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Spann- oder Klemmhülse
Die Erfindung bezieht sich auf eine Spann- oder Klemmhülse zur Befestigung des Innenringes eines Wälzlagers auf einer Welle, wobei die Hülse kegelstumpfförmig und gegebenenfalls geschlitzt ausgeführt ist und Mittel zu ihrem Einziehen in den Ringspalt zwischen Innenring und Welle, sowie zum Lagesichern aufweist.
Ursprünglich war ein einwandfreier Sitz von Wälzlagern auf der Welle nur durch Passungssitz zwischen der Welle und der Bohrung des Lagers zu erreichen. Das Wandern und damit Lockern der Laufringe auf der Welle lässt sich mit Sicherheit durch Klemmkräfte an den Seitenflächen der Laufringe, z. B. durch Gewindemutter, Stellring u. dgl. aber nicht vermeiden. Ebenso hat sich eine Stiftsicherung als unbefriedigend erwiesen, da ein radialer Spalt zwischen Welle und Laufring zu dem gefürchteten Passungsrost führt, der einen vorzeitigen Ausfall bei Zerstörung des Wellensitzes zur Folge hat.
Auf durchgehenden Wellen, die nur gezogen oder roh bearbeitet sind und damit auch grössere Toleranzen aufweisen, wird die sichere und einfache Befestigung der Wälzlager besonders schwierig. Die einfachste Befestigungsart besteht aus einer aus gezogenem Blech hergestellten Klemmhülse, die jedoch nur für Lager untergeordneter Bedeutung angewendet wird, da ihre Abmessungen ungenau sind. Auch müssen bei der Lagermontage zusätzliche Hilfsmittel angewendet werden, damit das Lager einen festen Sitz bekommt. Weiterhin sind einfache Spannhülsen aus Blech bekannt, deren Anwendungsbereich jedoch beschränkt ist.
Für das Befestigen von Lagern auf gezogenen Wellen, insbesondere bei Landmaschinenlagern ist es ferner bekannt, Exzenterspannringe zu verwenden, wobei der gegenüber einem normalen Wälzlager erheblich breitere Innenring den schlechten Sitz ausgleichen soll und der gegen den Innenring exzentrisch verdrehte Spannring führt zu einer satten Anlage zwischen Welle und Innenring. Dabei entsteht aber eine Exzentrizität, die zu einem unruhigen Lauf und damit zu Schwingungen führt, was den Bruch der Welle verursachen kann. Weiter bildet sich in dem verbleibenden Spalt zwischen Welle und Lagerbohrung Passungsrost, der zum vorzeitigen Ausfall des Lagers führt.
Um diesen Schwierigkeiten aus dem Wege zu gehen, ist man zu den eingangs erwähnten Spannoder Klemmhülse übergegangen, die auf Grund ihrer kegelstumpfförmigen Gestalt und der Möglichkeit des Eindrückens oder Einziehens in den Ringspalt zwischen Lager und Welle zu einem brauchbaren Festsitz führen. Dies umso mehr, als auch noch die Lage der jeweiligen Hülse gesichert werden kann. Da jedoch die bekannten Hülsen aus Stahl oder Metall, also aus Materialien bestehen, die nur eine geringe Elastizität aufweisen, müssen auch hier alle der Befestigung eines Lagers dienenden Teile genau und fein bearbeitet werden, was unweigerlich zu erheblichen Unkosten führt, so dass aus Kostengründen von dieser Befestigungsart in der Praxis nur ungern, d. h. mehr oder weniger nur gezwungenermassen Gebrauch gemacht wird.
Die geringfügige bzw. nahezu überhaupt nicht vorhandene Elastizität hat auch noch den Nachteil, dass verhältnismässig grosse Klemmkräfte aufgewendet werden müssen, um einen sicheren Festsitz zu erzielen. Dies wieder erfordert nicht nur eine Verstärkung der Einzieh- und Lagerungsmittel und der Hülse, sondern auch eine Vergrösserung der Lagermasse, wodurch die Lagerung weiter verteuert wird. Schliesslich sind die Stahlhülsen gute Schalleiter, so dass Rollgeräusche mit einer unerwünschten Intensität übertragen werden.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die geschilderten Mängel zu vermeiden und Wälzlager
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auf Wellen, die nur gezogen oder allenfalls roh bearbeitet sind, einfach und betriebssicher zu befestigen.
Hiezu sieht die Erfindung vor, dass die Hülse aus einem elastisch verformbaren, gegebenenfalls mit Glasfasern verstärkten Kunststoff, wie aus verstärktem Polyamid besteht und die Einzieh-und/oder Lagesicherungsmittel in an sich bekannter Weise an dem einen Ende der Hülse vorgesehen und in einem Flansch angeordnet sind, der ein gesonderter, auf die Hülse aufsteckbarer Teil sein kann. Mit diesen Massnahmen und insbesondere durch die Verwendung eines elastisch verformbaren Kunststoffes wird demgegenüber das sichere Festlegen von Lagern od. dgl., auch mit grossen Abständen, auf Wellen ganz wesentlich vereinfacht, denn die nunmehr gegebene Elastizität erfordert keine Fein-und Feinstbearbeitung, d. h. die Elastizität vermag Herstellungstoleranzen in verhältnismässig grossen Grenzen auszugleichen.
Dass dieser Umstand wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt, versteht sich von selbst. Die vorhandene Elastizität führt ferner dazu, dass sich die Hülse gewissermassen eng an die metallischen Teile anschmiegt, wodurch eine hohe Haftreibung gegeben erscheint, die den Festsitz beträchtlich verbessert.
Die Anschmiegsamkeit der Hülse gibt auch eine Gewähr dafür, dass man mit verhältnismässig geringen Anpresskräften auskommt, d. h. zum Festlegen eines Lagers mit einer elastisch verformbaren Hülse sind wesentlich geringere Kräfte erforderlich, als bei den bekannten Ausführungen, bei denen Stahl mit Stahl zusammenwirkt. Als vorteilhaft kommt ferner hinzu, dass Kunststoffe bzw. Polyamide zu keinen Korrosionserscheinungen neigen, so dass die gefürchtete und ein Lösen der Verbindung erschwerende Rostbildung vermieden ist. Wenn man die Hülse auch noch mit Glasfasern verstärkt, ist die neuartige Befestigung auch in qualitativer Hinsicht den bekannten Ausführungen mit Stahlhülsen zumindest ebenbürtig. Glasfaserverstärkter Kunststoff wird teilweise sogar bessere Eigenschaften als eine gehärtete Stahlhülse haben, da Kunststoffhülsen bruchsicherer sind.
Nicht zuletzt sei erwähnt, dass die Verwendung von Kunststoffen auch eine wirkungsvolle Schwingungsisolierung mit sich bringt, die häufig gefordert und mit Stahl nicht zu erreichen ist.
Eine weitere wertvolle Ausgestaltung besteht bei der Erfindung darin, dass als Lagesicherungsmittel Gewindestifte dienen, die den Flansch der Hülse radial durchsetzen und die fest angezogen die Hülse gegen axiales Verschieben auf der Welle sichern. In andern Fällen sind im Flansch oder im gesonderten Bauteil auf den Umfang verteilte und axial angeordnete Gewindestifte vorgesehen, die sich am Innenring abstützen und die Hülse einziehen.
Bei einer weiteren erfindungsgemässen Ausführungsform ist vorgesehen, dass zusätzlich als Lagesicherungsmittel in die Hülse eingelassene und vom Flansch ausgehende Sicherungsdrähte dienen, welche mit Umschlagenden die Hülse überragen. Diese lassen sich nach Aufschieben der Hülse auf die Welle zum Innenring hin umbiegen und sichern damit zusätzlich den Sitz des Lagers auf der Hülse.
Beim Herstellen des Lagers aus einem Polyamid, wie die Erfindung dies vorsieht, sind die Gewindestifte und die Sicherungsdrähte beim Herstellen der Hülse mit eingespritzt, wodurch eine feste Passung zwischen den eingelegten Teilen und der Kunststoffmasse erreicht und darüber hinaus die Herstellung der montagefertigen Hülse verbilligt wird.
Damit keine die Hülse oder Teile derselben gefährlich überragende Vorsprünge gegeben sind, sieht die Erfindung vor, dass die Gewindestifte die gleiche Länge aufweisen, wie die Breite oder die Höhe des ringförmigen Flansches ausmacht.
Ferner hat es der Erfinder für zweckmässig angesehen, dass der besondere Bauteil von einem Überwurfring gebildet ist, der mit einer entsprechend gestalteten Innenmantelfläche, einen Ansatz, einen gegenüber der Hülse entgegengesetzt gerichteten Kegel od. dg1. übergreift und diese Teile am schwachen Ende der Hülse vorgesehen sind. Bei einem zweiten, entgegengesetzt gerichteten Kegel ergibt sich ein besonders wirkungsvoller Festsitz der Hülse.
Schliesslich kann die Kegelsteigung der Hülse 1 : 12 bis 1 : 17 betragen. Welche Steigung man wählt, wird sich in der Hauptsache nach den gegebenen Verhältnissen richten. Ebenso wird es eine Rolle spielen, ob die Verbindung gut lösbar, selbsthemmend oder sonstwie gestaltet sein soll.
Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung an mehreren Ausführungsformen, u. zw. zeigen : Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Wälzlager mit Befestigung auf der Welle, Fig. 2 eine Seitenansicht der Fig. 1 ohne Wälzkörper und Aussen ring, Fig. 3 eine Seitenansicht einer gegenüber den Fig. l und 2 geänderten Ausführungsform, Fig. 4 ein Lager im Schnitt nach einer weiteren Ausführungsform. Fig. 5 bis 9 weitere Querschnitte von Lagern mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Befestigungsart von Wälzlagern auf einer Welle.
Nach den Fig. l und 2 ist auf eine glatte gezogene Welle --1-- eine Klemmhülse --2-- aufgeschoben, die als hohler Kegelstumpf ausgebildet ist und einen ringförmigen Ansatz --3-- trägt. Über den kegelstumpfförmigen Teil der Hülse 2 ist ein Innenring --4-- eines Wälzlagers geschoben, das Kugeln-5-und einen Aussenring-6-aufweist, wobei der Innenring-4-
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mit seiner Innenbohrung der kegeligen Gestalt der Hülse --2-- angepasst ist.
Im Ansatz --3-- sind im Winkel von 120 zueinander Gewindestifte --7-- untergebracht, die angezogen die Hülse auf der Welle --1-- sichern. Die Hülse --2-- besteht aus einem Polyamidkunststoff, der durch Glasfasern verstärkt ist und dessen Verarbeiten in Spritzmaschinen erfolgt, wobei die Gewindestifte --7-- bei der Herstellung mit eingespritzt werden. Ihre Länge entspricht genau der Wandstärke des Ringteiles
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Nach Fig. 3 entspricht die Ausbildung der Hülse den Fig. 1 und 2, zu ihrem Festklemmen läuft hier ein Schlitz --8-- der Länge nach durch, während eine tangential zur Welle angeordnete Gewindeschraube-9-mit Gegenmuttern-10-nach ihrem Anziehen die Hülse und das Wälzlager auf der Welle sichert.
Für viele Ausführungsformen genügt es, eine einteilige, ungeschlitzte Hülse, wie in Fig. l, aus glasfaserverstärktem Kunststoff über die Welle zu schieben, die einen Kegel mit einer Steigung von etwa 1 : 17 aufweist und damit selbstsperrend ist. Dabei wirken zwei Kraftkomponente zusammen, einmal der elastische Werkstoff der Hülse und der sie sperrende Kegel, wobei der Querschnitt der Hülse verhältnismässig dünnwandig sein kann. Für derartige Hülsen ist nach Fig. 4 eine zusätzliche Sicherung zum Festhalten des Lagers dadurch geschaffen, dass in die ausgeführte Hülse Sicherungsdrähte --11-- mit eingespritzt sind, deren hervorstehende Enden--12--nach dem Zusammenbau umgelegt werden und den Innenring --4-- zusätzlich zu den Gewindestiften--7--festlegen.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Spannhülse mit radial angeordneten Gewindestiften --7-- und axial angeordneten Gewindestiften--13--. Hier ist der ringförmige Ansatz--3a--an den sich verjüngenden Teil der Kegelhülse --2a-- angesetzt, die einen Teilschlitz--8a--aufweist.
Die Gewindestifte --13-- dienen nach ihrem Anziehen dazu, den Innenring --4-- des Kugellagers auf den kegeligen Teil der Hülse --2-- aufzupressen und damit einen festen Sitz des Lagers auf der Hülse und der Hülse gegen die Welle zu sichern. Die radialen Gewindestifte --7-- dienen wieder, wie bei der Ausführungsform nach Fig. l, zur Sicherung der Hülse gegen axiales Verschieben auf der Welle.
Der Schlitz --8a-- ermöglicht das Überschieben des Ringes --4-- über den grösseren Durchmesser des Kegels der Hülse--2--, bevor diese mit dem Ring--4--zusammen auf die Welle geschoben wird. Die Gewindestifte --7-- sichern nach Anziehen die Hülse --2a-- in ihrer vorgesehenen Lage.
In Fig. 6 ist eine gegenüber Fig. 5 abgewandelte Form der Hülse --2b-- dargestellt. Hier ist der ringförmige Ansatz --3b-- verhältnismässig klein gehalten und ein besonderer Ringteil --14-- trägt axiale Gewindestifte-13--, deren Aufgabe im übrigen die gleiche ist, wie in Fig. 5, nämlich durch ihr Anziehen den Innenring --4-- auf der Hülse --2b-- und diese auf der Welle festzulegen. Ein teilweise die Hülse --2b-- durchlaufender Längsschlitz --8a-- beginnt am Ansatz--3b--und ermöglicht es, den Ring--4--ûber den Ansatz--3b--zu schieben.
In Fig. 7 ist die Hülse --2a-- als Doppelkegel ausgebildet, indem an den sich verjüngenden Teil des Kegels ein kegelstumpfförmiger Teil --15-- angesetzt ist, dessen Steigung entgegengesetzt zur Steigung der Hülse --2a-- verläuft und der einen losen Ringteil --14a-- trägt, dessen Bohrung dem kegelstumpfförmigen Teil --15-- angepasst und der seinerseits mit radialen Gewindestiften--13-versehen ist. Hier ist ein durchgehender Längsschlitz --8-- vorgeschen.
In Fig. 8 ist der besondere Ringteil --14b-- als Überwurfmutter ausgebildet, die mit Gewinde auf dem Ringteil --3c-- der Hülse --2a-- verdreht werden kann und beim Anziehen über einen Blechring --16-- den Innenring --4-- auf den kegeligen Teil der Hülse --2a-- aufpresst und dessen festen Sitz auf der Hülse --2a-- und der Hülse auf der Welle sichert. Ein nach dem Anziehen der Mutter --14b-- umgebogener Zacken --17-- des Ringes --16-- dient zu deren Sicherung.
Die Steigung des Kegels der Hülse kann verschiedenartig gewählt werden. Bei einer Steigung von 1 : 17 ist der Kegel selbsthaltend und kann auf zusätzliche Sicherung verzichten, d. h. auch auf die Drähte --11-- der Fig. 4, während bei Spannhülsen die genormte Steigung 1 : 12 zur Verwendung kommt.
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