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Die vorliegende Erfindung betrifft die vorgespannten
Wälzlager, insbesondere die vorgespannten Kugellager und
vor allem diejenigen von ihnen, bei denen die Vorspannung
zwischen einem ersten Wert, der das Halten der
Wälzelemente im nicht montierten Zustand sowie die Montage
des Wälzlagers ermöglicht, und einem zweiten Wert, bei
dem die Vorspannung so bemessen ist, wie sie für eine
gute Funktion notwendig ist, eingestellt werden kann.
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Die vorgespannten Wälzlager sind im Stand der Technik
wohlbekannt.
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Von ihnen sind bestimmte von einem Typ, bei dem
wenigstens einer der Laufringe in zwei Teile unterteilt ist,
die frei beweglich ineinander eingesetzt sind, um die
Vorspannung zu übertragen. Ein Wälzlager dieser Art ist
beispielsweise in der französischen Patentanmeldung
2 594 189 offenbart.
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Es sind sämtliche Vorteile, die dieser Wälzlagertyp
bietet, bekannt. Er ermöglicht ein automatisches
Nachstellen des Spiels, er ist selbstzentrierend und paßt
sich selbst an die Beanspruchung an.
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Obwohl dieser Wälzlagertyp für zahlreiche Anwendungen
zufriedenstellend ist, weist er dennoch bei seiner
Anwendung Schwierigkeiten auf. Dies ist insbesondere der Fall,
wenn das Steckerteil und/oder das Buchsenteil, zwischen
denen dieses Wälzlager angeordnet werden soll, so
beschaffen ist, daß dieses Teil selbst eine Bahn für das
Wälzlager aufweisen kann.
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In einem solchen Fall ermöglichen die Eigenschaften
dieses Teils, eventuell nach einer geeigneten,
beispielsweise thermischen Bearbeitung, daß es direkt als
Kontaktbahn verwendet werden kann, auf der die Wälzelemente wie
etwa Kugeln rollen. In einer solchen Situation bietet die
Montage spezifische Probleme, weil die Vorspannung bei
der Zusammenfügung plötzlich ansteigt, so daß die
Montage- und Betriebseigenschaften dann oftmals nicht
miteinander verträglich sind. Falls nämlich die
Montagebedingungen insoweit zufriedenstellend sind, daß die
Montage verhältnismäßig einfach ist, besteht für das
Wälzlager die Gefahr, daß es sich unter der Wirkung einer Kraft
mit axialer Komponente, die der Montagerichtung
entgegengesetzt ist, plötzlich trennt, so daß die Sicherheit
nicht gewährleistet ist. Falls umgekehrt die
Betriebsbedingungen zufriedenstellend sind und die Sicherheit
gewährleistet ist, ist die Kraft für die Ausführung der
Montage erheblich und außerhalb des gewöhnlich
akzeptierten oder angewendeten Bereichs.
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Um diesen Typ von Schwierigkeiten bei einem Wälzlager der
oben angegebenen Art zu beseitigen, muß daher in der
Weise verfahren werden, daß das Wälzlager einen ersten
Zustand, in dem seine Montage erfolgen kann, sowie einen
zweiten Zustand besitzt, der vom ersten verschieden ist
und in dem das Wälzlager, sobald es montiert ist, die
Eigenschaften besitzt, die für seinen Normalbetrieb
notwendig sind. Eine Lösung ist beispielsweise in der
französischen Patentanmeldung 2 628 160 offenbart. Die
hier vorgeschlagene Lösung besitzt jedoch nicht die
erwartete Vielseitigkeit.
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Es konnte nämlich beobachtet werden, daß beim
Zusammenfügen die Wälzelemente dieses Wälzlagers eine bestimmte
Neigung besitzen, entweder spontan oder unter der
Einwirkung der Vorspannung des ersten Zustands voneinander zu
fliehen, selbst wenn diese letztere Vorspannung im
wesentlichen nicht aktiv ist. Es konnte außerdem beobachtet
werden, daß das elastische Element der elastischen
Vorrichtung dieses Wälzlagers, das die Vorspannung
gewährleistet, sowohl bei der Herstellung als auch bei der
Montage und bei der Zusammenfügung verhältnismäßig
komplex ist. Es ist außerdem beobachtet worden, daß dann,
wenn die Haltemittel der Vorspannungsvorrichtung dieses
Wälzlagers aus einem Sperrmechanismus gebildet sind, die
Anbringung des Auflagers verhältnismäßig schwierig ist,
insbesondere, wenn das Wälzlagergehäuse aus einer
verhältnismäßig dünnen Hülse hergestellt ist, die durch ein
Abschreckhärteverfahren gehärtet worden ist, damit sie
direkt als Rollbahn für die Wälzlagerelemente dienen
kann, so daß der Anschlag keine Geschmeidigkeit, d. h.
keine geeignete Elastizität mehr aufweist.
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Das Ziel der Erfindung ist, die meisten der kurz
wiedergegebenen Nachteile zu beseitigen.
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Die Erfindung hat ein vervollkommnetes vorgespanntes
Wälzlager zum Gegenstand, das unter anderem versehen ist
mit einem Gehäuse, Wälzelementen, die auf zwei
kreisförmigen Bahnen umlaufen, wenigstens einem Ring, der aus
zwei Teilen gebildet ist, wobei sich auf jedem von diesen.
eine dieser Bahnen befindet und die frei beweglich in der
Weise ineinander eingesetzt sind, daß sie axial gleiten
können, und einer elastischen Vorrichtung, die mit diesem
Gehäuse und mit wenigstens einem dieser Teile in der
Weise zusammenwirkt, daß sie diese zwei kreisförmigen
Bahnen zueinander axial vorbelastet, um eine Vorspannung
auszuüben, wobei diese Wälzelemente dazu vorgesehen sind,
sich auf einem anderen Element auf wenigstens einer
anderen kreisförmigen Bahn abzustützen, und wobei diese
elastische Vorspannungsvorrichtung zwischen einem ersten
Zustand, in dem die Vorspannung im wesentlichen inaktiv
ist, um die Anordnung der Wälzelemente in Kontakt mit
dieser anderen Bahn dieses anderen Elements zu
ermöglichen, und einen zweitem Zustand, in dem die Vorspannung
aktiv ist, um den Wälzelementen, die mit diesen drei
Bahnen in Kontakt sind, zu ermöglichen, wenigstens mit
der für den Normalbetrieb erforderlichen Vorspannung
umzulaufen, einstellbar ist.
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Dieses vervollkommnete vorgespannte Wälzlager ist dadurch
gekennzeichnet, daß es einen Käfig enthält, der aus einem
Ring und Paaren von Armen hergestellt ist, die durch
diesen Ring auf einer seiner Seiten getragen werden und
die axial orientiert sind und mit Sitzen versehen sind,
die wenigstens an diesen Armen ausgebildet sind, um hier
die Wälzelemente in der Weise aufzunehmen, daß sich diese
Wälzelemente außerdem relativ zu den zwei Teilen des
Rings axial und radial wenigstens dann verschieben
können, wenn sich die elastische Vorrichtung in ihrem ersten
Zustand befindet.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden deutlich beim Lesen
der Beschreibung und der folgenden Ansprüche sowie bei
der Untersuchung der beigefügten Zeichnungen, die
lediglich beispielhaft gegeben sind, wobei:
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- Fig. 1 ein axialer Meridian-Teilschnitt einer
Ausführungsform des vervollkommneten vorgespannten
Wälzlagers gemäß der Erfindung in seinem ersten Zustand ist;
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- Fig. 2 eine Ansicht ist, die zu derjenigen
von Fig. 1 analog ist, wobei dieses Wälzlager in seinem
zweiten Zustand gezeigt ist;
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- Fig. 3 eine Ansicht ist, die zu derjenigen
von Fig. 1 analog ist, die jedoch eine
Ausführungsvariante zeigt, in der dieses Wälzlager sich in einem
Zwischenzustand
befindet, den es bei seiner Zusammenfügung
durchläuft;
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- Fig. 4 eine Detail-Teilansicht der
Ausführungsvariante der Ausführungsform von Fig. 3 ist;
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- Fig. 5 eine Detailansicht ist, die zu
derjenigen von Fig. 4 der Ausführungsform der Fig. 1 und 2
analog ist; und
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- Fig. 6 und 7 Detailansichten von zwei
Ausführungsvarianten sind.
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Die vorgespannten Wälzlager, insbesondere die
vorgespannten Kugellager, sind im Stand der Technik wohlbekannt.
Deshalb legt die folgende Beschreibung nur dar, was
direkt oder indirekt die Erfindung betrifft. Für alles
weitere kann sich der Fachmann des betreffenden Gebiets
der herkömmlichen, gängigen Lösungen bedienen, um den
besonderen Problemen zu begegnen, mit denen er
konfrontiert ist.
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Im folgenden wird stets dasselbe Bezugszeichen verwendet,
um unabhängig von der Ausführungsform der Erfindung und
ihrer Ausführungsvariante homologe Elemente zu
bezeichnen.
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Um der bequemen Darstellung willen werden nacheinander
sämtliche Komponenten eines vervollkommneten
vorgespannten Wälzlagers gemäß der Erfindung beschrieben, bevor die
Montage, die Zusammenfügung und die Funktionsweise
erläutert werden.
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Im folgenden wird angenommen, daß ein vervollkommnetes
vorgespanntes Wälzlager gemäß der Erfindung dazu bestimmt
ist, mit einer Welle verwendet zu werden, die mit einer
Auskehlung versehen ist, welche direkt als anderes
Element mit einer kreisförmigen Rollbahn dient. Es ist
deutlich, daß die Erfindung leicht in der Weise
übertragen werden kann, daß ein Wälzlager gemäß der Erfindung
nicht mit einer in seinem Innenraum axial angeordneten
Welle, sondern mit einer Bohrung zusammenwirkt, die dann
an seinem Umfang angeordnet ist. Die Übertragungen sind
einfach, ohne die Erfindung in irgendeiner Weise zu
modifizieren.
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Ein vervollkommnetes vorgespanntes Wälzlager gemäß der
Erfindung enthält in den Ausführungsformen und ihren
gezeichneten Varianten ein Gehäuse 10, Wälzelemente 20
wie etwa Kugeln, die sich in einem Käfig 60 befinden,
einen Ring 30, der aus zwei Teilen 31 und 32 hergestellt
ist, wie eine elastische Vorspannungsvorrichtung 50, die
zwei Zustände annehmen kann, einen ersten Zustand, in dem
die Beanspruchung im wesentlichen inaktiv ist, um die
Montage zuzulassen, und einen zweiten Zustand, in dem die
Beanspruchung in der Weise aktiv ist, daß bei erfolgter
Montage das Wälzlager gemäß der Erfindung normal arbeiten
kann.
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In den dargestellten Ausführungsformen weist das Gehäuse
10 vorzugsweise dünne Wände auf. Die Techniken der
Herstellung und der spanabhebenden Formgebung sowie der
Bearbeitung dieses Gehäusetyps sind im Stand der Technik
bekannt.
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Wie anhand der beschriebenen und gezeigten
Ausführungsformen deutlich wird, ist das Gehäuse 10 direkt einem der
Teile, d. h. dem Teil 31, des Rings 30 zugeordnet. Das
Gehäuse 10 und der Teil 31 sind beispielsweise in einem
Stück gefertigt und besitzen die Form einer Buchse. Der
andere Teil 32 des Rings 30 besitzt die Form einer
Schale, die sich im Gehäuse oder in der Buchse frei
relativ verschieben kann, um hier ohne Gefahr der
Verklemmung oder der Blockierung axial zu gleiten.
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Die Wälzelemente 20, hier Kugeln, sind dazu bestimmt,
sich auf wenigstens jedem der Teile 31 und 32 längs der
kreisförmigen Bahnen 231 bzw. 232 abzustützen.
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Diese Wälzlager 20 sind außerdem dazu bestimmt, auf
wenigstens einer weiteren Bahn eines weiteren Elements
umzulaufen. In den gezeigten Ausführungsformen ist dieses
andere Element eine Welle 40, die eine weitere Bahn 240
aufweist, welche die Wälzelemente beschreiben. Diese Bahn
240 ist beispielsweise durch eine Auskehlung mit
kreisbogenförmigem Meridianschnitt begrenzt, wobei im
Scheitelpunkt des Kreisbogens ein Kanal 242 ausgespart ist und
durch Schultern 243 begrenzt ist. Das freie Ende der
Welle 40 ist vorzugsweise mit einer Abschrägung oder
einer Fase 241 versehen, wobei die Gründe hierfür weiter
unten verständlich werden.
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Die elastische Vorspannungsvorrichtung 50, mit der das
vervollkommnete vorgespannte Wälzlager gemäß der
Erfindung ausgerüstet ist, ist zwischen zwei Zuständen
einstellbar. Ein erster Zustand, in dem die Vorspannung im
wesentlichen inaktiv ist, um die Montage des Wälzlagers,
hier das Einführen der Welle, zu ermöglichen, und ein
zweiter Zustand, in dem die Vorbelastung aktiv ist, um
bei erfolgter Montage einen Normalbetrieb des Wälzlagers
mit der für eine gute Verwendung erforderlichen
Vorspannung zu ermöglichen. Die einstellbare elastische
Vorspannungsvorrichtung enthält eine Abstützfläche 51,
Haltemittel 52 und ein elastisches Element 53.
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Die Abstützfläche 51 besitzt die Form einer Scheibe 5100
mit einem Schlitz 5101, der durch zwei Schnittflächen
5102 begrenzt ist, die angenähert radial verlaufen. Wie
aus Fig. 6 hervorgeht, ist diese Scheibe eben, ferner
sind ihre zwei Schnittflächen im wesentlichen koplanar
und mit einem bestimmten Zwischenraum 5103 einander
gegenüber angeordnet. Auf die Rolle dieses Zwischenraums
wird am Ende zurückgekommen. In der in Fig. 7 gezeigten
Ausführungsvariante ist die Scheibe nicht mehr eben,
sondern windschief, wobei ihre beiden Schnittflächen 5102
nicht mehr koplanar sind. Wenn die Schnittflächen nicht
mehr einander gegenüber angeordnet sind, können sie sich
übereinander bewegen, ohne aufeinander zu treffen, wenn
aus Gründen, die im folgenden deutlich werden, versucht
wird, sie einander anzunähern. Dies ersetzt den
Zwischenraum.
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Die Haltemittel 52 sind dazu bestimmt, die Auflagefläche
51 am Gehäuse 10 gut zu befestigen. Diese Haltemittel
ermöglichen, daß die elastische Vorspannungsvorrichtung
den einen oder den anderen ihrer beiden Zustände annehmen
kann. Diese Haltemittel sind durch einen Sperrmechanismus
521 gebildet. Dieser Sperrmechanismus enthält wenigstens
zwei aufeinanderfolgende Anschläge 5211 wie etwa Haken
5212 und eine Kante 5215 der Scheibe 5100, wie in den
Fig. 1, 2 und 3 gezeigt ist. Die Haken 5212 werden
beispielsweise durch Ziehen mit oder ohne Ausstanzen der
Buchse 10 erhalten, so daß sie zunehmend in den Innenraum
des Gehäuses 10 in einer Richtung vorstehen, die von
außerhalb nach innerhalb der Buchse in axialer Richtung
anwächst. Diese Haken sind beispielsweise auf
aufeinanderfolgenden Kreisen regelmäßig verteilt, wobei die Haken
von zwei aufeinanderfolgenden Kreisen entweder in
derselben Meridianebene liegen, wie in den Fig. 1, 2 und 3
gezeigt ist, oder in in Winkelrichtung zueinander
versetzten Meridianebenen liegen, derart, daß sie axial
nicht aufeinanderfolgen.
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Wie insbesondere aus den Fig. 1 und 2 gut hervorgeht,
besitzt das elastische Element 53 eine
Toroidkonfiguration und enthält einen Stopfen 531, der dazu bestimmt
ist, mit dem Teil 32 des Rings 30, der axial beweglich
ist, zusammenzuwirken, und außerdem eine Kufe 532, die
dazu bestimmt ist, mit der Abstützfläche 51 an der
Scheibe 5100 zusammenzuwirken. Dieser Stopfen 531 und
diese Kufe 532 sind voneinander durch einen Einschnitt
533 getrennt. Wie in Fig. 1 ersichtlich ist, klafft der
Einschnitt 533 auseinander, wenn sich die
Vorspannungsvorrichtung in ihrem ersten Zustand befindet. Wenn sich
dagegen die Vorspannungsvorrichtung in ihrem zweiten
Zustand befindet, wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der
Einschnitt 533 im wesentlichen geschlossen, wie deutlich
erkennbar ist. Ein Zwischenraum 5330 ist lediglich um der
bequemen Darstellung und der folgenden Darlegung willen
angegeben. Wie ersichtlich ist, ist der Käfig 60 aus
einem Ring 61 und aus Paaren von Armen 62 hergestellt,
die von diesem Ring wenigstens an einer seiner Seiten
getragen werden; es ist nur ein Paar von Armen gezeichnet
worden, es ist jedoch klar, daß solche Paare auf dem
gesamten Umfang des Rings, vorzugsweise regelmäßig,
verteilt sind. Diese Arme 62, die axial orientiert sind,
sind so beschaffen, daß sie wenigstens an ihnen Sitze 621
ausbilden, vorzugsweise in Form sphärischer Hauben, um
die Wälzelemente 20 aufzunehmen. Diese Sitze sind derart,
daß die Wälzelemente 20 sich relativ zu den Teilen 31 und
32 des Rings 30 insbesondere axial und radial zusätzlich
zu ihren natürlichen Bewegungen verschieben können, wenn
das vervollkommnete vorgespannte Wälzlager gemäß der
Erfindung normal arbeitet. Für die in den Fig. 1, 2 und 5
gezeigte Ausführungsform bilden die Arme 62 Klemmen 622,
wobei der Käfig 60 zwischen dem Ring 30 und der Welle 40
beweglich angebracht ist. So sind die Arme so beschaffen,
daß sie nur zulassen, daß sich die Wälzelemente 20 im
wesentlichen radial verschieben, um ihren Sitz zu
verlassen.
Für die in den Fig. 3 und 4 gezeigte
Ausführungsvariante ist der Ring 61 mit einer Nase 611 mit einer
Rampe 6111 und einem Anschlag 6112 versehen. Die Rampe
ermöglicht die Anordnung des Käfigs durch elastische
Verformung, während der Anschlag den Käfig in axialer
Richtung relativ zum Ring und zum anderen Element,
zwischen denen er angeordnet ist, unbeweglich macht. Wie
insbesondere aus den Fig. 3 und 4 gut hervorgeht, ruhen
die Wälzelemente auf ihrem Sitz zwischen den Armen in der
Weise auf, daß sie sich axial und radial verschieben
können, um ihren Sitz zu verlassen.
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In der Anfangsposition befindet sich ein vervollkommnetes
vorgespanntes Wälzlager gemäß der Erfindung in der
Situation, die in Fig. 1 oder in Fig. 3 gezeigt ist. In dieser
Situation ist die elastische Vorspannungsvorrichtung in
ihrem ersten Zustand. Wenn jetzt die Welle 40 angeordnet
wird, nimmt die Vorspannungsvorrichtung einen
Zwischenzustand ein, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Die Wälzelemente
oder Kugeln, die zunächst im Käfig zwischen den Armen
gehalten werden und in ihrem Sitz ruhen, werden plötzlich
nach außen zurückgedrückt, wobei die Fase die Einführung
und die Anordnung der Welle 40 erleichtert, und dies
gegen die Beanspruchung des elastischen Elements.
Anschließend gelangen die Kugeln mit der Auskehlung der
Welle in Eingriff, ruhen in dieser und nehmen unter der
Belastung des elastischen Elements, das sie zurückdrückt,
ihre Anfangsposition ein.
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Durch der Konfiguration des Käfigs ist verständlich, daß
sich die Kugeln gleichzeitig radial und axial verschieben
konnten, um die Einführung und die Anordnung der Welle zu
ermöglichen.
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Um die elastische Vorspannungsvorrichtung aus ihrem
ersten Zustand von Fig. 1 oder 3 in denjenigen von Fig. 2
zu überführen, wo sie sich in ihrem zweiten Zustand
befindet, ist es ausreichend, auf die Abstützfläche
einzuwirken, damit ihre Kante nicht mehr an dem axial am
weitesten außen befindlichen Haken, sondern an den
folgenden Haken anliegt, wie gezeigt ist. Wie angegeben
worden ist und aus Gründen, die erläutert worden sind,
sind die Haken 5212 aufgrund der Bearbeitungen, denen die
Buchse unterworfen worden ist, um diese Zustandsänderung
zuzulassen, weder ausreichend flexibel noch ausreichend
elastisch. Daher weist die Scheibe 5100 diese Elastizität
auf. Wenn die Scheibe mit Hilfe irgendeines geeigneten
Werkzeugs und mit einer ausreichenden Kraft in Richtung
der Wälzelemente geschoben wird, bewirkt die Neigung der
Haken, daß sich die Schnittflächen des Schlitzes einander
annähern. Wenn die Schnittflächen um einen ausreichenden
Zwischenraum 5103 ausreichend weit voneinander
beabstandet sind, wie in Fig. 6 gezeigt ist, können sie sich
einander annähern, ohne sich zu berühren, um sich an den
Haken vorbeizubewegen. Wenn dies nicht der Fall ist und
wenn das Spiel nicht ausreicht und die Scheibe windschief
ist, wie in Fig. 7 gezeigt ist, treffen die
Schnittflächen auch bei Annäherung nicht aufeinander, weil sie sich
in verschiedenen Ebenen befinden, wobei sie auf diese
Weise die Vorbeibewegung an den Haken ermöglichen. Wenn
sich die Scheibe an diesen Haken vorbeibewegt hat,
bewirkt ihre inhärente Elastizität, daß sie ihre
anfängliche Konfiguration wieder einnimmt, in der sie den
gesamten Innendurchmesser der Buchse belegt und sich dabei mit
ihrer Kante am Haken abstützt.
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In der Position, in der das vervollkommnete vorgespannte
Wälzlager gemäß der Erfindung in Fig. 1 gezeigt ist, übt
das elastische Element mit Hilfe seiner Kufe 532 nur eine
im wesentlichen geringe axiale Kraft auf die
Abstützfläche 51 aus. Wenn die Abstützfläche geschoben wird, um sie
in die in Fig. 2 gezeigte Position zu bewegen, wird die
Kufe 532 verformt und komprimiert, um mit dem Stopfen 531
in Kontakt zu gelangen, indem der Einschnitt 533, der
anfangs auseinanderklaffte, im wesentlichen verschwindet.
Es ist ersichtlich, daß das Anfangsvolumen des Stopfens
derart ist, daß, wenn er seinen in Fig. 2 gezeigten
zweiten Zustand einnimmt, im wesentlichen den gesamten
Raum belegt, der anfangs innerhalb des beweglichen Teils
der Buchse freigelassen worden ist und durch die
Abstützfläche begrenzt ist.
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Die Wahl des Werkstoffs, aus dem das elastische Element
hergestellt ist, sowie das Volumen, daß die Kufe
ausfüllen muß, ermöglichen die Einstellung des Werts der für
die Funktion erforderlichen Vorspannung. Um dies zu
erreichen, ist es ausreichend, daß der Abstand zwischen
den zwei Positionen der Scheibe größer ist als die
Strecke, die der bewegliche Teil des Rings des Wälzlagers
zwischen seiner Montageposition (Fig. 3) und derjenigen
Position, die er in der Betriebsposition (Fig. 2)
einnimmt, durchläuft.
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Vorzugsweise ist das Gehäuse aus Metall hergestellt,
während der Käfig aus Kunststoffmaterial und das
elastische Element aus einem Elastomer hergestellt sind.
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Daraus wird der gesamte Nutzen des vervollkommneten
vorgespannten Wälzlagers gemäß der Erfindung
verständlich.