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Lagerbuchse für Dreh- oder Schwenklager
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Die Erfindung betrifft eine geschlitzte Lagerbuchse für durch insbesondere
hohe Lagerdrücke beanspruchte Dreh- oder Schwenklager, die aus einem gerollten Flachbandabschnitt
aus Stahl gebildet und in einer Aufnahmebohrung des Lagergehäuses festlegbar ist.
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Lagerbuchsen der vorstehenden Gattung werden z.B. für Lager verwendet,
die hohen Lagerdrücken bei geringen Winkelgeschwindigkeiten der die Lagerbuchsen
durchsetzenden Wellen oder Achsen unterworfen sind. Derartigen Lagern entsprechen
u.a. die Lageraugen von Schubkolbeneinrichtungen.
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Die in diesem Zusammenhang bislang bekannt gewordenen La-Lagerbuchsen
bestehen aus geschlitzten Spannbuchsen aus einem hochwertigen Stahl mit federnden
Eigenschaften. Bei der Herstellung der Lagerbuchsen werden zunächst Flachbandabschnitte
von Coils oder Bandstäben abgetrennt bzw. aus größeren Blechplatten ausgestanzt
und anschließend gerollt. Da die Spannbuchsen durch federnde Verspannung in den
Lagergehäusen festgelegt werden sollen, müssen sie beim Rollvorgang zwangsweise
einen vom uerschnitt der Aufnahmebohrungen abweichenden unrunden Querschnitt erhalten.
Dieser Querschnitt soll sich dann beim Einsetzen in die Lagergehäuse unter Anpassung
an die Aufnahmebohrungen kreisringförmig verformen. Der nach dem Rollen vorhandene
Schlitz hat dann eine Weite, die nach dem Einbau der Spannbuchsen etwa einem Viertel
bis der Hälfte der Dicke
der Lagerbuchsenwandungen entspricht.
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Ein Nachteil der bekannten Spannbuchsen ist das relativ teure Ausgangsmaterial
Federstahl. Dieser besitzt die Eigenart, während des Walzens aufgrund der hohen
Temperaturen in den äußeren Randbereichen auszukohlen, so daß eine zusätzliche Nachbehandlung,
d.h. ein Aufkohlen, erforderlich ist. Das ist jedoch mit einer weiteren Verteuerung
verbunden.
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Ein anderer Nachteil entsteht beim Einbau der geschlitzten Spannbuchsen
in die Aufnahmebohrungen, wobei sie unter Überwindung der elastischen Vorspannung
aus dem unrunden Anlieferungszustand in den kreisringförmigen Einbauzustand umgeformt
werden.
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Die Überwindung der elastischen Vorspannung führt unter Berücksichtigung
der stets im Abstand voneinander liegenden Schlitzränder dazu, daß sich die Spannbuchsen
nicht gleichmäßig an die Aufnahmebohrungen der Lagergehäuse anschmiegen. Sie unterliegen
somit grundsätzli-ch einer unkontrollierten Verformung, wodurch zwangsläufig auch
die Laufflächen der Spannbuchsen unrund werden. Unrunde, d.h. wellige Laufflächen,
fordern dann aber ein relativ großes Spiel zwischen den Spannbuchsen und den Wellen
oder Achsen, um ein einwandfreies Einführen der Wellen oder Achsen in die Lagerbuchsen
gewährleisten zu können. Unter Berücksichtigung der hohen Lagerdrücke führen dann
derart grobe Passungen mit ausgesprochener Linienbelastung zu raschem Verschleiß
der Spannbuchsen in vorbestimmten Laufflächenbereichen, so daß die Spannbuchsen
nur eine kurze Standzeit haben. Zwar könnte man die unrunden Laufflächen durch Nachbearbeitung
verbessern, jedoch ist hiermit ein zusätzlicher Bearbeitungsschritt verbunden, welcher
die Wirtschaftlichkeit noch weiter herabsetzt.
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Des weiteren ist es bei den bekannten Spannbuchsen nachteilig, daß
beim Einbau sorgfältig darauf geachtet werden muß, daß
die Schlitze
in einem Bereich der Aufnahmebohrungen zu liegen kommen, der mit Bezug auf die Längsachsen
der Lagerbuchsen dem Bereich diametral gegenüberliegt, welcher dem höchsten Lagerdruck
ausgesetzt ist. Bei Nichtbeachtung dieser Einbauvorschrift liegen die Wellen oder
Achsen unter Linienberührung an den Schlitzrändern an. Dadurch sind sowohl die Wellen
oder Achsen als auch die Spannbuchsen einem raschen Verschleiß unterworfen.
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Mit den relativ breiten Schlitzen ist ferner der Nachteil verbunden,
daß das zwischen den Wellen oder Achsen und den Laufflächen der Lagerbuchsen eingebrachte
Schmiermittel wieder leicht austreten kann. Dieser Mangel erfordert daher entweder
ein stetiges Nachführen von neuem Schmiermittel oder es tritt ein vorzeitiger Verschleiß
ein, weil wegen mangelnden Schmiermittels die aufeinander gleitenden Teile fressen.
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Zum Stand der Technik zählen ferner geschlossene Lagerbuchsen aus
einem Material mit Baustahlqualität, welches hinsichtlich der Oberfläche verfestigt
ist. Nachteilig an diesen Lagerbuchsen ist aber, daß ihre Herstellung gezogene oder
geschweißte Präzisionsrohre als Vormaterial erfordert, welche dann einer Drehbearbeitung
unterzogen werden müssen. Sofern Schmiernuten erforderlich sind, können diese nur
durch Schleifen oder Fräsen im Innern der Lagerbuchsenbohrungen hergestellt werden.
Der Nachteil von geschlossenen Lagerbuchsen ist mithin der hohe Herstellungsaufwand
aufgrund mehrerer spanabhebender Bearbeitungsschritte, wodurch ferner der Gestehungspreis
der Lagerbuchsen heraufgesetzt wird.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Lagerbuchse
für durch insbesondere hohe Lagerdrücke beanspruchte Dreh- oder Schwenklager zu
schaffen, die bei langer Standzeit sowohl vom Ausgangsmaterial als such von der
Herstellung her wirtschaftlich
zu fertigen ist.
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Gemäß der Erfindung kennzeichnet sich die Lösung dieser Aufgabe durch
eine solche Ausbildung der Lagerbuchse, bei welcher die Schlitzweite vor dem Einbau
der Lagerbuchse in die Aufnahmebohrung lediglich dem sich nach dem Rollvorgang aufgrund
der Materialelastizität einstellenden Maß der natürlichen Rückfederung entspricht,
während der Außendurchmesser der Lagerbuchse bei aneinander stoßenden Schlitzrändern
um das zu ihrer Festlegung durch Preßsitz notwendige Maß größer als der Innendurchmesser
der Aufnahmebohrung bemessen ist.
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Ein wesentlicher Gesichtspunkt bei der Gestaltung der erfindungsgemäßen
Lagerbuchse ist der Wegfall einer bewußten elastischen Vorspannung. Die Festlegung
der Lagerbuchse in der Aufnahmebohrung des Lagergehäuses erfolgt nicht durch Federkraft,
sondern durch die maßlich exakt vorgegebene Passungstoleranz bei Preßsitz zwischen
der Lagerbuchse und der Aufnahmebohrung.
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Die Schlitzränder der Lagerbuchse stoßen dabei aneinander an.
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Die Lagerbuchse hat somit einen weitgehend kreisringförmigen Querschnitt.
Dieser ist vor dem Einbau, d.h. nach dem Rollen bzw.
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nach dem ergänzenden Kalibrieren, lediglich dadurch geringfügig unrund,
daß sich die Schlitzränder in einem für die Praxis unbedeutenden Umfang voneinander
trennen. Das Maß der dann vorhandenen Schlitzweite entspricht aber nur dem sich
nach dem Rollvorgang aufgrund der Materialelastizität einstellenden Maß der natürlichen
Rückfederung. Eine bewußte elastische Vorspannung ist nicht vorhanden. Die Schlitzweite
ist folglich minimal. Ihre Größenordnung hängt von der Elastizität des Ausgangsmaterials
ab. Diese Eigenelastizität des Materials unterstützt aber dennoch nach dem Einbau
der Lagerbuchse ihre Verspannung in der Aufnahmebohrung des Lagergehäuses.
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Ein bedeutender Vorteil der erfindungsgemäßen Lagerbuchse ist die
ihr innewohnende Eigenart einer geschlossenen Lagerbuchse, welche sich beim Einbau
über den gesamten Umfang gleichmäßig an die Aufnahmebohrung des Lagergehäuses anschmiegt.
Aufgrund dessen können auch die Toleranzen der Lagerbuchse eng begrenzt werden.
Die Öffnung der Lagerbuchse hat dann hinsichtlich ihres runden Querschnittes eine
hohe Formgenauigkeit, wodurch zwangsweise die Passung zwischen der Welle oder Achse
und der Lauffläche ebenfalls eng gehalten werden kann. Eine enge und genaue Passung
setzt in einem erheblichen Umfang den Verschleiß der Lagerbuchse herab, wodurch
gleichzeitig ihre Standzeit wesentlich erhöht wird.
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Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß das Ausgangsmaterial
preisgünstiger einfacher Stahl sein kann. Ferner ist eine wirtschaftliche Herstellung
durch Stanzen und anschließendes Rollen bzw. ergänzendes Kalibrieren möglich. Hiermit
ist dann der Vorteil verbunden, daß Schmiernuten direkt beim Ausstanzen des Flachbandabschnittes
aus einer größeren Blechplatte mit eingeformt werden können. Aufgrund der Tatsache,
daß die Schlitzränder nach dem Einbau der Lagerbuchse aneinander stoßen, ist die
Lauffläche der Lagerbuchse umfangsseitig praktisch geschlossen. Dadurch entfällt
der Zwang, beim Einbau der Lagerbuchse sorgfältig auf die Lage des Schlitzes mit
Bezug auf die Richtung der Lagerbelastung zu achten. Der Schlitz braucht demnach
nicht mehr unbedingt in dem Bereich angeordnet zu werden, der mit Bezug auf die
Längsachse der Lagerbuchse dem Bereich des höchsten Lagerdruckes diametral gegenüberliegt.
Jede Einbaulage ist möglich. Sie kann sich sogar im Bereich des höchsten Lagerdruckes
befinden. Auswirkungen auf einen vorzeitigen höheren Verschleiß sind nicht zu befürchten.
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Beim Ausstanzen des Flachbandabschnittes können die nach dem Rollvorgang
unter Berücksichtigung der natürlichen Materialrückfederung
aneinander
stoßenden Schlitzränder so abgeschrägt werden, daß sie nach dem Einbau der Lagerbuchse
in die Aufnahmebohrung flächig aneinander liegen. Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung besteht jedoch darin, daß lediglich die der Lauffläche der Lagerbuchse
benachbarten Schlitzrandbereiche aneinander stoßen. Hierdurch kann das Stanzwerkzeug
sehr einfach gestaltet werden, da die Schlitzränder senkrecht zur Längserstreckung
des Flachbandabschnittes hergestellt werden.
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Ein vorteilhaftes weiterbildendes Merkmal der erfindungsgemäßen Lagerbuchse
kennzeichnet sich dadurch, daß das Ausgangsmaterial Baustahlqualität aufweist. Dieses
Material ist preisgünstig. Nach dem Ausstanzen eines Flachbandabschnittes und Rollen
des Flachbandabschnittes zu einer Lagerbuchse, an das sich bei sehr engen Toleranzen
noch eine zusätzliche Kalibrierung anschließen kann, wird das Ausgangsmaterial hinsichtlich
seiner Oberfläche einem vereinfachten Härteprozeß, wie z.B. Carbonitrieren, unterworfen.
Dabei erfolgt eine Anreicherung der Oberfläche mit Kohlenstoff und Stickstoff bei
gleichzeitiger Härtung.
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Das einfache Ausgangsmaterial weist dann ebenfalls die für eine längere
Standzeit notwendige Verschleißfestigkeit auf. Als Ausgangsmaterial kann beispielsweise
Mu St 2 Verwendung finden.
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Ferner ist es im Rahmen der erfindungsgemäßen Lagerbuchse vorteilhaft,
daß sie spanlos hergestellt ist. Die spanlose Verformung ist im Vergleich zur spanabhebenden
Verformung, die z.B.
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zur Anfertigung einer geschlossenen Lagerbuchse durchgeführt werden
muß, erheblich einfacher und wirtschaftlicher. Da die Lagerbuchse einen Massenartikel
bildet, erhält dieses Merkmal im Rahmen der Erfindung ein besonderes Gewicht.
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Schließlich ist es gemäß der Erfindung von Vorteil, daß lediglich
in eine Buchsenstirnseite mündende Schmiernuten im
Zuge der spanlosen
Herstellung in die Lauffläche der Lagerbuchse eingeformt sind. Die Schmiernuten
können nunmehr so ausgeführt werden, daß das Schmiermittel in den Nuten bzw. in
dem Raum zwischen der Welle oder Achse und der Lauffläche bleibt. Es ist kein Schlitz
vorhanden, durch den das Schmiermittel wieder austreten kann. Dadurch ergibt sich
ein erheblich geringerer Verbrauch an Schmiermittel. Auch wird ein vorzeitiges Fressen
durch fehlendes Schmiermittel vermieden. Die Schmiernuten können dabei in bekannter
Figuration während des Ausstanzens durch Pressen oder Drücken in die Lauffläche
der Lagerbuchse eingeformt werden. Beispielsweise ist eine kreuzförmige Figuration
denkbar, bei der die Nuten in einem Winkel von 450 zu den Längsseiten des Flachbandabschnittes
vorgesehen sind.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in Ansicht bzw. in vertikalem
Querschnitt ein Lagerauge einer Schubkolbeneinrichtung; Fig. 2 das Lagerauge der
Fig. 1 in vertikalem Längsschnitt bzw. in der Seitenansicht; Fig. 3 in der Draufsicht
einen Flachbandabschnitt als Ausgangswerkstück für eine geschlitzte Lagerbuchse;
Fig. 4 in Stirnansicht die fertig gerollte Lagerbuchse und Fig. 5 einen vertikalen
Längsschnitt durch die Lagerbuchse gemäß der Linie V-V der Fig. 4.
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Wie die Fig. 1 und 2 erkennen lassen, besitzt das ringförmige Lagerauge
1 einer im übrigen nicht näher dargestellten Schubkolbeneinrichtung eine Aufnahmebohrung
2, in der eine geschlitzte Lagerbuchse 3 durch Preßsitz festgelegt ist. Die Lagerbuchse
dient zur Aufnahme einer Welle oder Achse 4, welche Dreh-oder Schwenkbewegungen
durchführen kann.
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In der Fig. 3 ist ein rechtwinkliger Flachbandabschnitt 5 dargestellt,
welcher durch Stanzen aus einer größeren Blechplatte hergestellt ist. Der Flachbandabschnitt
bildet das Ausgangswerkstück für die Lagerbuchse 3. Die Breite a des Flachbandabschnittes
entspricht der Länge der Aufnahmebohrung 2 im Lagerauge 1.
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Die Längsseiten 6 sind im Bereich ihrer Kanten 7 leicht abgerundet
oder abgefast. Die Länge b ist so bemessen, daß nach dem Rollen des Flachbandabschnittes
zu der in Fig. 4 in Stirnansicht dargestellten Lagerbuchse 3 bei dann aneinander
stoßenden Schlitzrändern 8 und kreisringförmigem Querschnitt der Außendurchmesser
c der Lagerbuchse 3 dem Maß entspricht, das gemeinsam mit dem Maß d, das ist der
Durchmesser der Aufnahmebohrung 2, die Toleranz eines Preßsitzes bestimmt.
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Dadurch, daß die Schlitzränder des Flachbandabschnittes 5 gemäß Fig.
3 senkrecht zur Längserstreckung b beim Ausstanzen hergestellt werden, ergibt sich
nach dem Rollen der Lagerbuchse 3 eine V-förmige Querschnittsgestaltung des Lagerbuchsenschlitzes
9, wobei ausschließlich die Bereiche der Schlitzränder 8 aneinander stoßen, die
unmittelbar benachbart zur Lauffläche 10 der Buchse 3 liegen.
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Beim Ausstanzen des Flachbandabschnittes 5 gemäß Fig. 3 werden kreuzförmige
Schmiernuten 11 direkt in die Oberfläche eingeformt. Die Schmiernuten gehen lediglich
von einer Längsseite 6 des Flachbandabschnittes 5 bzw. von einer Stirnseite 12 der
gerollten Lagerbuchse aus bzw. münden in diese Seiten. Mit
ihrem
anderen Längenabschnitt enden sie im Abstand zu der gegenüberliegenden Längsseite
6 des Flachbandabschnittes bzw. der Stirnseite 12 der Lagerbuchse. Die Schmiernuten
11 sind unter einem Winkel von 450 zu den Längsseiten 6 eingeformt, beispielsweise
eingepreßt.