DE1116481B

DE1116481B - Anordnung zur Verbindung von zwei mit Praezisionspassung ineinandergesteckten Bauteilen aus Werkstoffen, die unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten aufweisen

Info

Publication number: DE1116481B
Application number: DEA19853A
Authority: DE
Inventors: Louis Pierre Migny
Original assignee: ALUMINIUM FRANCAIS
Current assignee: ALUMINIUM FRANCAIS
Priority date: 1953-03-13
Filing date: 1954-03-12
Publication date: 1961-11-02
Also published as: CH318272A; US2700581A

Description

Anordnung zur Verbindung von zwei mit Präzisionspassung ineinandergesteckten Bauteilen aus Werkstoffen, die unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten aufweisen Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Verbindung von zwei mit Präzisionspassung ineinandergesteckten Bauteilen, von denen das äußere aus einem Werkstoff mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht als das eingesetzte Bauteil. Die Erfindung betrifft eine solche Anordnung, bei der zwischen dem äußeren und dem inneren Bauteil eine Zwischenlage eines Werkstoffes von solchem Ausdehnungskoeffizienten und von solcher ausgewählten Dicke eingebracht ist, daß ein gegenseitiger Ausgleich der durch Temperaturänderungen bewirkten ungleichmäßigen Dehnungen erfolgt und die ursprüngliche Passung im wesentlichen erhalten bleibt.
Es ist im allgemeinen unmöglich, zylindrische Bauteile aus Stahl mit hoher Genauigkeit in beispielsweise aus Aluminium- oder Magnesiumlegierungen bestehende Metallteile einzupassen, wenn Temperaturänderungen auftreten, die ein Mehrfaches von 10° C ausmachen. Einerseits unterscheiden sich die Ausdehnungskoeffizienten von Aluminiumlegierungen (20 bis 23. 10-$) bzw. von Magnesiumlegierungen (26 - 10-s) stark von den Ausdehnungskoeffizienten von Stählen (10 bis 14 - 10-8), und andererseits beträgt bereits die mögliche Änderung der Umgebungstemperatur nahezu 50° C; darüber hinaus sind zahlreiche Maschinen mit Rücksicht auf Temperaturänderungen konstruiert, die sich innerhalb eines großen Bereiches der geographischen Breite sowie der Höhe über dem Meeresspiegel ergeben.
Die durch diese Temperaturschwankungen verursachten Änderungen der Abmessungen von Bauteilen führen entweder bei den höchsten Temperaturen zu einem übermäßig großen Spiel oder bei den niedrigsten Temperaturen zu einem übermäßig festen Sitz; diese Erscheinungen sind mit der normalen Funktion der betreffenden Teile nicht vereinbar und können sogar deren Haltbarkeit beeinträchtigen.
Um diese Ausdehnungsunterschiede auszugleichen und die ursprüngliche Passung auch bei Temperaturwechsel zu erhalten, hat man bereits verschiedene Vorschläge gemacht.
In einem bekannten Fall ist man davon ausgegangen, daß man, wenn eine feste Passung eines Kugellagers in einem Leichtmetallgehäuse auch bei hohen Temperaturen erhalten bleiben soll, das Lager , ursprünglich unter sehr hoher Vorspannung in das Gehäuse einpressen muß. Die daher auftretenden Spannungen können aber in der Regel von dem Leichtmetallgehäuse nicht aufgenommen werden, vielmehr bilden sich Risse od. dgl. Zur Lösung dieses Problems wird bei der bekannten Anordnung auf den Außenring des Lagers ein Verstärkungsring aufgebracht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient sich demjenigen des Gehäuses nähert und auf jeden Fall größer als der des Lagerwerkstoffes ist. Der Außenring des Lagers wird daher mit einem solchen Übermaß in den Verstärkungsring eingebaut, daß in ihm eine elastische Spannung entsteht, welche die Wirkung des Unterschiedes der Ausdehnungskoeffizient beider Werkstoffe ausgleicht. Diese Spannung soll auch bei ungünstigen Betriebsverhältnissen ein Lockern der Passung verhindern. Als Werkstoff für den Verstärkungsring wird Duraluminium vorgeschlagen. Bei dieser bekannten Anordnung wird also das Gehäuse dadurch entlastet, daß die Spannungen beim Einbau des Lagers vorwiegend durch den Verstärkungsring aufgenommen werden.
Bei einer anderen bekannten Anordnung wurde für den Verstärkungsring ein Material, beispielsweise Invar, mit einem Ausdehnungskoeffizienten wesentlich kleiner als diejenige des Gehäuses und des Wälzlagers gewählt. Durch entsprechende Wahl der Dicke des Verstärkungsringes in bezug auf die jeweilige Dicke des umgebenden Gehäuses wurde ein Ausgleich zwischen den unterschiedlichen Dehnungen bei Temperaturänderungen erzielt.
Bei einem ähnlichen Problem, wie das hier vorliegende, bei dem es darum ging, das Lagerspiel zwischen den Elementen eines Wälzlagers auch bei erhöhten Temperaturen konstant zu halten, hat man. auf den Außenring des Wälzlagers einen Verstärkungsring aus einem Material wie Bronze mit größerem Ausdehnungskoeffizienten als Stahl aufgeschrumpft.
All diesen bekannten Anordnungen ist gemeinsam, daß die Bohrung im Gehäuse wesentlich größer gehalten werden müß als bei einem in normalerweise ohne Verstärkungsring eingebauten Lager. Weiterhin besitzen die Lager im eingebauten Zustand und bei normalen Temperaturen bereits eine erhebliche Vorspannung, die sich bei tieferen Temperaturen noch verstärkt und die Laufeigenschaften des Walzlagers beeinträchtigt. Darüber hinaus ist die Anfertigung derartiger Anordnungen erheblich aufwendiger als bei normalen Lagern, da nicht nur die Lagereinheit mit der Gehäuseausnehmung, sondern auch das eigentliche Lager und der Verstärkungsring jeweils eine genaue Passung besitzen müssen. Wegen des merklich erhöhten Raumbedarfs für das Lager muß das Gehäuse in der Umgebung der Lagerstelle entsprechend größer und stärker als üblicherweise gehalten werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung mit Präzisionspassung der oben bezeichneten Art zu schaffen, deren Herstellung einfach ist und die unter Verwendung üblicher Bauteile ohne wesentlich größeren Raumbedarf die Erhaltung der ursprünglichen Passung über einen großen Temperaturbereich ohne zusätzliche Vorspannung der Bauteile bei normalen Temperaturen gewährleistet.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die zwischen dem äußeren und dem einzupassenden Bauteil eingebrachte Zwischenlage aus einem plastischen Werkstoff, z. B. einem Polyamid besteht, der einen erheblich größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und einen erheblich kleineren Elastizitätsmudul als der Werkstoff des Gehäuses aufweist, nämlich einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 50 - 10-6 und 150 - 10-6 und einen Elastizitätsmodul von höchstens 700 kg/mm- und eine Druckelastizitätsgrenze von über 2 kg/mm=.
Die Zwischenschaltung einer Zwischenlage aus einem Kunststoff zwischen den Bauteilen eines Lagers ist an sich bekannt. Die Verwendung einer solchen Zwischenlage dient bei den bekannten Fällen aber anderen Aufgaben als im vorliegenden Fall. Bei einer bekannten Gattung von Anordnungen dieser Art ist zwischen dem äußeren Laufring eines Wälzlagers und dem Gehäuse oder zwischen dem inneren Laufring und der Welle ein Ring aus einem elastisch zusammenpreßbaren Material, wie natürlichem oder künstlichem Gummi, angeordnet. Diese elastische Zwischenlage hat hier den Zweck, Unregelmäßigkeiten bei der Herstellung der Passung auszugleichen und ein selbsttätiges Ausrichten der Welle nach der tatsächlichen Drehachse zu gestatten. Beim Herstellen solcher elastischen Lager, die auch zum Dämpfen von Stößen und Geräuschen dienen, hat man neben synthetischem Gummi auch schon die Verwendung von elastischen Kunststoffen wie Polypren, Thiokol oder Perbunan vorgeschlagen. In allen diesen Fällen dient die Zwischenlage dazu, in Fällen mit geringeren Anforderungen an die Passung, die Herstellung durch die die vorhandenen Unregelmäßigkeiten oder Ungenauigkeiten ausgleichende Elastizität der Zwischenlage zu vereinfachen. Im Gegensatz dazu handelt es sich bei der Anordnung gemäß der Erfindung darum, die anfänglich große Präzision der Passung auch bei großen Temperaturschwankungen möglichst unverändert aufrechtzuerhalten. Es leuchtet ohne weiteres ein, daß die in den bekannten Fällen verwendeten Zwischenlagen aus gummielastischen Werkstoffen für die Herstellung von Präzisionspassungen nicht geeignet sind.
Es wurden weiterhin bereits Kunststoffe auf der Basis der Phenole oder Amide bei Gleitlagern und zwar als eigentliche Lauffläche verwendet. In einem bekannten Fall hat man zur Vermeidung von unerwünschten Wärmestauungen in dem schlecht wärmeleitenden Kunststoff zwischen die Kunststofflauffläche und die eigentliche Stahllagerschale eine Stützschale aus einer Magnesiumlegierung zwischengeschaltet. Diese Stützschale mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen dem des Stahls und des Kunststoffes, dient zum Ausgleich der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen. Es handelt sich hier also um eine andere Problemstellung und dementsprechend um eine andere Lösung als bei der Erfindung. Denn während bei dieser bekannten Anordnung zum Schutze der Lauffläche aus Kunststoff eine zwischengeschaltete Leichtmetallage dient, die für eine raschere Wärmeabfuhr sorgt, wird bei der Erfindung eine Präzisionspassung zwischen beispielsweise einem Bauteil aus Stahl und einem Gehäuse aus Leichtmetall durch Zwischenschaltung einer Kunststofflage mit ganz bestimmten Eigenschaften erhalten.
Die neue Zwischenlage gemäß der Erfindung für Anordnungen mit Präzisionspassung läßt sich in sehr einfacher Weise herstellen und anbringen. Sie stellt nicht einen Verstärkungsring od. dgl. wie bei den bekannten Anordnungen mit Präzisionspassung dar, welche die unterschiedlichen Ausdehnungen von Bauteil und Gehäuse durch beim Einbringen erzeugte latente Spannungen ausgleicht. Vielmehr erfolgt der Ausgleich bei der neuen Anordnung im wesentlichen durch die raschere Ausdehnung der Zwischenlage. Die Dicke der Zwischenlage ist gegenüber der Dicke der bekannten Verstärkungsringe außerordentlich gering, so daß man praktisch mit den für normale Lager üblichen Abmessungen von Bauteil und Gehäuse auskommt. Die Herstellung der neuen Anordnung ist nicht wesentlich aufwendiger als bei üblichen Anordnungen ohne kompensierende Zwischenlagen, da nur die Toleranz zwischen der Zwischenlage und entweder dem Gehäuse oder dem Bauteil genau beachtet werden müssen, während bei den bekannten Verstärkungsringen beide Toleranzen berücksichtigt werden müssen. Ein weiterer Vorteil gegenüber den bekannten Anordnungen mit Präzisionspassung besteht darin, daß die neue Zwischenlage zugleich Stöße und Schwingungen dämpft und damit noch auf diese Weise ein Lockern der Präzisionspassung verhindert und die Lebensdauer der Anordnung wesentlich erhöht.
Die Zwischenlage kann entweder in der Ausnehmung in dem Gehäuse oder auf der Außenfläche des eingepaßten Bauteils durch Kleben oder durch die eigene Elastizität oder auf andere Weise gehalten sein. Durch entsprechende Wahl der Dicke der Zwischenlage in bezug auf die Abmessungen des Gehäuses oder des Bauteils, kann dann dafür gesorgt werden, daß im ersten Fall die Passung zwischen Zwischenlage und Bauteil bzw. im zweiten Fall die Passung zwischen Zwischenlage und Gehäuse auch bei großem Temperaturwechsel unverändert erhalten bleibt: Die Bedingungen für das mechanische Gleichgewicht bei drei konzentrischen Teilen, bei denen der eingelegte Zwischenring keine Unterbrechung aufweist, wurden unter Vernachlässigung von parallel zur Ringachse wirkenden Spannungen auf mathematischem Wege untersucht. In der nachfolgenden Untersuchung sind die zu dem inneren Bauteil aus Stahl gehörenden Kurzzeichen mit dem Index 0 versehen; während die für den Zwischenring geltenden Kurzzeichen keinen Index tragen, sind die Kurzzeichen für das außenliegende Gehäuse mit dem Index 1 versehen.

Es bezeichnen

D0, D, Dl die betreffenden Außendurchmesser,

do, d, dl die betreffenden Innendurchmesser,

a0, a, a1 die betreffenden linearen Wärmeaus-

dehnungskoeffizienten,

Eo, E, El die betreffenden Werte des Elastizitäts-

moduls,

MO' m, ml die betreffenden Poissonschen Zahlen

und

Qo, Q, Q1 den betreffenden Wert des Dimensions-

moduls,

Es hat sich gezeigt, daß die weiter oben für das erste Verfahren aufgestellte Bedingung durch nachstehende Gleichung erfüllt wird: Ferner hat es sich gezeigt, daß die weiter oben für das zweite Verfahren aufgestellte Bedingung durch folgende Gleichung erfüllt wird: An Hand dieser Berechnung kann man auch theoretisch leicht nachprüfen, daß mit der neuen Zwischenlage gemäß der Erfindung eine ausgezeichnete Kompensation der unterschiedlichen Dehnungen von Gehäuse und Bauteil erreicht wird.

Unter diesen Bedingungen wählt man das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser des Zwischenringes vorzugsweise zwischen 1,02 und 1,30.
Es hat sich gezeigt; daß sich als Werkstoff für den Zwischenring im Hinblick auf das bisher Gesagte Ebonit bzw. Hartgummi eignet und daß sich zahlreiche weitere Kunststoffe verwenden lassen, von denen sich Polyamide und die unter dem Handelsnamen Nylon erhältlichen Kunststoffe für diesen Zweck besonders gut eignen. Die Wahl des zu verwendenden Materials richtet sich auch noch nach anderen Gesichtspunkten, z. B. nach ihrem Verhalten in Gegenwart von Schmierölen, Kohlenwasserstoffen oder wäßrigen Erzeugnissen, nach den in Frage kommenden Temperaturbereichen usw. Insbesondere scheiden, wie bereits erwähnt, Gummi oder gummiähnliche Stoffe für die Zwecke der Erfindung selbstverständlich aus, da sie sich für Präzisionspassungen nicht eignen. Einen besonders interessanten Anwendungsfall der Erfindung bildet der Einbau von Kugellagern in die Gehäuse von Motoren oder anderen Maschinen; weiter unten wird ein derartiges Anwendungsbeispiel beschrieben. Es liegt jedoch auf der Hand, daß sich das Verfahren in jedem Falle anwenden läßt, in dem es erwünscht ist, eine schädliche Ausdehnung auszugleichen, um eine genauere Passung zu erzielen, wie es z. B. bei Kolben von hydraulischen Pumpen oder ähnlichen Einrichtungen sowie bei Kolben für die Kraftstoffeinspritzpurnpen von Wärmekraftmaschinen usw. und insbesondere auch in der Meßtechnik in Frage kommt.
Beider Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Zwischenring durch Gießen oder Spritzen innerhalb des Gehäuses an Ort und Stelle erzeugt werden; man kann ihn jedoch auch getrennt mit geeigneten Stirn- bzw. Seitenabmessungen herstellen. Im letzteren Falle kann man dem Ring in seitlicher Richtung eine Abmessung geben, die etwas größer ist als die Abmessung der Ausnehmung, in die er passen soll, und den Ring in diese Ausnehmung einpressen. Ferner kann man den Ring mittels Klebstoff befestigen oder ihn durch Hammerschläge oder durch ein beliebiges anderes Verfahren, das zu einer innigen Verbindung führt, einbringen.
Es ist ferner möglich, diese nichtklemmenden Ringe in einfacher oder zusammengesetzter Form getrennt herzustellen, wobei man im letzteren Falle eine Anordnung verwendet, die einen dünnen Innenring aus Stahl und erforderlichenfalls einen dünnen Außenring umfaßt, der aus dem gleichen Material besteht wie das Gehäuse, in das der nichtklemmende Ring eingesetzt werden soll.
Es wird darauf hingewiesen, daß für die Unteransprüche Schutz nur im Zusammenhang mit dem Hauptanspruch begehrt wird.
Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 und 2 zeigen Schnitte durch zwei verschiedene Ausführungsformen der Erfindung in ihrer Anwendung auf den Einbau von Kugellagern in Gehäuse aus Leichtmetall in zerlegtem Zustand; Fig.3 ist ein Schnitt längs einer radialen Ebene durch eine besondere Ausführungsform eines nichtklemmenden Ringes gemäß der Erfindung; Fig.4 zeigt ebenfalls einen längs einer radialen Ebene geführten Schnitt durch den gleichen Ring, der hier in eine Ausnehmung eines Gehäuses eingesetzt ist; Fig. S zeigt einen Schnitt durch ein Kugellager längs einer radialen Ebene, wobei der Außenring des Kugellagers als nichtklemmender Ring gemäß der in den Fig. 3 und 4 dargestellten besonderen Ausführungsform der Erfindung ausgeführt ist; Fig. 6 gibt eine graphische Darstellung wieder, die zur Erläuterung der Erfindung dient.
In den verschiedenen Figuren sind gleiche bzw. gleichwertige Bauteile jeweils durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Gemäß Fig. 1 weist eine mit 1 bezeichnete Kugellageranordnung einen Ring bzw. eine Zwischenlage 2 aus einem Kunststoff auf, die in einer am Umfang des äußeren Laufringes 1ƒ vorgesehenen Ausnehmung liegt und in ihr festgehalten wird. Baut man diese Kugellagcranordnung in die Bohrung 5 eines Gehäuses 4 aus Leichtmetall ein und paßt man die Bauteile gemäß dem Vorangegangenen in geeigneter Weise zusammen, bleibt die Passung trotz ungleicher Ausdehnungsverhältnisse unter allen Betriebsbedingungen der Anordnung erhalten. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind die einzelnen Teile in der gleichen Reihenfolge angeordnet, jedoch ist der Ring 2 aus Kunststoff als Ausfütterung an der Innenwand der Bohrung 5 des Gehäuses 4 befestigt.
Bekanntlich tritt bei Kunststoffen auf Polyamidbasis mit steigender Temperatur eine progressive Verringerung der Elastizitätseigenschaften auf, und das Material zeigt eine Erscheinung des »festen Fließens«, bei der sich die Dicke im Verhältnis zu anderen Abmessungen verändern kann; ein derartiges Fließen tritt jedoch in merklichem Umfang erst bei Temperaturen oberhalb 100° C auf, d. h. bei einer Temperatur, die bei den meisten mechanischen Einrichtungen während des normalen Betriebes im allgemeinen nicht erreicht wird, die jedoch in manchen Fällen zufällig überschritten werden kann. Diesem Nachteil kann man mit einer abgewandelten Ausführungsform der Anordnung gemäß der Erfindung begegnen.
In Fig. 6 ist die Beziehung zwischen der Temperatur und der Änderung der Passung in Form von Schaulinien dargestellt; diese Schaulinien ergaben sich aus Untersuchungen, bei denen ein Kugellager üblicher Ausführung mit einem grundsätzlich ähnlichen, jedoch gemäß der Erfindung abgeänderten Kugellager verglichen wurde, wobei beide Lager mit Preßsitz in ein Gehäuse aus Aluminiumlegierung eingebaut waren. Die bei diesen Versuchen verwendete, gemäß der Erfindung ausgeführte Zwischenlage ist in Fig. 3 dargestellt; sie besteht aus einem gesonderten Stahlring 11, der an seinem Umfang eine Ausnehmung 12 aufweist, in die eine Zwischenlage 2, die z. B. aus einem Kunststoff auf Polyamidbasis besteht, eingegossen bzw. (warm) eingespritzt ist. Die Ausnehmung 12 ist auf beiden Seiten durch Schultern 13 begrenzt, und am Boden der Ausnehmung sind feine, in Umfangsrichtung verlaufende Rillen 14 ausgebildet, die im rechten Teil der Ausnehmung (Fig. 3) jeweils auf der linken Seite eine ebene ringförmige Stützfläche 15 aufweisen, während die Rillen im linken Teil der Ausnehmung jeweils an der rechten Seite entsprechende Stützflächen 16 besitzen. Die Zwischenlage 2 ist an der Außenseite durch eine zylindrische Fläche mit dem Durchmesser D begrenzt, wobei der Durchmesser D etwas größer ist als der Außendurchmesser D., der seitlichen Schultern 13 des stählernen Ringes. Die zu wählende Gesamtdicke cl der Zwischenlage richtet sich nach dem Ausdehnungskoeffizienten a der Zwischenlage, dem Ausdehnungskoeffizienten a. des Stahls und dem Ausdehnungskoeffizienten a1 des Gehäusewerkstoffs. Maßgebend für die Zahl und die Abmessungen der Rillen 14 ist die Bedingung, daß der Gesamtinhalt der Stützflächen 15 bzw. der inhaltsgleichen Stützflächen 16 wesentlich größer sein muß als der ringförmige Querschnitt der Zwischenlage im mittleren Teil, der in Fig. 3 durch das Dickenmaß ei bezeichnet ist.
Wenn man den Ring in der in Fig. 4 dargestellten Weise mit Preßsitz oder mit Gleitsitz in das Gehäuse 4 aus Leichtmetall einbaut, ist es erforderlich, daß sich der Innendurchmesser D1 der Gehäusebohrung um einen Betrag von dem Außendurchmesser Dz der seitlichen Schultern 13 des Stahlringes 11 unterscheidet, der ausreicht, um zu verhindern, daß die beiden Bauteile bei der niedrigsten Betriebstemperatur der Anordnung und unter Berücksichtigung des Unterschiedes (a,-a.) der Ausdehnungskoeffizienten miteinander in Berührung kommen. Dieser Durchmesserunterschied ist jedoch sehr gering, und wie man in den Fig. 3 bis 5 erkennt, ist das Material des Zwischenringes mit Ausnahme der Seitenflächen vollständig von Metall umschlossen; an den Seiten liegt jeweils eine ringförmige Fläche frei, deren Breite i im allgemeinen nur einen Bruchteil eines Millimeters beträgt. In der Praxis wird die Breite i infolge der Fertigungstoleranzen im allgemeinen zwischen 0,0005 und 0,0015 D liegen. Sollte die Temperatur so hoch werden, daß die Gefahr besteht, daß die Erscheinung des festen Fließens auftritt, würden für ein tatsächliches Ausfließen des Materials durch derart kleine Öffnungen Drücke erforderlich sein, die unverhältnismäßig größer sind als die in der Praxis auftretenden Drücke; infolgedessen wird das Material in dem dafür vorgesehenen Raum festgehalten, wodurch die erste der obengenannten Schwierigkeiten behoben ist.
Wenn man die Zwischenlage gemäß der Erfindung durch Eingießen bzw. Einspritzen in erhitztem Zustand aufbringt, tritt bei der Abkühlung des Materials eine Kontraktion auf, die erheblich größer ist als die Kontraktion des Stahls, da das Material der Zwischenlage eigens mit Rücksicht auf seinen sehr hohen Ausdehnungskoeffizienten ausgewählt wurde. Infolgedessen unterliegt das Zwischenlagematerial bei der Betriebstemperatur einer elastischen Ausdehnung sowohl in Umfangsrichtung, da hier eine Schrumpfwirkung auftritt, als auch in axialer Richtung, da das Material durch die Stützflächen 15 und 16 festgehalten wird.
Diese doppelte Ausdehnung, die sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, ruft eine proportionale Verformung in radialer Richtung hervor, die sich zu der linearen Ausdehnung des Materials in dieser Richtung addiert. Daraus ergibt sich, daß, wenn man auf Grund des absichtlich gewählten großen Unterschiedes zwischen den Ausdehnungskoeffi= ziepten a und a. die Wirkung der Poissonschen Zahl vernachlässigt, praktisch der gesamte kubische Ausdehnungskoeffizient 3 a in radialer Richtung wirksam wird. Dies beruht auf der Tatsache, daß die Ausdehnung des Materials in Richtung der beiden anderen Abmessungen auf den kleinen Wert bzw. Betrag a. des Stahls beschränkt ist. Diese erhebliche Steigerung der Ausdehnung in radialer Richtung ermöglicht es, mit einer sehr dünnen Schicht der Zwischenlage auszukommen, so daß auch der zusätzliche Stahlring nur eine sehr geringe Stärke zu besitzen braucht und den Raumbedarf der Anordnung gemäß der Erfindung geringfügig vergrößert.
Es hat sich gezeigt, daß bei einem Polyamid-Kunststoff ein Wert des Dickenmaßes e zwischen 0,012 und 0,018 D ausreicht, wenn es sich um Gehäuse aus Aluminiumlegierung handelt, während bei Gehäusen aus Magnesiumlegierung ein Wert zwischen 0,016 und 0,025 D ausreicht. Diese geringe Dicke ermöglicht es, den Gesamtraumbedarf des Ringes herabzusetzen. Außerdem ist diese Dicke so gering, daß es dann, wenn man den äußeren Laufring eines Kugellagers (Fig. 5), eines Rollenlagers oder eines Nadellagers entsprechend der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ausbildet, möglich ist, die gesamte Kunststoffmenge innerhalb der normalen Dicke des stählernen Laufrings unterzubringen, so daß sich der genormte Außendurchmesser D nicht vergrößert und daß es nicht erforderlich ist, in dem Gehäuse eine Bohrung größeren Durchmessers vorzusehen.
Die in Fig. 6 wiedergegebenen Schaulinien beruhen auf der Messung der bei verschiedenen Temperaturen entstehenden Verformung von Ringen aus der unter der Bezeichnung »Alloy Y« erhältlichen Aluminiumlegierung mit etwa 4,1/o Kupfer, 211/o Nickel und 1,5019 Magnesium, in die erstens ein handelsübliches Rollenlager (Schaulinie A) und zweitens ein Rollenlager der gleichen Ausführung eingepreßt worden war, das an der Außenseite als nichtklemmender Ring gemäß der Erfindung ausgebildet worden war; im letzteren Falle wurde auf der Außenseite des Lagers eine graphitierte Auflage aus dem unter der Bezeichnung »Rilsan« erhältlichen Material mit einer Dicke e von 0,014 D vorgesehen; für dieses Lager gilt die Schaulinie B. Bei beiden Lagern betrug der Außendurchmesser 85 mm, und bei dem gemäß der Erfindung abgeänderten Lager waren auf dem Boden der Ausnehmung zu beiden Seiten je sieben Rillen von 0,2 mm Tiefe vorgesehen.
Wie aus Fig. 6 ohne weiteres hervorgeht, blieb bei dem gemäß der Erfindung mit einer Zwischenlage versehenen Lager die Passung gegenüber dem Gehäuse innerhalb eines großen Temperaturbereiches im wesentlichen unverändert (Schaulinie B). Im Gegensatz hierzu änderte sich die Passung bei dem gewöhnlichen Lager in erheblichem Ausmaß (Schaulinie A).
Die Schaulinie B läßt erkennen, daß im vorliegenden Falle zwar kein vollständiger Ausgleich für die Ausdehnung erzielt wurde, daß sich jedoch die Änderungen der Passung im Bereich von -20 bis -I-80° C innerhalb der Passungstoleranzen für Bauteile gemäß der DIN-Norm (7151) IT-2 halten. Die Passung ist bei derartigen Teilen somit trotz der Temperaturschwankungen sehr genau.
Das obenerwähnte als »Rilsan« bezeichnete Auflagematerial besteht aus einem Polyamidabkömmling der Rizinolsäure. Der unter der Bezeichnung »Nylon« erhältliche Kunststoff kann ebenfalls verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zur Verbindung von zwei mit Präzisionspassung ineinandergesteckten Bauteilen, von denen das äußere aus einem Werkstoff mit höherem Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht als das eingesetzte zylindrische Bauteil und bei der zwischen dem äußeren und dem inneren Bauteil eine ringförmige Zwischenlage aus einem Werkstoff von solchem Ausdehnungskoeffizienten und von solcher ausgewählten Dicke eingebracht ist, daß ein gegenseitiger Ausgleich der durch Temperaturänderungenbewirktenungleichmäßigen Dehnungen erfolgt und die ursprüngliche Passung im wesentlichen erhalten bleibt, insbesondere Lagerung des Außenringes eines Wälzlagers in einem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem äußeren (4) und dem inneren Bauteil (10, 11) eingebrachte Zwischenlage (2) aus einem plastischen Werkstoff, z. B. einem Polyamid, besteht, der einen erheblich größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und einen erheblich kleineren Elastizitätsmodul als der Werkstoff des äußeren Bauteils (4) aufweist, nämlich einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 50 - 10-o und 150 -10-6, einen Elastizitätsmodul von höchstens 700 kg/mm2 und eine Druckelastizitätsgrenze von über 2 kg/mm2.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesserund demInnendurchmesser der ringförmigen Zwischenlage (2) 1,02 bis 1,3 beträgt.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere zylindrische Bauteil ein Stahlring (11) ist, der an der Außenseite eine in Umfangsrichtung verlaufende Ausnehmung (12) aufweist, und daß die Zwischenlage (2) aus dem plastischen Werkstoff bis auf einen geringen Überstand in dieser Ausnehmung angeordnet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen seitlichen Schultern (13) der Ausnehmung (12) am Grund der Ausnehmung Rillen (14) vorgesehen sind, welche mindestens je eine etwa senkrecht zur Achse verlaufende Begrenzungsfläche (15, 16) aufweisen, welche bezüglich der Mitte der Nut in entgegengesetzte Richtungen weisen.
5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, bei der das innere zylindrische Bauteil ein Wälzlager ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (12) für die Zwischenlage (2) unmittelbar in dem Außenlaufring (10) des Wälzlagers (1) vorgesehen ist.
6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, bei der das äußere Bauteil ein Gehäuse aus einer Aluminiumlegierung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (2) aus einem Kunststoff auf Polyamidbasis besteht und eine Dicke aufweist, die zwischen dem 0,012- und dem 0;018fachen seines Außendurchmessers liegt.
7. Anordnung nach Ansprach 1 bis 5, bei der das äußere Bauteil ein Gehäuse aus einer Magnesiumlegierung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (2) aus einem Kunststoff auf Polyamidbasis besteht und eine Dicke aufweist, die zwischen dem 0,016- und dem 0,025fachen seines Außendurchmessers liegt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 722155, 851575; USA.-Patentschriften Nr. 2 295139, 2 324 676, 2 476 982, 2 534142, 2 543 647.