Umlaufendes Maschinenelement mit Wälzkörpern. Die bekannten Wälzlager, also Kugel lager, Rollenlager und Nadellager, haben den Nachteil, dass sie gegenüber Ungenauig keiten der Herstellung und der Montage sehr empfindlich sind. Ferner haben sie den Nach teil, dass sie in belastetem Zustand ein ge wisses Geräusch verursachen. Dagegen haben sie den Vorteil, sehr hoch belastbar zu sein und wenig Schmierung zu benötigen; auch ist bei gutem Material und genauer Montage ihre Abnutzung gering und ihre Lebensdauer gross. Wenn wechselnde Be triebsverhältnisse, wie Durchbiegungen der gelagerten Welle oder dergleichen, vorkom men, müssen Sonderbauten, wie zum Beispiel Pendelrollenlager, benutzt werden.
Die genannten Nachteile werden unter Bei behaltung der Vorteile bei dem umlaufenden, mit Wälzkörpern versehenen Maschinen element nach der Erfindung vermieden. Diese besteht darin, dass die Wälzkörper des Ele mentes federnd ausgebildet und unter Vor spannung zwischen ihre Laufflächen ein gesetzt sind.
Dadurch erreicht man zum Beispiel bei Lagern, dass die Genauigkeit der Herstellung geringer sein kann wie bei den bisherigen Wälzlagern, da einfach der um einige Hun dertstelmillimeter zu grosse Wälzkörper im Betrieb um dieses Mass mehr zusammen gedrückt wird als seine weniger grossen Nachbarkörper. Ferner braucht die Montage nicht so genau zu sein wie beim unelastischen Lager, weil die einzelnen Wälzkörper in der Lage sind, etwaigen Abweichungen ihrer Umgebung momentan zu folgen und zum Beispiel elastische Durchbiegungen oder Wärmedehnungen der gelagerten Welle oder des Lagerkörpers ohne weiteres aufzunehmen.
In der Zeichnung sind einige Ausführungs beispiele für die Erfindung dargestellt. Fig.1 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Achse eines Kugel- oder Rollenlagers, das sich von den bekannten gleichartigen Lagern dadurch un terscheidet, dass die ebenfalls im Schnitt dargestellten Kugeln oder Rollen a, die sich zwischen dem innern, auf der Welle d sit zenden Laufring b und dem äussern, im La- gergehäuse e befestigten Laufring c abwäl zen, hohl sind. Die Kugeln sind also hier Hohlkugeln bezw. die Rollen Hohlzylinder.
Gemäss Fig. 2 sind die Hohlzylinder des Rollenlagers sogar durch zylindrische Schrau benfedern f ersetzt. Damit die Federn nicht in Richtung ihres Gewindes an einer Lager stirn anlaufen, haben sie gleich viel rechts- wie linksgewundene Windungen.
In Fig. 3 und 4 ist ein Horizontallager dargestellt, und zwar in Fig. 3 im Quer schnitt, links nach der Linie X-X, reelits nach der Linie Y-Y, und in Fig. 4 im Längsschnitt. Gemäss der untern Hälfte der Fig. 4 ist die Laufrolle in einzelne, achs- parallel nebeneinanderliegende Ringe g von solcher Breite unterteilt, dass die Ringe nicht seitlich kippen können. Die Unterteilung hat den Zweck, zu bewirken, dass die Rolle auf ihrer ganzen Länge trägt, auch wenn die Achse der Welle d eine geringe, gegebenen falls im Betrieb wechselnde Winkelabwei chung von der Achse des Lagergehäuses e besitzt.
Um die Ringe g noch in sich elasti scher zu machen, können sie mit umlaufenden Schlitzen h versehen sein, die auch als Schmiermittelspeicher wirken.
Gemäss der obern Hälfte von Fig. 4 sind schmälere Ringe i in Abständen verwendet; diese müssen dann aber in Rillen -na, n der Laufkörper b, c geführt sein. Um die ein zelnen Ringreihen unter Vorspannung ein bringen zu können, muss einer der Laufringe b und c senkrecht zur Lagerachse in so viele Abschnitte unterteilt werden, als Rei hen von Wälzringen i vorhanden sind. Jede Ringreihe wird dann einzeln eingelegt und durch achsiales Einpressen des ihr zugeord neten Ringabschnittes in ihre Betriebslage gebracht.
Die Fig. 5 und 6 zeigen ein Vertikal lager nach der Erfindung in Längsschnitt und Grundriss, bei welchem eine oder meh rere Reihen von elastischen Wälzringen i - hier sind drei Reihen gezeichnet - in ebensoviel konzentrischen Rillen n und eia der ruhenden (p) und der umlaufenden La gerhälfte (q) laufen. Ein Führungsstift o sorgt für die Aurechterhaltung der Zentrie- rnng des Lagers. Gemäss der verschiedenen Umfangsgeschwindigkeit der Rillenkreise in werden auch die Ringe i hei Drehung der Welle q verschieden rasch umlaufen.
Es ist keineswegs nötig, dass die Ringe i die Rillen n ausfüllen, doch wird man zweckmässig immer so viele Ringe i pro Kreisrille n einbringen, als darin Platz ha ben. Will man, dass die Ringe i die Rillen n vollständig, das heisst bis zur vollständigen gegenseitigen Berührung ausfüllen, dann kann man die Rillendurchmesser entspre chend bemessen.
Will man verhindern, dass im Betrieb die Ringe mit gegenläufigen Flächen oder Kan ten aneinanderstossen, so kann man sie mit einem Käfig irgendeiner Bauart für je eine oder für sämtliche Ringreihen versehen, wie er bei Kugel- oder Rollenlagern üblich ist. Als Beispiel ist ein solcher in Fig. 7 in der Abwicklung und in Fig. 8 im Querschnitt dargestellt. Er besteht hier aus zwei Blech ringen r, die durch zwei Reihen von Bolzen s gegeneinander distanziert sind.
An diesen Bolzen laufen dieWälzkö rper i des Lagers an. Schiebt man über die Bolzen noch lose lau fende Hülsen f, wie in Fig. 7 rechts veran schaulicht, laufen auch die. Ringe i mit rol lender Reibung in ihrem Käfig, was bei aus reichender Schmierung einen äusserst leichten Lauf des Lagers gewährleistet. Bei Vertikal lagern können die. Blechringe r entsprechend der Zahl der Wälzringe i polygonal gestaltet sein.
Das Lager muss natiirlieh so berechnet werden, dass bei der höchsten vorkommenden Belastung desselben die Wälzkörper nur höchstens so weit elastisch deformiert wer den, dass sie einander bezw. die Zwischen körper (s, t) des Käfigs gerade berühren.
Welche Durchbiegung der Wälzkörper über haupt zugelassen werden kann, hängt von der Maschinenart und von der Umfangsge schwindigkeit des Lagerzapfens ab, und nach ihr richtet sich der Querschnitt bezw. die Wandstärke der Wälzkörper. Selbstverständ lich ist auch der Werkstoff der Wälzkörper und ihrer Laufbahnen für die Laufeigen schaften des Lagers wesentlich. Beide kön nen besonders gehärtet sein.
Da die Wälzkörper des neuen Maschinen elementes unter Vorspannung eingesetzt sind, also ständig unter einem gewissen Druck stehen, eignet es sich auch als umlaufender Kontaktapparat zur Übertragung von elek- trischem. Strom; denn die Leitfähigkeit eines Kontaktes hängt ja vor allem von dem Druck ab, mit welchem die Kontaktflächen aufein andergepresst sind. Bei Verwendung des La gers für die Achsen elektrischer Bahnen ist daher eine besondere, das Lager umgehende Erdverbindung unnötig, insbesondere bei Wechselstrombetrieb, wobei elektrolytisch bedingte Anfressungen ausgeschlossen sind.
Ferner eignet sich das Maschinenelement zur Stromabnahme oder zur gleichzeitigen Lagerung und Stromabnahme von umlaufen den Leitern als Ersatz von Schleifringen mit ihren Stromabnehmerbürsten. Man kann hierbei sehr grosse Ströme übertragen, da die Zahl der verwendeten, elektrisch parallel schaltbaren Wälzkörper praktisch fast un begrenzt ist und es auch wegen der Elastizi tät der Wälzkörper mechanisch keineswegs auf sehr grosse Genauigkeit ankommt.
An sich ist auch eine Schrägstellung der Ringe in der Weise möglich, dass die Ring ebenen einer Ringreihe Tangentialebenen eines Kegels bilden, und zwar sowohl bei Lagern als auch besonders bei der Strom abnahme von Laufringen. Hierbei kann man je zwei Ringe symmetrisch gegeneinander abstützen, so dass im Längsschnitt eine Zick zackanordnung herauskommt. Fig. 9 zeigt den Längsschnitt eines Laufringes u mit Ringstromabnahme durch zwei Reihen von Paaren von schrägstehenden Ringen ä. Der Strom wird vom umlaufenden Laufring u auf den festen Ring v übertragen. Dabei sucht die Fliehkraft die Ringe i aufzurichten und erhöht dadurch den Kontaktdruck.
Macht man bei schrägstehenden Wälz- ringen die mit Widerlagern versehenen Lauf ringe in axialer Richtung mehrteilig und die Teile gegeneinander axial verschiebbar (etwa wie in Fig. 9 strichpunktiert angedeutet), so lässt sich die Anordnung nachstellbar ma chen. Durch ständigen Federdruck auf die verschiebbaren Teile des innern Laufringes u lässt sich eine völlig selbsttätige Nachstellung erreichen.
Rotating machine element with rolling elements. The known roller bearings, that is ball bearings, roller bearings and needle bearings, have the disadvantage that they are very sensitive to inaccuracies in the manufacture and assembly. They also have the disadvantage that they cause a certain noise when loaded. On the other hand, they have the advantage of being very resilient and requiring little lubrication; with good material and precise assembly, their wear and tear is low and their service life is long. If changing operating conditions, such as bending of the supported shaft or the like, vorkom men, special constructions such as spherical roller bearings must be used.
The disadvantages mentioned are avoided while maintaining the advantages of the rotating machine element provided with rolling elements according to the invention. This consists in the fact that the rolling elements of the Ele mentes are designed to be resilient and are set under tension between their running surfaces.
In the case of bearings, for example, this means that the manufacturing accuracy can be lower than with previous rolling bearings, since the rolling element that is a few hundredths of a millimeter too large is compressed by this amount during operation than its smaller neighboring elements. Furthermore, the assembly does not need to be as precise as with the inelastic bearing, because the individual rolling elements are able to instantly follow any deviations in their surroundings and, for example, easily absorb elastic deflections or thermal expansion of the supported shaft or the bearing body.
In the drawing, some execution examples are shown for the invention. 1 shows a section perpendicular to the axis of a ball or roller bearing, which differs from the known similar bearings in that the balls or rollers also shown in section a, which are located between the inner race ring on the shaft d sit b and the outer race c, fastened in the bearing housing e, are hollow. The balls are therefore hollow balls respectively. the rollers are hollow cylinders.
According to Fig. 2, the hollow cylinder of the roller bearing are even replaced by cylindrical screws benfedern f. So that the springs do not run against a bearing face in the direction of their thread, they have as many right-hand and left-hand coils.
In Fig. 3 and 4 a horizontal bearing is shown, namely in Fig. 3 in cross section, left to the line X-X, reelits to the line Y-Y, and in Fig. 4 in longitudinal section. According to the lower half of FIG. 4, the roller is subdivided into individual rings g lying next to one another axially parallel and of such a width that the rings cannot tilt sideways. The purpose of the subdivision is to ensure that the roller carries along its entire length, even if the axis of the shaft d has a slight angular deviation from the axis of the bearing housing e, which may change during operation.
To make the rings g even more elastic in themselves, they can be provided with circumferential slots h, which also act as a lubricant reservoir.
According to the upper half of FIG. 4, narrower rings i are used at intervals; but these must then be guided in grooves -na, n of the running bodies b, c. In order to be able to bring the individual rows of rings under preload, one of the races b and c must be divided perpendicular to the bearing axis into as many sections as there are rows of rolling rings i. Each row of rings is then inserted individually and brought into its operating position by axially pressing in the ring section assigned to it.
5 and 6 show a vertical bearing according to the invention in longitudinal section and plan, in which one or more rows of elastic rolling rings i - here three rows are drawn - in as many concentric grooves n and eia of the resting (p) and the running around the bearing half (q). A guide pin o ensures that the centering of the bearing is maintained. According to the different circumferential speeds of the groove circles in FIG. 1, the rings i will also rotate at different speeds when the shaft q rotates.
It is by no means necessary for the rings i to fill the grooves n, but it is always practical to insert as many rings i per circular groove n as there is space in them. If you want the rings i to fill the grooves n completely, that is to say up to complete mutual contact, then the groove diameter can be dimensioned accordingly.
If you want to prevent the rings with opposing surfaces or edges colliding with one another during operation, you can provide them with a cage of any type for one or all rows of rings, as is common with ball or roller bearings. As an example, such is shown in Fig. 7 in the development and in Fig. 8 in cross section. It consists of two sheet metal rings r, which are separated from each other by two rows of bolts s.
The rolling elements i of the bearing run against these bolts. If you slide over the bolts still loosely running sleeves f, as illustrated on the right in Fig. 7, also run. Rings i with rolling friction in their cage, which ensures extremely easy running of the bearing with sufficient lubrication. With vertical storage, the. Sheet metal rings r be designed polygonally corresponding to the number of rolling rings i.
The bearing must of course be calculated in such a way that at the highest load that occurs, the rolling elements are only elastically deformed to the extent that they are mutually exclusive. the intermediate bodies (s, t) of the cage are just touching.
What deflection of the rolling elements can be allowed at all depends on the type of machine and the speed of the journal from the circumferentials, and according to it, the cross-section is BEZW. the wall thickness of the rolling elements. Of course, the material of the rolling elements and their raceways is also essential for the running properties of the bearing. Both can be specially hardened.
Since the rolling elements of the new machine element are inserted under preload, that is, they are constantly under a certain pressure, it is also suitable as a revolving contact device for the transmission of electrical energy. Electricity; because the conductivity of a contact depends above all on the pressure with which the contact surfaces are pressed onto one another. When using the La gers for the axes of electric railways, a special ground connection bypassing the bearing is therefore unnecessary, especially in AC operation, with electrolytic corrosion being excluded.
Furthermore, the machine element is suitable for drawing current or for the simultaneous storage and drawing of current from rotating conductors as a replacement for slip rings with their current collector brushes. You can transmit very large currents here, since the number of rolling elements used, which can be connected electrically in parallel, is practically almost unlimited and, due to the elasticity of the rolling elements, mechanically very high accuracy is by no means important.
In principle, an inclined position of the rings is possible in such a way that the ring planes of a row of rings form tangential planes of a cone, both in the case of bearings and especially in the case of the power consumption of races. Two rings can be symmetrically supported against each other, so that a zigzag arrangement emerges in the longitudinal section. Fig. 9 shows the longitudinal section of a race u with ring current decrease through two rows of pairs of inclined rings Ä. The current is transmitted from the rotating race u to the fixed ring v. The centrifugal force tries to straighten the rings i and thereby increases the contact pressure.
In the case of inclined rolling rings, if the bearing rings provided with abutments are made in several parts in the axial direction and the parts are axially displaceable relative to one another (for example as indicated by dash-dotted lines in FIG. 9), the arrangement can be made readjustable. A completely automatic adjustment can be achieved by constant spring pressure on the sliding parts of the inner race u.