Laufringen angeordnete Kugel umfaßt, wobei in den jeweiligen Kontaktflächen der
äußeren und inneren Laufringe bezüglich der Kugel Nuten entlang der Umfangsrichtung
des Laufrings mit jeweils einem bogenförmigen Querschnitt derart ausgebildet sind, daß
der Krümmungsradius re der Nut im äußeren Laufring und der Krümmungsradius ri der
Nut im inneren Laufring jeweils in einem Bereich liegen, in dem 1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦
0,9760 (Da/dm)-0,0255 erfüllt ist. Dabei bezeichnet Da: den Durchmesser der Kugel, dm:
den Mittelwert der Durchmesser der inneren und äußeren Laufringe des Kugellagers.
Eine elektromagnetische Kupplung nach Anmerkung 1, wobei das Kugellager einen äu
ßeren Laufring, einen inneren Laufring und eine rolbar zwischen den äußeren und inne
ren Laufringen angeordnete Kugel aufweist, wobei in den jeweiligen Kontaktflächen der
äußeren und inneren Laufringe bezüglich der Kugel Nuten entlang der Umfangsrichtung
des Laufrings mit jeweils einem bogenförmigen Querschnitt derart ausgebildet sind, daß
der Krümmungsradius re der Nut im äußeren Laufring und der Krümmungsradius ri der
Nut im inneren Laufring jeweils in dem Bereich liegen, in dem 1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,963
(Da/dm)-0,0315 erfüllt ist. Dabei ist Da: der Durchmesser der Kugel, dm: der Mittelwert der
Durchmesser der inneren und äußeren Laufringe des Kugellagers.
Gemäß der elektromagnetischen Kupplung nach Anmerkung 1 kann die Weite der elek
tromagnetischen Kupplung entlang der Axialrichtung des Kugellagers begrenzt werden,
da das Kugellager verwendet wird, um den Drehkörper drehbar zu lagern. Daher kann
die elektromagnetische Kupplung kompakt ausgestaltet werden; insbesondere kann ein
Anstieg bei der Größe der elektromagnetischen Kupplung und ein Anstieg des Gewichts
und der Herstellkosten der elektromagnetischen Kupplung verringert werden.
Gemäß der elektromagnetischen Kupplung nach den Anmerkungen 2 bis 4 kann die
Axialverschiebung des Kugellagers entlang der Axialrichtung desselben kleiner gemacht
werden als der Spalt, der zwischen der Reibungsfläche des Drehkörpers und der ge
rieben zu werdenden Fläche des gedreht zu werdenden Körpers ausgebildet ist. Zusätz
lich sind sowohl eine Verringerung der Größe als auch eine Verringerung des Gewichts
und der Herstellkosten der elektromagnetischen Kupplung möglich, selbst wenn ein ein
reihiges Kugellager verwendet wird, bei dem eine einzelne Kugel entlang der Achse
desselben angeordnet ist, da die jeweiligen Krümmungsradien re und ri der äußeren und
inneren Laufflächen des Kugellagers in einem Bereich liegen, der eine der oben er
wähnten Gleichungen (1), (5) und (6) erfüllt. Dank dessen kann verhindert werden, daß die
Reibfläche des Drehkörpers und die gerieben zu werdende Fläche des gedreht zu wer
denden Körpers in Kontakt miteinander kommen, wenn die elektromagnetische Spule
nicht mit Energie versorgt wird, wodurch es möglich ist, eine Beschädigung des Dreh
körpers und des gedreht zu werdenden Körpers zu verhindern. Bei einem erfindungs
gemäßen Kugellager kann die Axialverschiebung des Kugellagers begrenzt werden, da
die jeweiligen Krümmungsradien re und ri der äußeren und inneren Nuten des Kugella
gers in einem Bereich liegen, in dem eine der oben erwähnten Gleichungen (1), (5) und (6)
erfüllt ist. Daher kann der Bereich der relativen Verschiebung zwischen den äußeren
und inneren Laufringen entlang der Achse des Kugellagers begrenzt werden.
Obwohl die Erfindung in ihrer bevorzugten Form und ihrem bevorzugten Aufbau mit ei
nem gewissen Maß an Genauigkeit beschrieben wurden, ist es klar, daß die vorliegende
Offenbarung der bevorzugten Form in den Details der Konstruktion und in der Kombina
tion und Anordnung der Teile geändert werden kann, ohne daß vom Kern und Schutz
bereich der Erfindung, wie sie im folgenden beansprucht wird, abgewichen wird.
Claims (18)
1. Kugellager umfassend:
einen äußeren Laufring;
einen inneren Laufring; und
eine rollbar zwischen den äußeren und inneren Laufringen angeordnete Kugel, wobei jeder der äußeren und inneren Laufringe eine Nut mit einem bogenförmi gen Querschnitt umfaßt, die in deren Kontaktflächen bezüglich der Kugel so aus gebildet ist, daß sie sich in Umfangsrichtung derselben erstreckt, und wobei der Krümmungsradius re der Nut des äußeren Laufrings und der Krümmungsradius ri der Nut des inneren Laufrings jeweils zumindest eine der drei folgenden Glei chungen erfüllt,
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9746 (Da/dm)-0,0304 (1),
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9760 (Da/dm)-0,0255 (2),
und
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9638 (Da/dm)-0,0315 (3),
wobei Da: der Kugeldurchmesser, und dm: der Mittelwert der Durchmesser der Nuten der inneren und äußeren Laufringe ist.
einen äußeren Laufring;
einen inneren Laufring; und
eine rollbar zwischen den äußeren und inneren Laufringen angeordnete Kugel, wobei jeder der äußeren und inneren Laufringe eine Nut mit einem bogenförmi gen Querschnitt umfaßt, die in deren Kontaktflächen bezüglich der Kugel so aus gebildet ist, daß sie sich in Umfangsrichtung derselben erstreckt, und wobei der Krümmungsradius re der Nut des äußeren Laufrings und der Krümmungsradius ri der Nut des inneren Laufrings jeweils zumindest eine der drei folgenden Glei chungen erfüllt,
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9746 (Da/dm)-0,0304 (1),
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9760 (Da/dm)-0,0255 (2),
und
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9638 (Da/dm)-0,0315 (3),
wobei Da: der Kugeldurchmesser, und dm: der Mittelwert der Durchmesser der Nuten der inneren und äußeren Laufringe ist.
2. Kugellager nach Anspruch 1, wobei der Krümmungsradius re der Nut des äuße
ren Laufrings und der Krümmungsradius ri der Nut des inneren Laufrings jeweils
eine Gleichung
1,006 ≦ (re + ri)/Da
erfüllen, wobei Da: der Kugeldurchmesser ist.
1,006 ≦ (re + ri)/Da
erfüllen, wobei Da: der Kugeldurchmesser ist.
3. Kugellager nach Anspruch 1, wobei die Kugel aus Keramik gefertigt ist.
4. Kugellager nach Anspruch 1, wobei das Kugellager ein Kugellager mit vier Kon
taktpunkten ist, bei dem sich eine Kugel und die äußeren und inneren Laufringe
an vier Punkten berühren.
5. Kugellager nach Anspruch 1, wobei der maximale Betrag der Axialverschiebung
zwischen dem äußeren Laufring und dem inneren Laufring in axialer Richtung
derselben 0,15 mm oder weniger beträgt.
6. Kugellager, umfassend:
einen äußeren Laufring;
einen inneren Laufring; und
eine rollbar zwischen den äußeren und inneren Laufringen angeordnete Kugel, wobei jeder der inneren und äußeren Laufringe eine Nut mit einem bogenförmi gen Querschnitt umfaßt, die in der Kontaktfläche derselben bezüglich der Kugel so ausgebildet ist, daß sie sich in Umfangsrichtung derselben erstreckt, wobei der Krümmungsradius re der Nut des äußeren Laufrings und der Krümmungsra dius ri der Nut des inneren Laufrings jeweils eine Gleichung
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9746 (Da/dm)-0,0304
erfüllt, wobei Da: der Durchmesser der Kugel, und dm: der Mittelwert der Durch messer der Nuten der inneren und äußeren Laufringe ist.
einen äußeren Laufring;
einen inneren Laufring; und
eine rollbar zwischen den äußeren und inneren Laufringen angeordnete Kugel, wobei jeder der inneren und äußeren Laufringe eine Nut mit einem bogenförmi gen Querschnitt umfaßt, die in der Kontaktfläche derselben bezüglich der Kugel so ausgebildet ist, daß sie sich in Umfangsrichtung derselben erstreckt, wobei der Krümmungsradius re der Nut des äußeren Laufrings und der Krümmungsra dius ri der Nut des inneren Laufrings jeweils eine Gleichung
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9746 (Da/dm)-0,0304
erfüllt, wobei Da: der Durchmesser der Kugel, und dm: der Mittelwert der Durch messer der Nuten der inneren und äußeren Laufringe ist.
7. Kugellager nach Anspruch 6, wobei der Krümmungsradius re der Nut des äuße
ren Laufrings und der Krümmungsradius ri der Nut des inneren Laufrings jeweils
eine Gleichung
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9760 (Da/dm)-0,0255
erfüllt, wobei Da: der Kugeldurchmesser, und dm: der Mittelwert der Durchmes ser der Nuten der inneren und äußeren Laufringe ist.
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9760 (Da/dm)-0,0255
erfüllt, wobei Da: der Kugeldurchmesser, und dm: der Mittelwert der Durchmes ser der Nuten der inneren und äußeren Laufringe ist.
8. Kugellager nach Anspruch 7, wobei der Krümmungsradius re der Nut des äuße
ren Laufrings und der Krümmungsradius ri der Nut des inneren Laufrings jeweils
eine Gleichung
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9638 (Da/dm)-0,0315
erfüllt, wobei Da: der Kugeldurchmesser, und dm: der Mittelwert der Durchmes ser der Nuten der inneren und äußeren Laufringe ist.
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9638 (Da/dm)-0,0315
erfüllt, wobei Da: der Kugeldurchmesser, und dm: der Mittelwert der Durchmes ser der Nuten der inneren und äußeren Laufringe ist.
9. Kugellager nach Anspruch 6, wobei der Krümmungsradius re der Nut des äuße
ren Laufrings und der Krümmungsradius ri der Nut des inneren Laufrings jeweils
eine Gleichung
1,0 ≦ (re + ri)/Da
erfüllt, wobei Da: der Kugeldurchmesser ist.
1,0 ≦ (re + ri)/Da
erfüllt, wobei Da: der Kugeldurchmesser ist.
10. Kugellager nach Anspruch 6, wobei die Kugel aus Keramik gefertigt ist.
11. Kugellager nach Anspruch 6, wobei das Kugellager ein Kugellager mit vier Kon
taktpunkten ist, bei dem eine Kugel und äußere und innere Laufringe einander an
vier Punkten berühren.
12. Kugellager nach Anspruch 6, wobei der maximale Betrag der Axialverschiebung
zwischen dem äußeren Laufring und dem inneren Laufring in axialer Richtung
derselben 0,15 mm oder weniger beträgt.
13. Elektromagnetische Kupplung, die umfaßt:
einen Drehkörper, der aus einem Magnetmaterial gefertigt ist und durch eine An triebsquelle angetrieben ist, wobei der Drehkörper eine Reibfläche aufweist;
einen gedreht zu werdenden Körper, der aus einem Magnetmaterial gefertigt ist, wobei der gedreht zu werdende Körper eine gerieben zu werdende Oberfläche gegenüber der Reibfläche des Drehkörpers aufweist,
eine elektromagnetische Spule, die, wenn sie mit Energie versorgt ist, eine Ma gnetkraft erzeugt, um zumindest den Drehkörper und/oder den gedreht zu wer denden Körper anzuziehen und dadurch zu ermöglichen, daß sich die Reibfläche des Drehkörpers und die gerieben zu werdende Fläche des gedreht zu werden den Körpers einander anziehen; und
ein Kugellager, das den Drehkörper drehbar lagert.
einen Drehkörper, der aus einem Magnetmaterial gefertigt ist und durch eine An triebsquelle angetrieben ist, wobei der Drehkörper eine Reibfläche aufweist;
einen gedreht zu werdenden Körper, der aus einem Magnetmaterial gefertigt ist, wobei der gedreht zu werdende Körper eine gerieben zu werdende Oberfläche gegenüber der Reibfläche des Drehkörpers aufweist,
eine elektromagnetische Spule, die, wenn sie mit Energie versorgt ist, eine Ma gnetkraft erzeugt, um zumindest den Drehkörper und/oder den gedreht zu wer denden Körper anzuziehen und dadurch zu ermöglichen, daß sich die Reibfläche des Drehkörpers und die gerieben zu werdende Fläche des gedreht zu werden den Körpers einander anziehen; und
ein Kugellager, das den Drehkörper drehbar lagert.
14. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 13, wobei das Kugellager umfaßt:
einen äußeren Laufring;
einen inneren Laufring; und
eine rollbar zwischen den äußeren und inneren Laufringen angeordnete Kugel, wobei jeder der äußeren und inneren Laufringe eine Nut mit einem bogenförmi gen Querschnitt aufweist, die in den Kontaktflächen derselben bezüglich der Ku gel so ausgebildet ist, daß sie sich in Umfangsrichtung derselben erstreckt, wobei der Krümmungsradius re der Nut des äußeren Laufrings und der Krümmungsra dius ri der Nut des inneren Laufrings jeweils zumindest eine der drei folgenden Gleichungen erfüllt,
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9746 (Da/dm)-0,0304 (1),
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9760 (Da/dm)-0,0255 (2),
und
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9638 (Da/dm)-0,0315 (3),
wobei Da: der Kugeldurchmesser, und dm: der Mittelwert der Durchmesser der Nuten der inneren und äußeren Laufringe ist.
einen äußeren Laufring;
einen inneren Laufring; und
eine rollbar zwischen den äußeren und inneren Laufringen angeordnete Kugel, wobei jeder der äußeren und inneren Laufringe eine Nut mit einem bogenförmi gen Querschnitt aufweist, die in den Kontaktflächen derselben bezüglich der Ku gel so ausgebildet ist, daß sie sich in Umfangsrichtung derselben erstreckt, wobei der Krümmungsradius re der Nut des äußeren Laufrings und der Krümmungsra dius ri der Nut des inneren Laufrings jeweils zumindest eine der drei folgenden Gleichungen erfüllt,
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9746 (Da/dm)-0,0304 (1),
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9760 (Da/dm)-0,0255 (2),
und
1,0 ≦ (re + ri)/Da ≦ 0,9638 (Da/dm)-0,0315 (3),
wobei Da: der Kugeldurchmesser, und dm: der Mittelwert der Durchmesser der Nuten der inneren und äußeren Laufringe ist.
15. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 14, wobei der Krümmungsradius re
der Nut des äußeren Laufrings und der Krümmungsradius ri der Nut des inneren
Laufrings jeweils eine Gleichung
1,006 < (re + ri)/Da
erfüllen, wobei Da: der Kugeldurchmesser ist.
1,006 < (re + ri)/Da
erfüllen, wobei Da: der Kugeldurchmesser ist.
16. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 14, wobei die Kugel aus Keramik
gefertigt ist.
17. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 14, wobei das Kugellager ein Ku
gellager mit vier Kontaktpunkten ist, bei dem eine Kugel und äußere und innere
Laufringe einander an vier Punkten berühren.
18. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 14, wobei der maximale Betrag der
Axialverschiebung zwischen dem äußeren Laufring und dem inneren Laufring in
axialer Richtung derselben 0,15 mm oder weniger beträgt.
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- 1999-10-26 JP JP11304046A patent/JP2000240663A/ja active Pending
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- 1999-12-23 US US09/471,006 patent/US6273230B1/en not_active Expired - Lifetime
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