DE851575C - Waelzlagereinbau in einen Werkstoff mit einer wesentlich hoeheren Waermeausdehnungszahl als der des Waelzlagerwerkstoffes - Google Patents

Description

• Wälzlagereinbau in einen Werkstoff mit einer wesentlich höheren Wärmeausdehnungszahl als der des Wälzlagerwerkstoffes Die Unterbringung der aus normalem Lagerwerkstoff hergestellten Wälzlager (Querlager, Schräglager) in Gehäusen aus weichem Material bereitet vor allem deswegen Schwierigkeiten, weil die Festigkeitseigenschaften des für die Lagerherstellung verwendeten Werkstoffes und des zur Gehäuseherstellung benutzten Materials voneinander verschieden sind und weil vor allem die Wärmeausdeliriuiigszalilen voneinander abweichen. In bestimmten Fällen kann die Wärmeausdehnungszahl des für -das Gehäuse verwendeten Materials doppelt so groß wie diejenige des Lagerstahles sein. Wenn daher die Lager mit den von den Konstrukteuren vorgeschriebenen Toleranzen eingebaut werden, dann (lehnt sich bei holen Betriebstemperaturen das Gehäuse iii stärkerem --Maße aus als der Außenring des Lagers, wodurch sich das Lager in seinem Sitz im Gehäuse lockert und zwischen Lager und Gehäuse ein Spiel entsteht, das zu einem Gleiten des Lagerringes auf seinem Sitz führt. Dies wiederum führt zu weiteren Erwärmungen des Lagers und des Gehäuses, zu einer verstärkten Abnutzung und zu dauernden Lagerbeschädigungen.
• Um diese Nachteile der verschiedenen Wärmeausdehnun-gszahlen des Lagermaterials und des Gehäusewerkstoftes zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, die gewöhnlich für den Lagereinbau verwendeten Toleranzen zu ändern und das Lager so eitizutreil>en, daß es fester sitzt als im normalen Fall, wodurch auch bei erhöhten Betriebstemperaturen :las Lager sich nicht lockern kann und der Lagerring stets festsitzt. Die hohen Werte, die das L,'bermaß in diesem Fall zwischen Lager und Sitz annehmen muß,, bedingen das Auftreten von örtlichen Beanspruchungen in den das Lager tragenden Gehäuseteilen, welche die in den anderen Maschinenteilen auftretenden Beanspruchungen übersteigen, falls dem Gehäuse nicht etwa entsprechend größere Abmessungen gegeben werden. Letzteres ist aber aus konstruktiven und aus gießereiteohnischenGründen zu vermeiden, zumal es stets anstrebenswert ist, die Gesamtanordnung möglichst leicht zu halten.
• Zu -dem eben auseinandergesetzten Nachteil tritt noch die Tatsache, daß die Verwendung von Lagern in Leichtmetallgehäusen im allgemeinen die Besonderheit einer in bezug auf das Gehäuse sich drehenden Belastung aufweist, wie dies z. B. in den Hauptlagern von Flugzeugsternmotoren der Fall ist, bei denen :die Belastung keine bestimmte Richtung besitzt, sondern sich entsprechend der Zündfolge des Brennstoffgemisches im Zylinder in der Winkelrichtung dauernd verändert. Unter diesen Bedingungen wird der Lageraußenring, auch wenn er sich infolge erhöhter Betriebstemperaturen nicht auf seinem Sitz lockern sollte, auf den er aufgetrieben wurde, dennoch infolge der schlagartigen Belastung in den verschiedenen Steillungen gelockert und unter der drehenden Belastung ebenfalls in eine langsame Drehbewegung versetzt.
• Auch die Verwendung von im Inneren des Geihäuses untergebrachten Spannhülsen aus Stahl, Bronze oder anderem Werkstoff hat sich als unwirksam erwiesen und vermag die angeführten Nachteile nicht zu vermeiden, weil unter der Einwirkung der starken plötzlichen Temperaturschwankungen und der andauerndem Erschütterungen, denen das Gehäuse ausgesetzt ist, sowie infolge der an den verschiedenen Umfangsstellen sich regelmäßig wieder'hole'nden schlagartigen Belastung der ursprüngliche feste Sitz zwischen Gehäuse und Lagerspannhülse sowie zwischen Spannhülse und Lager im Laufe der Zeit nachläßt. Der Lagerring wird also ebenfalls gelockert und in Drehung versetzt, was zu dem bereits angegebenen Nachteil des Gleitens und der verstärkten Abnutzung führt. Die Folge davon ist eine Erweiterung des Lagersitzes, welche zur Beschädigung der Spannhülse und zum Zubruchgehen ,des Lagers führt.
• Ein anderer von den Konstrukteuren beschrittener Weg besteht darin, .die Drehung des Lagerringes durch Keile, am Umfang vorgesehene Stifte u. dgl. zu verlhindern. In der Praxis geben aber auch diese Anordnungen zu Nachteilen und Betriebsschwierigkeiten Anlaß, indem sie zu Rißbildungen in den Lagern an der Stelle der Keilnuten oder zu einem ungenügenden Kraftsdhluß zwischen Nut und Hilf sbefestigungsorgan führen, da die Nuten nur geringe Abmessungen besitzen dürfen, um das Lager möglichst klein zu halten.
• Weiber wurde bereits bekannt, auf den Lageraußenring einen Ring aufzusetzen, der dabei aber lediglich zur Verstärkung des Außenringes dient. Bei einem weiteren bekanntgewordenen Lager ist der Außenring und gegebenenfalls auch der Innenring so dünn gehalten, d!aß er federnd wirkt und dadurch .das Einbringen der Kugeln gestattet. Da der Außenring in diesem Fall zu dünn ist, um als Lagerring zu dienen, wird auf ihn noch ein Verstärkungsring aufgesetzt, wodurch Außenring und Verstärkungsring zusammen die in einem normalen Lager vom Außenring ausgeübte Funktion erfüllen. Bei -diesen Ausführungen ist demnach keine Vorsorge getroffen, um die Lockerung des Lagers bei hohen Betriebstemperaturen zu verhindern.
• Die Erfindung vermeidet alle diese Nachteile dadurch, daß beim Wälzlage:reinbatl auf dem Außenring des Wälzlagers ein Verstärkungsring od. dgl. aufgebracht wird, dessen Werkstoffwärmeausdehnungszahl sich derjenigen des Einbauwerkstoffes, z. B. des Kurbelgehäuses eines Motors, nähert, wobei diese Wärmeausdehnungszahl in jedem Falle größer ist als die des Wälzlagerwerkstoffes.
• Vorzugsweise wird der Verstärkungsring auf den erst halbfertig bearbeiteten Außenring des Wälzlagers aufgetrieben, und bei der Fertigbearbeitung werden dann beide Ringe zusammen als Einheit bearbeitet.
• Durch die Erfindung gelingt .es, bei der Herstellung von Sternmotoren und anderen Maschinen die Lager ohne besondere Hilfsmittel oder von der gewöhnlichen Einbauart abweichende Maßnahmen -einzubauen.
• Der Außenlaufring wird mit einem solchen Übermaß in das Verstärkungsorgan eingebaut, daß in ihm eine elastische Spannung entsteht, welche die Wirkung des Unterschiedes der verschiedenen Wärmeausdehnungszahlen beider Werkstoffe ausgleicht, so daß auch bei den ungünstigsten Betriebstemperaturen das solchenfalls verbleibende Übermaß zwischen Verstärkungsring bzw. Organ und Lagerring ausreicht, um den Außenring daran zu hindern, sich auf seinem Sitz zu lockern und von der drehenden Belastung in Drehbewegung versetzt zu werden.
• Die erfindungsgemäß ausgeführten Lager können in Gehäusen aus Duraluminium oder aus einem anderen Leichtmetall mit geringer Eintriebsspannung eingebaut werden, wodurch der Nachteil gefährlicher Beanspruchungen, Verformungen od-er Rißbildungen im Gehäuse vermieden wird. Das geringste bei der normalen Wandstärke des Gehäuses zulässige Übermaß reicht aus, um denn Außenring gegen jeglieh-e Drehung, sei -es infolge etwa nach längeren Betriebsperioden durch Temperaturschwankungen verursachter Verformungen, sei es unter der Wirkung der drehend-en Belastung, zu sichern. Diese Tatsache ist damit zu erklären, daß die Dehnungen des Verstärkungsorgans den Ausdehnungen des Gehäusewerkstoffes folgen. Nachdem einmal die Gleitl)ewegungen des Lagers auf seinem Sitz unterbunden sind, ist auch der Lagersitz keiner Abnutzung mehr ausgesetzt, und die Lebensdauer. des Lagers hängt nicht mehr von den Einbaubedingungen a1), sondern nur von der natürlichen Ermüdung des Lagermaterials.
• Bei einem Lager gemäß der Erfindung wird der Außenring mit dem für den `'erstärkungsring oder das Verstärkungsorgan festgesetzten Übermaß vor der Fertigstellung kalt eingetrieben, so daß das Verstärkungsorgan und der :1ul3eiiriiig als Einheit deil anschließenden 13:arl>-ittlngssttifen (Nachschleifen des Außenmantels und des. Wälzsitzes sowie Zusammenbau finit den Wälzkörpern und mit den Innenringen) unterworfen werden.
• Durch das Eintreiben in eine Presse oder mit einem anderen Verfahren in den Ring aus Duraluminium oder anderem Leichtmetall wird im Stalill-ing eine Druckspannung erzeugt, die auch im fertiggestellten Lager zusammen mit dem vorgesehenen geringsten Spiel bestehen bleibt. Dies bewirkt, daß der Ring eine latente mechanische Dehnung besitzt.
• Die Dicke des Verstärkungsringes wird auf (rund der Festigkeitseigenschaften des Werkstoffes so 1>:inessen, daß im kalten Zustand eine Zusammenziehung des Lageraußenringes eintritt und so eine latente I)eiiitiutig von der Größenordnung erhalten wird, welche dem jeweiligen Verwendungszweck des Lagers angepaßt ist.
• Die Erfindung kann für alle Quer- und Schräglager, für Kugel- oder Rollenlager, für ein- und zweirei,liige Lager, für feste und für Pendellager benutzt werden.
• Die Form des Verstärkungsringes oder des Verstärkungsorgans kann je nach der Lagerausbildung verschieden gewählt werden. Der Verstärkungsring kann dieselbe axiale Verhauung haben wie der Außenring. Dabei können :Maßnahmen getroffen werden, welche sein Gleiten auf dem Lagerring verhindern, indem seine Form beispielsweise derjenigen des Lagerringes angepaßt wird. Im 132sotideren kann er den Eckabflachungen oder Abrundungen oder den eventuellen Nutausnehmungen des Außenringes folgen. Im Fall eines Schulterrollenlagers kann sich der Verstärkungsring beiderseits des Lagerringes erstrecken und dessen Führungsschultern umfassen und zusammendrücken, wodurch der zwischen Verstärkungsorgan und Lagerring bei erhöhten Temperaturen noch bestehende Festsitz wirksamer gestaltet wird.
• Bei dem mit einem Verstärkungsring oder einem Verstärkungsorgan gemäß der Erfindung versehenen Lager gehen die durch hohe Betriebstemperaturen im Verstärkungsring auftretenden Wärmeausdehnungen neben den Ausdehnungen des Gehäuses einher und übersteigen diese in geringem Maße, während die Wärmeausdehnungen des Stahlringes zusammen mit der mechanischen Ausdehnung, welche in entgegengesetzter Richtung wie die hei der Auftreil>ung hervorgerufene Zusammenziehung wirkt, ausreichen, uni einen solchen Festsitz zwischen Lagerring und Verstärkungsring hervorzurufen, daß keine Relativdrehung zwischen beiden Ringen auftreten kann. Die zwischen Verstärkungsring und Lagersitz ursprünglich bestellende lllockierung wird damit nicht nur unverändert aufrechterhalten, sondern besitzt sogar die Neigung zuzunehmen, weil die Temperatur der Ge'häuseaußenfläche im allgemeinen ja niedriger ist als clie:jenige des Lagersitzes, cla das Gehäuse einer stärkeren Kühlung unterliegt. Die Änderun- des Spieles innerhalb eines erfindungsgeinäl.i ausgeführten Lagers gegenüber der Änd;rung des Sitzes erfolgt mit einer gewissen Selbsttä tigk.,it, weil eine eventuelle Erwärmung infolge. nicht vorhandenen oder ungenügenden Spieles im :1uI?enrin eine Temperaturerhöhung hervorruft, die ilir°rse its eine raschere und weitergehende Ausdehnung bewirkt, wodurch die Wälzkörper wieder frei gemacht Nvcrden.
• In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele eines Wälzlagers gemäß der Erfindung dargestellt.
• Fig. i zeigt im Axialschnitt einen Teil eines einreihigen Querkugellagers; Fig.2 ist ein Axialschnitt durch ein zweireihiges Querkugellager; Fig. 3 ist ein Axialschnitt durch ein Pendell<uellager; Fig..I stellt einen Axialschnitt durch einen Teil eines Ouerrollenlagers dar; Fig. 5 zeigt einen Axialschnitt durch einen Teil eines Kegelrollenlagers; die Fig.6 und 7 zeigen andere Ausführungsforin:n des Verstärkungsorgans.
• In Fig. i ist der Außenring eines normalen, einreihigen Querkugellagers mit i bezeichnet. Die Kugeln sind dabei mit 2 angegeben. Der Verstärkungsring 3 besteht aus einem `Werkstoff, der im wesentlichen dieselben Wärmeaus(1.elititingseigenschaften des Materials, 1)[email protected] des Duraluminiums besitzt, aus welchem das Gehäuse hergestellt ist, das das Lager aufnimmt. Der Verstärkungsring wird, wie oben angegeben, mit Übermaß auf den Außenring 2 aufgezogen. Der Verstärkungsring 3 hat die Breite des Außenringes i ; seine Form ist derjenigen des Außenringes angeglichen, indem er den Abrundungen .I des Außenringes i folgt. -In den Fig. 2 bis 5, die eine ähnliche Anordnung des Verstärkungsringes bei anderen Wälzlagerarten darstellen, tragen gleiche Teile dieselbe 13ez2ichnung wie in Fig. i, wobei die Teile der Fig. 2 noch den Index a, diejenigen der Fig. 3 den Index b tragen usw.
• In der abgeänderten Ausführungsform gemäß Fig. 6 wird der Verstärkungsring 5 auf den mit Führungsschultern versehenen Außenring 6 eines Rollenlagers aufgetrieben. Der Verstärkungsring 5 weist auf der einen Seite einen Innenflansch 8 auf, welcher sich auf der einen Seite des Lagerringes 6 erstreckt. Auf der entgegengesetzten Seite ist in den Verstärkungsring 5 ein Schulterring g eingeschraubt, der fest gegen den Ring 6 angedrückt wird.
• Die Fig. 7 zeigt eine ähnliche Anordnung bei einem Nadellager. Die der Fig.6 entsprec'h°ndeii Teile sind durch dieselben Bezugsnummern mit Zusatz des Index a bezeichnet.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Wälzlagereinbau in einen Werkstoff mit einer wesentlich höheren Wärm@eausdehntiiigszahl als der des Wälzlagerwerkstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise auf dem Außenlaufring des Wälzlagers ein Verstärkungsring aufgebracht ist, dessen Werkstoffwärmeausdehnungszahl sich derjenigen des Einbauwerkstoffes nähert, wobei sie in jedem Fall größer ist als die des Wälzlagerwerkstoffes.
2. 2. Wälzlagereinbau nac'hAnspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsring vorzugsweise auf den erst halbfertig bearbeiteten AuBeralaufringides Wälzlagers aufgetrieben wird und bei der anschließenden Fertigbearbeitung beide Ringe zusammen als Einheit bearbeitet werden. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 200 923, 228 567; französische Patentschrift Nr. 569 2o5.