DE69322284T2

DE69322284T2 - Verbundkugelgelenk

Info

Publication number: DE69322284T2
Application number: DE69322284T
Authority: DE
Inventors: Dennis E. Downers Grove Il 60515 Bozych; Bernard Northbrook Il 60062 Harris
Original assignee: Rexnord LLC
Current assignee: Zurn LLC
Priority date: 1992-09-02
Filing date: 1993-09-01
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2013-09-02
Also published as: CA2142726A1; WO1994005921A1; EP0667937A4; DE69322284D1; EP0667937B1; EP0667937A1; US5265965A; CA2142726C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft zusammengesetzte Lager und insbesondere ein verbessertes zusammengesetztes Kugelschalenlager.
Kugelförmige Zapfenlager sind für Anwendungen ausgelegt, bei denen sowohl versetzende als auch schwingende Bewegungen vorhanden sind. Diese Lager werden auch als Pendellager bezeichnet und umfassen typischerweise ein Lager mit einem kugelförmigen äußeren Durchmesser, das als die Kugel bezeichnet wird und das in einer Öffnung bzw. in der Schale eines Gehäuses angebracht ist, um das Kugelschalenlager zu bilden. Die Schale umfaßt eine konkave innere Oberfläche bzw. einen konkaven inneren Laufring, der in einem Stück mit dem Gehäuse gebildet ist. Bei solchen Kugelschalenlagern wird das Schalengehäuse häufig Lagerstütze genannt. Der innere Laufring der Schale und der äußere kugelförmige Durchmesser der Kugel müssen mit sehr enger Toleranz passen, um eine gleichbleibende Lagerleistung und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten.
Die Kugel ist oft dazu ausgelegt, von der Schale entfernt werden zu können, um zu ermöglichen, daß die Kugel ausgetauscht wird, wenn sie sich abnutzt oder wenn sich die Anforderungen an das Lager ändern. Ein solches entfernbares Kugelschalenlager ist im US-amerikanischen Patent 3.116.539 gezeigt, das am 21. Februar 1961 an Evans et al. erteilt wurde und das eine Schale mit Schlitzen offenbart, die auf einer Seite des inneren Durchmessers der Schale diametral voneinander beabstandet sind, was das Einsetzen der Kugel in den inneren Laufring der Schale ermöglicht. Die Kugel wird seitlich in die Einsetzungsschlitze eingesetzt und um neunzig Grad gedreht, um den kugelförmigen äußeren Durchmesser der Kugel in den inneren Laufring der Schale zu setzen, was dafür sorgt, daß die Kugel leicht von der Schale entfernt werden kann. Die Schale kann dann dauerhaft angebracht werden, und die Kugel kann den Erfordernissen entsprechend ausgetauscht werden. Die Einsetzungsschlitze verringern den Oberflächenbereich des konkaven inneren Laufrings und müssen sorgfältig geformt werden, um das Erzeugen von Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des inneren Laufrings zu vermeiden, die zu einer verstärkten Abnutzung führen könnten.
Ein alternatives Mittel zum austauschbaren Anbringen einer Kugel innerhalb einer dauerhaft angebrachten Schale wird im US-amerikanischen Patent 3.998.504 offenbart, das am 21. Dezember 1976 an McCloskey erteilt wurde. Dieses Patent, das den nächstliegenden Stand der Technik darstellt und eine Grundlage für den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet, offenbart ein Lager des Kugelschalentyps, bei dem der innere Laufring des Schalenglieds an einem getrennten drei Einheiten umfassenden Zwischenschalenglied liegt, das innerhalb einer Bohrung in dem starren Gehäuseglied bzw. der Lagerstütze zusammengebaut bzw. aufgebaut ist. Die Zwischenschale ist aus zwei partiellen ringförmigen Teileinheiten zusammengebaut, die entfernbar einen Teil der Bohrung der Lagerstütze auskleiden, wobei sie einen kleinen ringförmigen Zwischenraum bzw. Schlitz zum Einsetzen der Kugel lassen. Die partiellen Teileinheiten weisen eine konkave innere Oberfläche bzw. einen konkaven inneren Laufring als Sitz für die Kugel in der fertiggestellten Einheit auf. Nachdem die Kugel innerhalb des partiellen ringförmigen Laufrings angebracht worden ist, der durch die beiden partiellen ringförmigen Teileinheiten definiert wird, wird eine dritte Teileinheit bzw. ein Keil in den ringförmigen Zwischenraum eingesetzt, um die Zwischenschale fertigzustellen, und die Kugel wird gedreht, um ihre kugelförmige äußere Oberfläche in den gerade fertiggestellten dreiteiligen Laufring zu setzen.
Ein Problem bei dieser Lageranordnung besteht darin, daß zwischen den Schnittstellen, die zwischen den drei Schalen-Teileinheiten geschaffen werden, ein Installationsabstand bestehen muß. Wegen solcher Abstände können die Schnittstellenränder der Teileinheiten entlang dem inneren Laufring nicht perfekt ringförmig ausgerichtet werden, und das Spiel, das zwischen den Schnittstellenrändern existiert, macht es unmöglich, eine Passung mit engen Toleranzen zwischen dem inneren Laufring der zusammengebauten Zwischenschale und dem kugelförmigen äußeren Durchmesser der Kugel zu erzeugen, die darin eingesetzt wird. Diese Schnittstellen brechen die glatte Oberfläche des inneren Laufrings auf und führen zu einer verstärkten Abnutzung der Lagerfläche.
Eine Lösung des Problems der Aufrechterhaltung einer Passung mit engen Toleranzen zwischen der äußeren Oberfläche der Kugel und dem inneren Laufring der Schale besteht darin, die kugelförmige Kugel dauerhaft im inneren Laufring des Schalenglieds anzubringen, um ein einheitliches Kugelschalenlager herzustellen. Viele solcher Lager mit metallischen Schalengliedern, die dauerhaft auf metallische Kugeln geschmiedet oder anderweitig darauf geformt werden, sind bekannt. Die Herstellung solcher einheitlicher Kugelschalenlager ist schwierig und teuer, und es besteht stets die Gefahr, daß die endgültige Einheit entweder der äußeren Oberfläche der Kugel oder dem inneren Laufring der Schale Schaden zufügt, was die Lagerschnittstelle mit enger Toleranz negativ beeinflussen würde. Ferner ist bei dieser Konstruktion die Kugel nicht austauschbar, und daher kann das Gehäuse, das die Schale enthält, nicht dauerhaft angebracht werden.
Eine andere Art eines zusammengesetzten Kugelschalenlagers wird in den US-amerikanischen Patenten 3.700.295 und 3.974.009 offenbart, die beide am 24. Oktober 1972 bzw. am 10. August 1976 an Butzow et al. erteilt wurden. Dieses Lager umfaßt ein harzimprägniertes filamentwickeltechnisches ringförmiges Zwischenschalenglied, das einen konkaven inneren Laufring und eine korrosionsbeständige kugelförmige Stahlkugel umfaßt, was insgesamt ein leichtes, korrosionsbeständiges zusammengesetztes Kugelschalenlager ergibt. Diese Kombination aus einer Kugel und einem Zwischenschalenglied sei als eine Lager-Teileinheit bezeichnet, da sie dazu konstruiert ist, austauschbar innerhalb eines dauerhaft angebrachten Schalengehäuses bzw. einer dauerhaft angebrachten Lagerstütze angebracht zu werden. Die Lager- Teileinheit weist ferner auf dem inneren Laufring des ringförmigen Zwischenschalenglieds eine selbstschmierende Oberfläche aus einem reibungsarmen Material auf, wie zum Beispiel einem gewebten Teflongewebe, die mittels eines Verfahrens hergestellt wird, das das Aufbringen des Gewebes über das kugelförmige Stahllager umfaßt, das auf einem Dorn zusammengebaut ist, und dann das Aufbauen des Körpers des ringförmigen Zwischenschalenglieds über das Gewebe, indem wiederholt harzimprägnierte Glasfaserfilamente um das Gewebe gewickelt werden. Der sich ergebende harzartige Körper wird anschließend ausgehärtet, um das Harz zu härten. Die Oberfläche des inneren Laufrings umfaßt somit eine Schicht aus Teflongewebe, die eine reibungsarme Lagerfläche gegen die äußere Oberfläche der Stahlkugel bildet. Diese Art von Lager-Teileinheit stellt auch die gewünschte Passung mit enger Toleranz zwischen dem äußeren kugelförmigen Durchmesser der Kugel und dem inneren Laufring der Zwischenschale bereit. Wenn ein Glasfaser- Zwischenschalenglied auf diese Weise über einer Stahlkugel gebildet wird, wird eine austauschbare Lager-Teileinheit hergestellt, die leichter und billiger ist und leichter produziert werden kann als eine Lager-Teileinheit, bei der ein metallisches Schalenglied über einer metallischen Kugel gebildet wird.
Das Zwischenschalenglied muß innerhalb der Schale des Lagerstützengehäuses angebracht und dann zurückgehalten werden, ohne die Freiheit der Kugel zu beeinflussen, sich innerhalb des Zwischenschalenglieds zu drehen. Die Schale dieser zusammengesetzten Lager-Teileinheiten umfaßt typischerweise eine zylindrische Bohrung im Lagerstützengehäuse. Das Zwischenschalenglied ist mit einem zylindrischen äußeren Durchmesser versehen, der dazu abgemessen ist, in die zylindrische Bohrung der Lagerstütze zu passen, wobei die Lagerstützenbohrung als eine Schale für die Lager-Teileinheit dient. Das stellt eine dreiteilige Lagereinheit bereit, die die Lagerstütze, das ringförmige Zwischenschalenglied und die kugelförmige Kugel umfaßt.
Da eine solche Lager-Teileinheit sowohl Versetzungslasten als auch radialen Lasten ausgesetzt sein wird, versagt die Anbringung der Lager-Teileinheit häufig, bevor sich die Lager-Teileinheit abnutzt, und ein solches Versagen der Anbringung kann auch das Lagerstützengehäuse beschädigen und dessen Austausch erforderlich machen. Ein Anbringen der Lager-Teileinheit durch Preßpassen, Verbinden oder durch Zurückhaltemittel, wie zum Beispiel Sprengringe, maschinell bearbeitete Schultern oder gespreizte Ansätze, sind alle dazu verwendet worden, die Lager-Teileinheit in der Lagerstützenschale zurückzuhalten.
Diese Lösungen sind jedoch mit Problemen behaftet. Eine Verbindung des Zwischenschalenglieds innerhalb der Lagerstützenbohrung ist dauerhaft, da sie ein Austauschen der Lager-Teileinheit so gut wie unmöglich macht, und wird aus diesem Grund nicht bevorzugt. Die Zurückhaltemittel sind nicht wünschenswert, da sie Belastungspunkte schaffen, die sich oft in einem frühen Versagen des Glasfaser- Zwischenschalenglieds aufgrund eines Abreibens, Ausbrechens oder Brechens äußern, besonders bei Anwendungen mit starken dynamischen Axiallasten. Bei solchen Anwendungen sind Lager-Teileinheiten, die ein ringförmiges Glasfaser- Zwischenschalenglied aufweisen, häufig weniger haltbar als ähnliche Kugelschalenverbundglieder, die sowohl metallische Kugeln als auch metallische Zwischenschalenglieder aufweisen, aber hohe axiale bzw. radiale Lasten können eine hohe Abnutzungsrate oder sogar ein Versagen im Anbringungsbereich metallischer Komponenten zur Folge haben. Es wird daher ein verbessertes Kugelschalenlager benötigt, das eine Lager-Teileinheit aufweist, die ein einstückiges Zwischenschalenglied aufweist, das austauschbar auf eine Weise an der Lagerstütze angebracht ist, die nicht zu einer unakzeptabel hohen Abnutzung bzw. einem vorzeitigen Versagen entweder des Zwischenschalenglieds oder der Lagerstütze führt, in der es angebracht ist. Die austauschbare Anbringung muß ermöglichen, daß die Lager-Teileinheit leicht entfernt und ausgetauscht werden kann, und gleichzeitig die Lager- Teileinheit dazu befestigen, radiale und axiale Lasten zu übertragen.

ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, ein zusammengesetztes Lager bereitzustellen, das eine austauschbare kugelförmige Lager-Teileinheit überlegener Festigkeit und Haltbarkeit aufweist.
Eine speziellere Aufgabe besteht darin, ein solches Lager mit einer Teileinheit bereitzustellen, die leicht hergestellt werden kann und deren Installation und deren Entfernung aus ihrem Gehäuse einfach sind.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine solche Lager- Teileinheit bereitzustellen, die ein Zwischenschalenglied aufweist, das nach der Installation ohne die Verwendung von Verbindungs- bzw. Zurückhaltemitteln, wie zum Beispiel Sperringen oder -ansätzen, selbstsichernd ist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein zusammengesetztes Kugelschalenlager bereit, das folgendes umfaßt: eine äußere Lagerstütze, die folgendes umfaßt: eine Achse, eine sich axial erstreckende Bohrung, axial beabstandete Seiten, eine konkave Anbringungsschale, die in die Bohrung weist und einen Umfangsbereich mit maximalem Durchmesser umfaßt, und einen Einsetzungsschlitz, der sich axial von einer der Seiten in die Bohrung erstreckt und der eine axiale Breite aufweist, und eine kugelförmige Lager-Teileinheit, die entfernbar in der Lagerstützen-Anbringungsschale angebracht ist und ein Zwischenschalenglied umfaßt, das folgendes aufweist: eine Achse, axial beabstandete Enden, eine sich axial erstreckende Bohrung, eine konvexe äußere Oberfläche, die komplementär zur Lagerstützen-Anbringungsschale abgemessen ist, und einen konkaven inneren Laufring, und ein kugelförmiges Lager, das in dem konkaven inneren Laufring des Zwischenschalenglieds angebracht, ist, wobei das Zwischenschalenglied eine Installationsachse, die sich quer zur Lagerstützen- und zur Schalengliedachse erstreckt, und eine axiale Breite aufweist, die ermöglichen, daß das Zwischenschalenglied um die Installationsachse ausgerichtet wird und in den Einsetzungsschlitz eingesetzt wird und dann um die Installationsachse gedreht wird, um die konvexe äußere Oberfläche in die Lagerstützen-Anbringungsschale zu setzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenschalenglied ein ringförmiges einstückiges Glied umfaßt, und dadurch, daß der Einsetzungsschlitz angrenzend an den Umfangsbereich endet.
Wenn das Zwischenschalenglied in die Anbringungsschale der Lagerstütze eingebaut wird, wird eine kugelförmige Schnittstelle zwischen ihrer äußeren Oberfläche und der Anbringungsschale der Lagerstütze geschaffen. Die kugelförmige Schnittstelle hindert das Lager an einer axialen Bewegung ohne die Verwendung irgendwelcher weiterer Verbindungs- oder Zurückhaltemittel. Diese Schnittstelle kann mit sehr engen Toleranzen abgemessen sein, da es weder beabsichtigt noch erforderlich ist, daß zwischen dem Zwischenschalenglied und der Lagerstützen-Anbringungsschale eine bedeutsame Bewegung auftritt, und für die meisten Anwendungen wird eine festsitzende Schnittstelle bevorzugt werden.
Der Einsetzungsschlitz ermöglicht eine einfache Installation und eine einfache Entfernung der Lager- Teileinheit in die Anbringungsschale. Der Einsetzungsschlitz kann zwei Einsetzungsschlitzabschnitte umfassen, die diametral um eine Entfernung beabstandet sind, die mindestens gleich dem Durchmesser des Bereichs mit maximalem Durchmesser ist. Der konkave innere Laufring des Zwischenschalenglieds kann eine Lagerfläche umfassen, die eine Einlage eines selbstschmierenden Materials umfaßt, die integral mit der Lagerfläche verbunden ist. Die Einlage kann ein Gewebe sein, das aus Fasern eines selbstschmierenden Materials gewebt ist.
Das kugelförmige Lager kann eine äußere Lagerfläche umfassen, die eine Einlage eines selbstschmierenden Materials umfaßt, die integral damit verbunden ist, bzw. eine mittlere Bohrung mit einer inneren Lagerfläche, die eine Schicht eines selbstschmierenden Materials umfaßt, die integral damit verbunden ist.
Andere Merkmale bzw. Vorteile der Erfindung werden Leuten mit durchschnittlichem Fachwissen nach dem Studium der folgenden ausführlichen Beschreibung, der Ansprüche und der Zeichnungen deutlich werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 offenbart das zusammengesetzte Kugelschalenlager der Erfindung, wobei sich die Lager- Teileinheit in der Nähe des Lagerstützengehäuses befindet und dazu ausgerichtet ist, darin eingesetzt zu werden.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der in die Anbringungsschale der Lagerstütze eingesetzten Lager- Teileinheit.
Fig. 3 ist ein radialer Querschnitt einer Lager- Teileinheit in der Anbringungsschale der Lagerstütze.
Fig. 4 stellt eine axiale Ansicht des in das Gehäuse eingesetzten zusammengesetzten Lagers dar.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Die Erfindung stellt allgemein ein zusammengesetztes Kugelschalenlager 10 des Typs bereit, der eine Lager- Teileinheit 12 umfaßt, die ohne Zurückhaltemittel in eine Lagerstütze 14 eingesetzt und zurückgehalten bzw. darin beherbergt werden kann.
Das Lagerstützengehäuse 14 ist am besten in Fig. 2 gezeigt und umfaßt einen Körper 16, der eine Achse 18 und axial beabstandete Seiten 20 und 22 aufweist. Zwischen den axialen Seiten 20 und 22 erstreckt sich eine axial verlaufende Bohrung 24. Eine konkave Anbringungsoberfläche bzw. -schale 26 weist in die Bohrung 24. Die Anbringungsschale 26 weist einen Umfangsbereich mit einem maximalen Durchmesser 28 auf. Der Durchmesser der Anbringungsschale 26 vermindert sich in beiden axialen Richtungen auf sich gegenüberliegende Umfangsbereiche mit einem minimalen Durchmesser 30 und 32 an den Lagerstützenseiten 20 bzw. 22.
Das Einsetzungsschlitzmittel 34 erstreckt sich axial von einer der Seiten 20 in die Lagerstützenbohrung 24 und endet angrenzend an den Umfangsbereich 28 (Fig. 1). Das Einsetzungsschlitzmittel 34 umfaßt bevorzugt zwei Einsetzungsschlitze 36 und 38, die diametral um eine Entfernung voneinander beabstandet sind, die mindestens gleich dem Durchmesser des Bereichs mit maximalem Durchmesser 28 in der konkaven Anbringungsschale 26 ist. Falls gewünscht, kann eine nicht gezeigte reibungsarme Lagerfläche die konkave Anbringungsschale 26 auskleiden.
Das zusammengesetzte Kugelschalenlager 10 umfaßt ferner eine kugelförmige Lager-Teileinheit 12 (Fig. 1). Die Lager-Teileinheit 12 umfaßt im allgemeinen ein einstückiges, in einem Stück gebildetes ringförmiges Zwischenschalenglied 40, das eine Schalenachse 42 und axial beabstandete Enden 44 und 46 aufweist (Fig. 1 und 2). Eine axiale Schalenbohrung 48 erstreckt sich zwischen den axialen Enden 44 und 46, und in der Schalenbohrung 48 ist ein konkaver innerer Laufring 50 gebildet, der darin weist. Der konkave innere Laufring 50 stellt eine Lagerfläche bereit, wie zum Beispiel eine Einlage aus einem selbstschmierenden reibungsarmen Material 52, die integral mit dem konkaven inneren Laufring 50 verbunden ist. Das selbstschmierende Material 52 kann ein Gewebe umfassen, das aus Fasern eines selbstschmierenden Materials gewebt ist, und wenn das Zwischenschalenglied 40 aus Glasfasern besteht, kann das Material 52 mittels des in den oben erwähnten US-amerikanischen Patenten 3.700.295 und 3.974.009 offenbarten Verfahrens mit dem konkaven inneren Laufring 50 verbunden werden. Ein bevorzugtes Zwischenschalenglied 40. umfaßt einen durch Glasfilamente verstärkten gehärteten Harzkörper, der das selbstschmierende reibungsarme Material umfaßt, das den konkaven inneren Laufring 50 auskleidet.
Am äußeren Durchmesser des einstückigen Zwischenschalenglieds 40 wird eine konvexe, allgemein kugelförmige äußere Oberfläche 54 geschliffen oder anderweitig gespant. Die konvexe äußere Oberfläche 54 ist komplementär zur konkaven Anbringungsschale 26 abgemessen, die in die Lagerstützenbohrung 24 weist.
Das einstückige Zwischenschalenglied 40 weist ferner eine Installationsachse 56 auf, die sich quer zur Lagerstützenachse 18 und zur Schalenachse 42 erstreckt. Die Breite über die axial beabstandeten Zwischenschalenenden 44 und 46 ist geringfügig kleiner als die Breite des Einsetzungsschlitzmittels 34, was ermöglicht, daß das einstückige Zwischenschalenglied 40 der Teileinheit 12 um die Installationsachse 56 ausgerichtet wird und in das Einsetzungsschlitzmittel 34 eingesetzt wird und dann um die Installationsachse 56 gedreht wird, um die konvexe äußere Oberfläche 54 des einstückigen Zwischenschalenglieds 40 in die konkave Lagerstützen-Anbringungsschale 26 zu setzen, wodurch die Lager-Teileinheit 12 innerhalb der Lagerstütze 14 installiert wird (Fig. 2 bis 4).
Die Lager-Teileinheit 12 kann auf ähnliche Weise einfach dadurch aus der Lagerstütze 14 entfernt werden, daß das Zwischenschalenglied 40 um neunzig Grad (90º) um die Installationsachse 56 gedreht wird, um das Zwischenschalenglied 40 mit dem Einsetzungsschlitzmittel 34 auszurichten, und dann das Zwischenschalenglied 40 entlang der Lagerstützenachse 18 von der Lagerstütze 14 weggeschoben wird.
Eine Schicht eines selbstschmierenden Materials 58, wie zum Beispiel eines Teflongewebes, kann mit der konvexen äußeren Oberfläche 54 des einstückigen Zwischenschalenglieds 40 verbunden werden, wenn eine relative Bewegung der konvexen äußeren Oberfläche 54 und der Anbringungsschale 26 der Lagerstütze 14 gewünscht wird.
Kurz gesagt umfaßt das Verfahren die Schritte des Bildens des Untergrunds, um eine äußere Oberfläche gewünschter Konfiguration daran bereitzustellen, und das Aufbringen einer Schicht eines selbstschmierenden Materials auf die Oberfläche. Eine Mehrzahl von Filamenten wird auf die Schicht des selbstschmierenden Materials aufgebracht, um eine Überdeckung daran zu bilden, um einen Verbindungsdruck auszuüben, der dazu hinreicht, die Schicht des selbstschmierenden Materials dazu zu veranlassen, sich der konfigurierten äußeren Oberfläche anzupassen und sich damit zu verbinden. Ein härtbares flüssiges Harz wir vor dem Auftragen des selbstschmierenden Materials und der Filamente oder gleichzeitig damit oder danach aufgebracht, um das Material und die Filamente zu beschichten und ggf. bestehende Lücken zu füllen. Das Harz wird gehärtet, woraufhin die ganze oder ein Teil der Überdeckung entfernt wird, um die Schicht des selbstschmierenden Materials bzw. Teile davon an der äußeren Oberfläche freizulegen.
Die Lager-Teileinheit 12 umfaßt ferner ein kugelförmiges Lager bzw. eine Kugel 60, die innerhalb des einstückigen ringförmigen Zwischenschalenglieds 40 angebracht ist und die sich innerhalb des Zwischenschalenglieds 40 frei bewegen und drehen kann (Fig. 3). Die Kugel 60 ist bevorzugt aus einer geeigneten Stahllegierung gespant, die eine solche Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist, wie eventuell benötigt wird. Die Kugel 60 ist typischerweise mit einer mittleren zylindrischen Bohrung 62 zur Aufnahme der nicht gezeigten Welle gleich welchen Teils versehen, an dem die Teileinheit 12 angebracht werden soll. Die Kugel 60 ist ferner mit flachen kreisförmigen Endflächen 64 und 66 versehen. Die gesamte kugelförmige Oberfläche zwischen den Endflächen 64 und 66 bildet die Lagerfläche 68 der Kugel. Die kugelförmige Lagerfläche 68 wird vor der Fertigung der Teileinheit 12 auf die benötigte Endabmessung geschliffen, und die Lagerfläche 68 kann anodisiert oder galvanisiert werden, um ein gewünschtes Oberflächengüteniveau zu erreichen. Die Kugel 60 kann sich frei innerhalb des Zwischenschalenglieds 40 versetzen bzw. drehen, wobei die Lagerfläche 68 mit dem konkaven inneren Laufring 50 in Kontakt steht.
Die Kugel 60 kann alternativ aus einem Glasfasermaterial hergestellt werden, und die mittlere Bohrung 62 kann wahlweise eine Lagerfläche umfassen, die eine Schicht eines selbstschmierenden Materials 70 umfaßt, die integral damit verbunden ist. Die äußere Lagerfläche 68 der Kugel 60 kann ferner mit einem selbstschmierenden Material 72 ausgekleidet sein, das integral damit verbunden ist, was durch das oben beschriebene Verfahren zum Aufbringen eines selbstschmierenden Materials auf die konvexe äußere Oberfläche 54 erreicht wird.
Nachdem das Zwischenschalenglied 40 in das Einsetzungsschlitzmittel 34 gesetzt worden ist und um neunzig Grad (90º) in die Lagerstützenbohrung 24 gedreht worden ist, liegt das Zwischenschalenglied 40 zwischen der kugelförmigen Kugel 60 und der Lagerstütze 14, und die Lager-Teileinheit 12 ist bereit dazu, eine Last zu tragen, sobald eine Welle in die zylindrische Bohrung 62 montiert wird.
Diese Lager-Teileinheit 12 stellt eine Verbesserung gegenüber Lagern nach dem Stand der Technik dar, die eine zylindrische äußere Oberfläche an dem einstückigen Zwischenschalenglied 40 aufweisen, die ein Verbinden bzw. die Verwendung eines Sprengrings zum Zurückhalten in der Lagerstütze erfordern, wie bereits erläutert. Die kugelförmige Schnittstelle zwischen der konvexen äußeren Oberfläche 54 des Zwischenschalenglieds 40 und der Lagerstützen-Anbringungsschale 26 hält die Lager- Teileinheit 12 ohne die Verwendung von Sprengringen oder einer Verbindung dadurch gegen eine relative axiale Bewegung fest, daß Drucklagerflächen bereitgestellt werden, die Kräften in der axialen Richtung widerstehen und dadurch die axiale Festigkeit bzw. die axiale Belastungsfähigkeit des Lagers erhöhen. Die Zwischenschale 40 wird gegen eine axiale Bewegung in der einen oder der anderen Richtung durch den Kontakt zurückgehalten, den die konvexe äußere Oberfläche 54 mit der Lagerstützen-Anbringungsschale 26 vom Umfangsbereich mit dem maximalen Durchmesser 28 nach außen bis zu den Umfangsbereichen mit minimalem Durchmesser 30 bzw. 32 herstellt (Fig. 4). In diesem Kontaktbereich kann sich die konvexe äußere Oberfläche 54 gegenüber der Lagerstützen-Anbringungsschale 26 aufgrund der kugelförmigen Schnittstelle darin versetzen. Die Verwendung einer Lager-Teileinheit, die ein einstückiges Zwischenschalenglied mit der konvexen äußeren Oberfläche 54 aufweist, wird somit den akzeptablen Betriebsbereich von Versetzungen des Lagers 10 erweitern, ohne die Fähigkeit der Lagereinheit zu gefährden, axialem Druck zu widerstehen.
Als es auf radiale statische Festigkeit geprüft wurde, wurde entdeckt, daß ein einstückiges Zwischenschalenglied 40 mit einer kugelförmigen bzw. konvexen äußeren Oberfläche eine Lager-Teileinheit bereitstellt, die gegenüber einer Lager-Teileinheit, die ein Zwischenschalenglied mit einer zylindrischen äußeren Oberfläche umfaßt, eine unerwartete überlegene Fähigkeit aufweist, radiale Lasten auszuhalten, wie im folgenden erläutert wird.
Es wurden verschiedene Lager-Teileinheiten getestet, die jeweils eine kugelförmige Stahlkugel umfaßten, die von einer filamentwicklungstechnischen äußeren Zwischenschale umgeben war, wobei der einzige Unterschied zwischen den Teileinheiten darin bestand, daß die Zwischenschalen entweder mit konvexen oder mit zylindrischen äußeren Oberflächen gefertigt waren. Der Wicklungswinkel für die Glasfasern war bei allen Zwischenschalen fünfundsiebzig Grad (75º). Alle Stahlkugeln hatten eine äußere Oberfläche von 0,0396 m (1,56 Inch) und eine Bohrung von 0,0191 m (0,75 Inch). Die Durchmesser sowohl der konvexen als auch der zylindrischen Glasfaser-Zwischenschalenglieder betrugen 0,0445 m (1,75 Inch), und ihre äußeren Oberflächen waren jeweils 0,0203 m (0,80 Inch) breit. Von jeder Zwischenschalenkonfiguration wurden vier Probestücke geprüft.
Die Lager-Teileinheiten nach dem Stand der Technik mit Schalen mit zylindrischer äußerer einstückiger Zwischenoberfläche wurden in einer Belastungsplatte mit gerader Bohrung installiert, und ein Prüfstift wurde durch die Bohrung ihrer Stahlkugeln eingesetzt, wobei die Stiftenden auf jeder Seite von schweren Seitenplatten getragen wurden. Während der Prüfung wurde die Ablenkung der Belastungsplatte aufgrund einer radial beaufschlagten Last gemessen, und es wurden Last-gegen-Ablenkung- Aufzeichnungen erhalten. Die Prüfung wurde dadurch ausgeführt, daß wachsende radiale Lasten beaufschlagt wurden, bis ein radiales Brechen aus der Aufzeichnung offensichtlich wurde, was ein Versagen anzeigte.
Die Lager-Teileinheiten der Erfindung mit einstückigen Zwischenschalen mit konvexer äußerer Oberfläche wurden auf ähnliche Weise unter Verwendung einer speziellen Belastungsplatte mit einer kugelförmigen Bohrung und einem geschlitzten Zugangsloch geprüft. Die Schalen wurden in der Belastungsplatte installiert und belastet, wie oben für die Lager-Teileinheiten mit Schalen mit zylindrischer äußerer Oberfläche beschrieben.
Die Probestücke der Schalen mit zylindrischer äußerer Oberfläche versagten im Durchschnitt, wenn sie 17.112 kg ausgesetzt waren, und lenkten im Durchschnitt um 0,000505 m (0,0199 Inch) aus. Nach der Entfernung der Probestücke von der Vorrichtung zeigten sich offensichtliche visuell offenbare Risse, die die Lager-Teileinheit auf eine nicht funktionsfähige Form deformierten.
Die Schalen mit konvexer äußerer Oberfläche wurden unter einer Last von 45.359 kg mit einer entsprechenden durchschnittlichen Auslenkung von 0,000655 m (0,0258 Inch) geprüft. Diese Probestücke zeigten keine Anzeichen eines Versagens auf den Last-gegen-Auslenkung-Aufzeichnungen, und es erschienen keine offensichtlichen visuell offenbaren Risse. Drei dieser Probestücke wurden um 180º gedreht und erneut 68.039 kg ausgesetzt. Die Prüfstifte begannen zu scheren, bevor die Aufzeichnung ein Versagen zeigte, was die Beendigung des Tests bei 68.039 kg veranlaßte, obwohl die Probestücke bei diesem Lastniveau einige visuelle Zeichen eines Versagens zeigten.
Die obigen Prüfungen waren dazu ausgelegt, radiale statische Festigkeiten für Zwischenschalen mit konvexer und zylindrischer äußerer Oberfläche zu vergleichen. Im allgemeinen hat sich gezeigt, daß die konvexe einstückige Zwischenschale vor einem Versagen eine nahezu vier mal größere radiale Last aushielt als die zylindrischen Zwischenschalen nach dem Stand der Technik. Die Schalen mit konvexer äußerer Oberfläche wurden ohne wesentliches Versagen radial mit 68.039 kg belastet, woraufhin die Prüfung aufgrund des Scherens des Belastungsstifts beendet wurde, wobei die Lager-Teileinheiten noch funktionsfähig waren. Im Gegensatz dazu erreichten die äußeren Ringe der Lager mit zylindrischer Zwischenschale vor einem Versagen eine durchschnittliche radiale statische Last von lediglich etwa 17.112 kg. Somit stellt die einstückige konvexe Zwischenschale zusätzlich zu den Verbesserungen der axialen Festigkeit und dem axialen Zurückhalten, das durch die Lager-Teileinheit der Erfindung bereitgestellt wird, den zusätzlichen unerwarteten Vorteil einer verbesserten Fähigkeit bereit, eine radiale Last auszuhalten.

Claims

1. Zusammengesetztes Kugelschalenlager (10), das folgendes umfaßt:

eine äußere Lagerstütze (14), die folgendes umfaßt:

eine Achse (18),

eine sich axial erstreckende Bohrung (24),

axial beabstandete Seiten (20, 22), eine konkave Anbringungsschale (26), die in die Bohrung (24) weist und einen Umfangsbereich mit maximalem Durchmesser (28) umfaßt, und

einen Einsetzungsschlitz (34), der sich axial von einer der Seiten (20) in die Bohrung (24) erstreckt und der eine axiale Breite aufweist, und

eine kugelförmige Lager-Teileinheit (12), die entfernbar in der Lagerstützen-Anbringungsschale (26) angebracht ist und ein Zwischenschalenglied (40) umfaßt, das folgendes aufweist:

eine Achse (42),

axial beabstandete Enden (44, 46),

eine sich axial erstreckende Bohrung (48),

eine konvexe äußere Oberfläche (54), die komplementär zur Lagerstützen-Anbringungsschale (26) abgemessen ist, und einen konkaven inneren Laufring (50), und ein kugelförmiges Lager (60), das in dem konkaven inneren Laufring (50) des Zwischenschalenglieds (40) angebracht ist,

wobei das Zwischenschalenglied (40) eine Installationsachse (56), die sich quer zur Lagerstützen- und zur Schalengliedachse (18, 42) erstreckt, und eine axiale Breite aufweist, die ermöglichen, daß das Zwischenschalenglied (40) um die Installationsachse (56) ausgerichtet wird und in den Einsetzungsschlitz (34) eingesetzt wird und dann um die Installationsachse gedreht wird, um die konvexe äußere Oberfläche (54) in die Lagerstützen-Anbringungsschale (26) zu setzen, dadurch gekennzeichnet, daß

das Zwischenschalenglied (40) ein ringförmiges einstückiges Glied (40) umfaßt,

und dadurch, data

der Einsetzungsschlitz (34) angrenzend an den Umfangsbereich (28) endet.

2. Zusammengesetztes Kugelschalenlager (10) nach Anspruch 11,

bei dem der Einsetzungsschlitz (34) folgendes umfaßt: zwei Einsetzungsschlitzabschnitte (36, 38), die

diametral um eine Entfernung voneinander beabstandet sind, die mindestens gleich dem Durchmesser des Bereichs mit maximalem Durchmesser (28) ist.

3. Zusammengesetztes Kugelschalenlager (10) nach Anspruch 1,

bei dem der konkave innere Laufring (50) des Zwischenschalenglieds (40) eine Lagerfläche umfaßt,

wobei diese Lagerfläche eine Einlage eines selbstschmierenden Materials umfaßt, die integral mit der Lagerfläche verbunden ist.

4. Zusammengesetztes Kugelschalenlager (10) nach Anspruch 3, bei dem die Einlage eines selbstschmierenden Materials ein Gewebe umfaßt, das aus Fasern des selbstschmierenden Materials gewebt ist.

5. Zusammengesetztes Kugelschalenlager (10) nach Anspruch 1,

bei dem das kugelförmige Lager (60) eine äußere Lagerfläche (68) umfaßt,

wobei diese äußere Lagerfläche eine Einlage eines selbstschmierenden Materials (72) umfaßt, die integral damit verbunden ist.

6. Zusammengesetztes Kugelschalenlager (10) nach Anspruch 5, bei dem die Einlage des selbstschmierenden Materials (72) ein Gewebe umfaßt, das aus Fasern des selbstschmierenden Materials gewebt ist.

7. Zusammengesetztes Kugelschalenlager (10) nach Anspruch 1,

bei dem das kugelförmige Lager (60) eine mittlere Bohrung (62) mit einer inneren Lagerfläche umfaßt,

wobei diese innere Lagerfläche eine Schicht eines selbstschmierenden Materials (70) umfaßt, die integral mit der inneren Lagerfläche verbunden ist.