DE1575374A1

DE1575374A1 - Waelzlager und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1575374A1
Application number: DE19671575374
Authority: DE
Inventors: Hallerbaeck Stig Lennart
Original assignee: Svenska Kullagerfabriken AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 1966-06-02
Filing date: 1967-05-20
Publication date: 1969-12-18
Also published as: CH464613A; SE331005B; AT286717B

Description

"Wälzlager und Verfahren zu seiner Herstellung" Die Erfindung betrifft ein neues Wälzlager und ein Verfahren zu seiner Herstellung und insbesondere eine solche Gestaltung des Lagers, die nicht an den üblichen Nachteilen der bekannten Lager leidet, nämlich dem Geräusch und den verhältnismäßig hohen Anforderungen an die Genauigkeit in der Herstellung.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren, durch welches es möglich ist, das neue Lager mit niedrigen Kosten und geringstem Materialabfall herzustellen. Gemäß der Erfindung werden mindestens ein Laufring bzw. beide Laufringe des Lagers als Hohlkörper ausgestattet, so daß sich innerhalb des Hohlraumes die Geräuschwelle von der Laufhahn nicht oder nur schlecht übertragen. Gemäß der Erfindung bestehen also die Laufkörper aus Hohlringen,-die auf dem äußeren Umfang die Laufbahnen tragen, an den radialen Seiten durch abgewinkelte Flanschen abgeschlossen und auf der der Laufbahn entgegengesetzten Seite offen sind. Der an den Hohlringkörpern sich befindende Hohlraum ist so ausgebildet, daß der Hohlraum (15) des oder der Laufringe (2,3) sich im wesentlichen über die Lagerringbreite erstreckt,-seln äußerer Umfang auf der der Laufbahn entgegengesetzten Seite des Lagerkörpers liegt und an beiden Seiten durch radial in von der Laufbahn abgekehrter Richtung sich erstreckende Teile (16,17) clos Laufringes abgeschlossen ist durch Flanschen, die Stirnkanten bilden, die zur Montage bzw. zur Zentrierung des Lagerkörpers dienen. Das Herstellungsverfahren zur Herstellung der Hohllaufringe gemäß der Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß von einem Rohr Abschnitte abgeschnitten und durch Walzoperation in Laufringe von im wesentlichen der endgültigen Form und Abmessungen geformt werden, worauf die Ringe falls erforderlich gehärtet und auf die endgültigen Maße geschnitten werden, wonach eine Füllsubstanz, vorzugsweise Gummi, in den Hohlräumen des Ringes untergebracht wird, worauf die Fertigstellung des Lagers durch Einsetzen der Wälzkörper und Käfige üblicher Art erfolgt. Ein Lager gemäß der Erfindung ist nicht nur leiser im Lauf als die üblichen Lager, sondern es weist noch die weiteren Vorteile auf, dass es bequem zu montieren ist, in oder auf seinem Sitz einen besseren Griff hat und ferner die Möglichkeit einer besseren Kühlung bietet. Durch das Verfahren gemäß der Erfindung ist es möglich, ein Lager gemäß der Erfindung in wirtschaftlicher und technisch vorteilhafter Weise aus Standardmaterial in Gestalt eines Rohres zu fertigen. Wegen des Aufbaus des Lagers sind die Anforderungen an Arbeitstoleranzen und Einbaudimensionen weniger streng als beim normalen Lager.
Ausführungsbeispiele des neuen Lagers und des neuen Verfahrens sind in den-Zeichnungen dargestellt. Es zeigen Fig. 1 ein übliches einreihiges Kugellager, das in _ einer Gehäusewand 6 gelagert ist und durch eine Abdeckplatte 7 gehalten wird, Fig. 2 ein Kuqellager mit geräuschdämpfenden Ringeinlagen, Fig. 3 bis 6 sowie die Fig. 9 bis 17 weitere Ausführungen des Lagers, das erfindungsgemäß als Hohlkörper ausgebildet ist, Fig. 7 und 8 die schematische Darstellung des Herstel- lungsverfahrens. Wenn in einem konventionellen Lager gemäß Fig. 1 die Welle rotiert, dann übertragen sich die Vibrationen, die durch das Abrollen der Kugeln auf ihren Laufbahnen im inneren Ring 2 und im äußeren Ring 3 erzeugt werden, auf das Lager- schild 6, wie dies in der Zeichnung durch die gewellten Pfeile"8 angedeutet' ist. In vielen Fällen wird das Lagerschild 6 mit den Vibrationen in Resonanz stehen, wodurch das Lagergeräusch erheblich erhöht wird. Es wäre möglich, die Übertragung der Schallwellen vom Lager auf das Lagerschild und auf die Welle 5 zu vermeiden, wenn man zwischen den Ringen und dem Schild 6 sowie der Welle 5 Ringe 12 und 13 aus elastischem Material einschalten würde, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Ein in dieser Weise gestaltetes Lager leidet aber unter dem erheblichen Nachteil, daß seine Mittelachse sich sehr bald verlagern wird, da die elastischen Schichten 12 und 13 gleichviel aus welchem Material sie bestehen, nicht stabil sind. In Fig. 3 ist ein ähnliches Kugellager mit tiefen Laufrillen gezeigt, in welchem im äußeren Laufring 3 ein Hohlraum 15 ausgeschliffen ist, wodurch ein Paar Flanschen 16 entsteht, die gegen den Lagersitz im Lagerschild gerichtet sind. Der innere Ring 2 ist in ähnlicher Weise mit einem Hohlraum 14 versehen, der Führungsflanschen 17 bildet, die mit der Weile die Lagerzentrierung bilden. Ein Hohlraum dieser Art bildet einen sehr wirksamen Dämpfeffekt gegen die in der Kugellaufbahn entstehenden Vibrationen. Das Luftkissen innerhalb der Hohlräume kann nicht einen erheblichen Betrag der Luftwellen bzw. der Schallwellen zum Lagergehäuse 6 übertragen. Wenn die Hohlräume 14 und 15 ferner mit einem elastischen Stoff, z.B. einem elastischen Kissen, ausgefüllt werden, wird dieses elastische Kissen die Vibrationen absorbieren. Nur ein kleiner Teil der Geräuschfrequenz wird durch die Flanschen 16 und 17 übertragen.
Da das elastische Material an den Wandungen der Laufringe 2 und 3 anliegt, wird es ebenso einen Dämpfeffekt auf die Schallwellen ausüben, welche durch den Stahl zu den Flanschen 16 iind 17 gelaägen. In einem in dieser Weise gebauten Lager, in welchem die Hohlräume 14 und 15 mit einem elastischen Körper gefüllt sind, werden die Lagerringe gut bei 18 gelagert. In manchen Fällen ist bei mit elastischen Körpern gefüllten Lagern der Nachteil vorhanden, daß sich der elastische Körper ausdehtt, wenn er mit verschiedenen Flüssigkeiten in Berührung kommt oder Temperaturänderungen erfährt. Um zu verhüten, daß die Führungsflansche 16 und 17 die Laufbahn beeinträchtigen, wenn sich der elastische Füllkörper ausdehnt, werden, wie Fig.4 zeigt, die Flanschen mit Öffnungen 2o versehen. Wie oben erwähnt, ist der Laufring 3 geschliffen, um den Hohlraum 15 zu bilden. Dieser Hohlraum ist mit elastischer Masse gefüllt, deren freie Oberfläche 19 so ausgebildet ist, daß sie einen gewissen Druck gegen das Gehäuse ausübt, wenn das Lager montiert wird. Die Öffnungen 2o können verschiedene Form haben, z.B. können sie vollständig voneinander getrennt sein oder durch keilnutenähnliche Öffnungen gebildet sein. Eine solche Form ist in Fig. 5 darqestellt. In gewissen Fällen kann es vorzuziehen sein, die Öffnungen 2o in dem elastischen Füllkörper selbst vorzusehen, z.8. wenn dieser Füllkörper aus einem losen Ring besteht. Ein Nachteil der neuen Lager besteht darin, daß die Herstellungskosten verhältnismäßig hoch sind, vor allen Dingen durch das Ausschleifen der Hohlräume 14 und 15 in den beiden Laufringen und auch durch die Herstellung der Öffnungen in den Flanschen 16 und 17. Fig. 6 zeigt daher ein ganz.neues Verfahren zur Herstellung von Wälzlagerringen. Diese werden vollständig aus Blechmaterial oder aus Röhren hergestellt. Fig. 7 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung von Laufringen 3 mit sehr geringem Materialabfall. Die Wandstärke des Rohres 21 entspricht im wesentlichen der des Laufringes 3. Das Rohr wird in eine Maschine 22 eingeführt, wo ein bestimmter Abschnitt abgeschnitten wird. Hier werden gleichfalls die Flansche 16 umgewalzt, wobei die Länge des Rohrabschnittes so ist, daß die Flansche die korrekte Höhe haben. Die Abschneideoperation kann in bekannter Weise erfolgen, so daß die Öffnungen 2o zu gleicher Zeit gebildet werden, wie es in Fig. 7 bei 25 angedeutet ist. Dann werden in der Maschine 22, nachdem hier die Ringe abgeschnitten und mit Flanschen gewalzt worden sind, wenn erforderlich, ` in der Nachbarmaschine 23 gehärtet und die Flanschen 16 durch Schleifen in der Station 24 auf das richtige Maß gebracht. Diese Schleifoperation ist notwendig wegen des Fließens des Werkstoffes beim Umwalzen der Flansche, auf deren Außenkanten leicht konische Flächen stehen bleiben. Gewisse Werkstoffe können für die Herstellung des Ringes verwender werden und keiner Härtung bedürfen, da sie durch den Kaltwalzprozeß, der zur Bildung der Flanschen führt, genügend hart sind. Der Werkstoff der Flanschen wird etwas dünner sein als die Wandstärke im Reste#des Ringes. Dies macht es zuweilen notwendig, Öffnungen 2o vorzusehen, wenn ein elastischer Füllkörper vorgesehen ist, unter dessen Ausdehnung die dünneren Flanschen in achsialer Richtung leichter nachgeben können. Wenn der Hohlraum mit einer elastischen Masse gefüllt werden soll, kann dies in einer Maschine, die im Prinzip in Fig. 8 dargestellt ist, geschehen. Die Ringoberfläche wird in der Abteilung 26 der Maschine behandelt, dann werden die Ringe zu einer Schale 3o befördert. Diese ist auf dem umlaufenden Tisch 27 befestigt, der die Schale 3o zu einer Vorrichtung 28 führt, wo die Einsetzung des elastischen Körpers in den Hohlraum erfolgt. Die Zusammensetzung der Laufringe zu einem Lager erfolgt dann in der üblichen Weise. Zuvor werden die Kugellaufbahnen in gewissen Fällen geschliffen und poliert. Die Lager gemäß der Erfindung haben verschiedene Gestalt-und zeigen eine große Anzahl verschiedener Formen, wie dies aus den weiteren Figuren hervorgeht. Fig. 9 zeiat die Form des Lagers, in welcher der Außenring 3 mit einem weiteren Flansch 31 versehen ist, der dazu dient, den Laufring in seinem Sitz zu fixieren. Er ist ebenfalls mit einem zylindrischen Keil 32 versehen, der an den Flansch, 16 sich anschließt, Dieser Teil dient zur Lagerung.
Wenn der Raum, was nicht in allen Fällen erforderlich ist, mit einem Füllkörper versehen ist, dann werden entsprechende Öffnungen. oder Nuten im Flansch 16 vorgesehen, um der Expansion und Kontraktion des elastischen Füllkörpers zu folgen. Fig. 1o zeigt ein einreihiges Tiefrillenkugellager mit einer Dichtungsplatte 33. Diese Dichtungsplatte kann eine Kraft auf-weisen, die direkt auf den zylindrischen Teil des Laufringes bei 34 hinwirkt und kann an seinem Ende einen Streifen von Gummi haben, um eine*wirksame Abdichtung gegen den Abfluß von Schmierc4ittel zu bilden. Die Abdichtung 33 kann auch eine Gummilippe 35 haben, die gegen die Welle anliegt, oder eine Lippe 36, die gegen den Innenring 2 des Lagers anliegt, wodurch die Wirksamkeit der Abdichtung erhöht, das Eindringen von Staub verhindert und das Schmiermittel im Lager zurückgehalten wird. Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, in welchem der Innenring 2 mit einem topfartigen Mittelringstück 39 versetzen ist, das an der Weile 5 mit einer Schraubenverben-Jung 38 befestigt ist. Diese schraubenverbindung kann auch eine Dichtungsplatte 37 halten. In Fig. 12 ist ein Lager gezeigt, in welchem der Außenring einen nach außen gerichteten Flansch.42 @rägtr um den Ring auf seiner Stützfläche 43 zu halten. In diesem Fall kann der Flansch dazu dienen, das Lager in achsialer Richtung zu fixieren. Eine Dichtungsplatte 41 kann an dem achsialen Flansch 4o befestigt sein. Die Fig. 13 und 14 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen die Dichtungsplatten unter Benutzung der Nuten 2o in den Flanschen 16 und 17 befestigt werden. Die Dichtungsplatte 45 ist mit Fingern 45a ausgestattet, die durch die Öffnungen 2o den Ring 2 übergreifen, so daß sie in den elastischen Füllkörper 15 eingreifen. Auf diese Weise wird eine Schnapp dichtune erreicht. Falls erforderlich, kann die Platte 45 mit einem Gummistreifen 47 ausgestattet seine um eine gute Abdichtung gegenüber dem Laufring 2 zu erreichen.
In ähnlicher Weise ist eine Dichtungsplatte 46 am äußeren Laufring 3 durch Einschnappen befestigt. Beide Platten 45 und 46 können mit Gummilippen 48 und 49 versehen sein, um die erforderliche Abdichtung gegen Ölverluste und Eindringen von Staub zu erhalten. Besonders bei der Abdichtung gegen Stäub könnbn die beiden Lippen 48 und 49 in entgegengesetzter Richtung angeordnet sein. gei entgegengesetzten Umdrehungen des Lagers wird zweckmäßig eine Abdichtung verwendet, wie sie in Pig. 13b dargestellt ist, wo die Lippen 48 nach innen und die Lippen 49 nach außen gerichtet sind. Die beiden Lippen können auf den Platten 45 und 46 äufvulkanisiert sein. In Fig. 15 ist gezeigt, daß Laufringe-mit Nuten 2o,wie oben beschrieben sind, bequem montiert und demontiert werden können. Dazu dient ein Montagewerkzeug-5o, das eine Anzahl von Armen 52 trägt, welche in etwas nachgiebige Haken 53 auslaufen. Diese Haken 53 greifen durch die Öffnungen 2o hinter den Ring. Dann kann der Ring aus dem Gehäuse herausgezogen werden mit Hilfe einer Schraube 51, die sich gegen die Welle abstützt. .Auch ist fair das Abziehen des Innenringes ein ähnliches Werkzeug geeignet, dessen Arme durch die Bezeichnungen 54 und 55 gekennzeichnet sind. Fig. 16 zeigt ein einreihiges Tiefrillenkugellager mit einem ringförmigen Kanal 61 im elastischen Füllkörper, obgleich mehrere Kanäle vorgesehen sein können. Dieser Kanal kann zum Kühlen des Lagers verwendet werden, indem das Kühlmittel durch eine Öffnung 62 im Gehäuse 6 eingeführt wird. Auf diese Weise kann das Kugellager direkt gekühlt werden. Kühlmittel bedingen oft Komplikationen beim Einbau der Maschine. -- werden aber in diesem Falle in einfacher Form eingeführt, da es unnötig ist, im Gehäuse 6 Kanäle oder Nuten vorzusehen. Eine natürliche Abdichtung für den Kanal 61 bilden die Flächen 63 und 64 des elastischen Füllkörpers. In der Fig. sind die Nuten.2o am inneren Ring direkt einander gegenüberliegend angeofdnet und Kanäle 6o im Füllkörper verbinden die einander gegenüberliegenden Nuten. Auf die Weise werden die Räume beiderseits des Lagers direkt miteinander verbunden, und das ist von Bedeutung, wenn beiderseits des Lagers Druckdifferenzen bestehen. Die Fig. 17 zeigt schließlich ein zweireihiges Kugellager mit sphärischer Außenlaufbahn. Aus dieser Fig. ergibt sich, daß die Anwendung von mit Flanschen versehenen Laufbahnen nicht au` e.;,reihiae Kugellager beschränkt ist. Um die achsiale i")e.'.__,stung besser aufzunehmen, werden die Flansche der Laufbahnen, wie bei 71 und 73 gezeigt, konisch gestaltet, so d.aß sie den Kraftlinien 74 folgen. Der sphärische Außenring kann in der Mitte mit einer ringföfmigen Rippe 78 versehen sein, um die Laufschwäche zu verstärken. Diese sich Rippe kann/sowohl nach innen wie auch, wie gezeiat, nach außen richten. Im letzteren Falle dient die Rippe 78 zur Speicherung von Schmiermittel. Das Lager kann auch mit radial nach außen sich erstreckenden Flanschen 75 ausgestattet sein, ferner der innere Ring mit zylindrischen Flanschen 76. Diese Flanschen können auch dazu benutzt werden, Dichtungsplatten 77 zu halten, auf deneh Gummidichtungen befestigt sind. Die Hohlringausbildung der Laufringe kann auch für Rollenlager Anwendung finden.

Claims

Patentansprüche 1. Wälzlager mit mindestens einet Laufring, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufring als eia die Übertragung der Laufbahngeräusche mindernd(r Hohlkörper (2,3) ausgebildet ist.
2. Wälzlager nach ,Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Laufringe als Hohlrinne ausgebildet sind, die auf der Laufbahnseite und an den radialen Seiten geschlossen auf der der Laufbahn entgegengesetzten Seite jedoch offen sind. .
3. Wälzlager nach Anspruch 1 und 2, dadurch aekennzeichnetr daß der Hohlraum (15) des oder der Laufringe (2,3) sich im wesentlichen über die Lagery--@inbreite erstreckt, sein äußerer Umfang auf der der Laufbahn entgegengesetzten Seite des Lagerkörpers liegt und an beiden Seiten durch radial in von der Laufbahn abgekehrter Richtung sich erstreckende Teile (16,17) des Laufringes abgeschlossen ist durch Flanschen, die Stirnkanten bilden, die zur Montage bxw. zur Zentrierung des Lagerkörpers dienen.
4. Lager nach Anspruch 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum oder die Hohlräume (14,15) der Hohlringe mit einer vibrationsdämpfenden Masse, z.3. einem elastischen Körper, ausgefüllt sind.
5. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschen der Rinne geeignet sind, seitlich nachzugeben, um Änderungen der Füllsubstanz zu entsprechen. 6'. Lager nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Aastand befindliche Öffnungen oder Nuten in wenigstens eincm s@--r Flansche (16,17) und ebenso in der Füllmasse vorgesehen sind. 7. Lager nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand befindliche Öffnungen nur im Füllkörper vorgesehen sind. B. hager nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine freie Oberfläche (19) der Füllstubstanz radial über die Enden der Flanschen hinausragt, wenn der Ring noch nicht montiert ist, so daß nach Einbau des Ringes eine Reibung entsteht, die den Lagerring gegen Kriechen im Gehäuse oder auf der Welle sichert. 9. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Laufringe durch plastische Deformierung von verhältnismäßig dünnem Werkstoff gleichmäßiger Dicke erfolgt, d.h. aus Blechmetall oder Rohrmetall. 1o. Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens auf einer Seite des Lagers ein Flansch erweitert ist, um ein Glied zu bilden, das das Lager in achsialer oder in umfänglicher Richtung in seiner Lage sichert. (Fig. 9 und. 1o.) Y 11. Lager nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der erweiterte Flansohteil des Lagers (31) mit dem Lagerring durch ein Übergangsteil (32) verbunden ist. der zur Zentrierung des Lagers dient, (Fig. 9 und 1o). 12. Lager nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß (,-r vergrößerte Flansch geeignet ist, mit Führungsgliedern zusammenzuarbeiten, c;ie vom eigentlichen Lagersitz getrennt sind (Elg.ll). 13. Lager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsteil (32) dazu dient, eine Abdichtungsplatte zu halten. 14. Lager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der vergrößerte Flansch das Ende der von dem,Lager getragenen Welle oder eine Schulter dieser Welle fest umgreift und eine Dichtungsplatte sich gegen diesen Flansch anlegt. (Fict.11). 15. Lager nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtungsplatte mit einem der Ringe mit Hilfe von Fingern (45a) an der Dichtungsplatte verbunden wird, die in die Öffnungen (2o) eines Lauf-' ringflansches eingreifen. (Fig. 13, 13b und 14). 16. Lager nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager mit einem Paar voneinander überdeckenden Dichtungsplatten versehen ist. (Fig. 13, 13b und 14). 17. Lager nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dichtungsmaterial, z.B. Gummi, an den Dichtungsplatten zur Abdichtung vorgesehen ist. (Fig. 13,. 13b und 14.) 18. Lager nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtungslippen (48,49) auf einer oder beide der Dichtungsplatten (45,46) vorgesehen sind. 19. Lager nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (2o) in den Ringflanschen geeignet sind, ein Abziehwerkzeug aufzunehmen: 2o. Lager nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Kanäle (6o) im Füllkörper angeordnet sind,-die sich von den gegenüberliegenden Öffnungen (2o) der Flansche von einer Seite zur anderen erstrecken (Fig. 16). 21. Lager nach- Anspruch 4 bi s20, dadurch gekennzeichnet, daß im Füllkörper wenigstens eine ringförmige Ausnehmung (61) vorgesehen ist, die-von dem Füllkörpermaterial beiderseits der Ausnehmung (63,64) abgedichtet wird. (Fig.16). 22. Ein mehrreihiges Lager nach einem der Ansprüche 8 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Lagerringes zwischen den Reihen der Rollkörper plastisch verformt ist, um eine ringförmige Verstärkungsrippe (78) zu bilden. 23. Verfahren zur Herstellung von Wälzlagern nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Rohr Abschnitte abgestochen, die abgestochenen Teile durch Walzen in Lagerringe geformt, worauf die Ringe gehärtet und geschliffen und darauf mit einem Füllkörper versehen werden, der vorzugsweise aus Gummi besteht, worauf die Vereinigung der Ringe mit den Wälzkörpern und Käfigen in der herkömmlichen Weise erfolgt. 24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (2o) in den Flanschen gleichzeitig mit der Abschneideoperaton gebildet werden. 25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahnen zur gleichen Zeit poliert werden, zu der--die Flanschen geformt werden, wodurch die Notwendigkeit des Schleifens entfällt. 26. Wälzlager, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und/oder in der Beschreibung beschrieben wurden, sowie das Verfahren zu ihrer Herstellung.