DE1158325B - Waelzlager, insbesondere Nadellager, sowie Verfahren zum Herstellen eines seiner Laufringe - Google Patents

Description

• Wälzlager, insbesondere Nadellager, sowie Verfahren zum Herstellen eines seiner Laufringe Die Erfindung bezieht sich auf ein Wälzlager, insbesondere Nadellager, und hat den Zweck, eine sehr genaue Zentrierung des drehbaren Teiles gegenüber dem Festteil und eine hohe Belastbarkeit des Wälzlagers zu ermöglichen. Nadellager eignen sich dazu ganz besonders, weil der im Vergleich zu Kugeln oder Rollen sehr kleine Durchmesser der Nadeln die Einführung einer großen Anzahl von Nadeln zwischen die Rollbahnen und damit eine Vervielfachung der Berührungspunkte ermöglicht.
• Das normale Spiel für die Herstellung, die Montage und den guten Halt im Betrieb eines Nadellagers beträgt einige hundertstel Millimeter. Dadurch läuft die Welle unrund, was für Geräte sehr hoher Präzision unzulässig ist. Für diese Verwendungen muß das Spiel völlig beseitigt oder mindestens auf einige Mikron reduziert werden, nämlich auf eine Genauigkeit einer zehnfach höheren Größenordnung und sogar darüber hinaus. Diese Genauigkeitserhöhung ist bereits in verschiedener Weise versucht worden.
• Ein Vorschlag besteht darin, nach der Montage den Außenring zusammenzuziehen oder den Innenring zu erweitern, um das Spiel über den ganzen Umfang hin zu vermindern, was praktisch nur mit Hilfe eines aufwendigen Werkzeuges ein für allemal und ohne Reguliermöglichkeit ausgeführt werden kann. Wärmedehnungen infolge von im Betrieb auftretenden Temperaturänderungen würden dann zu Spannungen führen, die das Lager bald außer Betrieb setzen.
• Ein anderer Vorschlag geht dahin, von einem Lager mit normalem Spiel auszugehen und den Außenring konzentrisch über mehr als 180° zusammenzuziehen, wobei es ihm überlassen bleibt, sich auf dem Rest des Umfanges zu ovalisieren. Diese Lösung, die in Wirklichkeit die gleichen Nachteile wie diejenigen der allgemeinen Zusammenziehung des Außenringes zeigt, ist mehr theoretisch als praktisch die Zusammenziehung eines Ringes gemäß einem Kreis von kleinerem Durchmesser auf etwas mehr als 180°, wobei der Rest des Ringes frei bleibt, was praktisch auf Grund der Eigenelastizität des Ringes unausführbar ist.
• Bei Gleitbuchsenlagern hat man schon vorgeschlagen, die Buchse radial nach innen gerichteten Kräften zu unterwerfen, um durch Verformung der Buchse Laufbereiche verminderten und Laufbereiche vergrößerten Spiels zu erreichen. Da diese Lager durch Gleiten anstatt durch Rollen arbeiten, erfordern sie einen Schmierölfilm, so daß die Herabsetzung des Spiels in der Größenordnung bis zu einigen Mikron ausgeschlossen erscheint. Wenn das Spiel auf einige Mikron in drei örtlichen Punkten vermindert wäre, so würde ein Abfließen des weichen, unter hohem Druck stehenden Lagerwerkstoffes und ein schneller Verschleiß eintreten. Wäre die Anfangsklemmung so groß, daß das Spiel um einige Mikron herabgesetzt wäre, so würde andererseits eine Unterbrechung des Ölfilmes und ein Fressen der Welle eintreten, oder die Vorsprünge des Lagers würden sehr schnell durch Abrieb oder Verschleiß beseitigt.
• Schaltet man nach einem anderen Vorschlag in das Lager eine Buchse ein, die so geformt ist, daß Laufbereiche verminderten und Laufbereiche vergrößerten Spiels entstehen, wobei die Buchse nur zwischen diesen Bereichen starr abgestützt ist, so daß die Buchse in den Bereichen verminderten Spiels radial elastisch bleibt, dann wird zwar eine geringere Erwärmung des Lagers beim Lauf erzielt, das Lager hat aber keine ausreichende Präzision, weil schon geringe Seitenkräfte genügen, um die eingeschaltete Buchse radial zu verformen. Es ist auch bereits ein Gleitbuchsenlager bekannt, dessen Buchse an vier über ihren Umfang verteilten Stellen unter Druck gefaßt ist, um ein Drehen der Buchse zu verhindern. Die dabei unvermeidlichen Verformungen der Gleitfläche dürfen wegen der erforderlichen Schmierfilmbildung über ein bestimmtes Maß nicht hinausgehen.
• Keiner der bisher bekannten Vorschläge hat zu einem Wälzlager geführt, das bei ständig genauester Zentrierung des drehbaren Teiles eine hohe Belastbarkeit des Lagers unter vertretbarer Erwärmung ermöglicht.
• Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das schon vor langer Zeit für Gleitbuchsenlager vorgeschlagene Prinzip bei Wälzlagern, insbesondere bei Nadellagern, unter Einhaltung bestimmter Bedingungen zu erheblichen Vorteilen führt. Die Erfindung besteht demgemäß in der Anwendung des bei Gleitlagern bekannten Prinzips der Verformung eines Laufringes zum Erzielen von mindestens zwei starr abgestützten Laufbereichen verminderten Spiels auf Radialwälzlager, insbesondere Nadellager, derart, daß die die Zentrierung bewirkenden Abschnitte der einzelnen Bereiche der Spielverminderung sich mindestens über den an der Laufbahn des verformten Ringes gemessenen Abstand zweier einander benachbarter Wälzkörper erstrecken.
• Da die Wälzkörper und die Rollbahnen bei Wälzlagern aus Stahl mit gehärteter Oberfläche hergestellt sind und die die Zentrierung bewirkenden Abschnitte der einzelnen Bereiche der Spielverminderung sich mindestens über den an der Laufbahn des verformten Ringes gemessenen Abstand benachbarter Wälzkörper erstrecken, gelingt es, eine dauernde Wellenzentrierung mit einer Präzision von der Größenordnung weniger Mikron herzustellen, und zwar ohne schädlichen Verschleiß und unzulässige Erwärmung, selbst wenn die Welle hohen Belastungen unterworfen ist und mit großer Geschwindigkeit umläuft. Entstehen unter der Wirkung ungleicher Ausdehnungen Spannungen in den Laufbereichen verminderten bzw. ganz aufgehobenen Spiels, sei es bei der Herstellung, durch Einstellen oder unter der Betriebslast, dann sind dort die Wälzkörper nur während eines kurzen Bruchteiles des Umlaufes diesen Spannungen ausgesetzt, während sie sich in den Laufbereichen vergrößerten Spiels wieder entspannen und abkühlen können. Da sich die die Zentrierung bewirkenden Abschnitte der einzelnen Bereiche der Spielverminderung über mindestens zwei einander benachbarte Wälzkörper erstrecken, ist ein vollkommen ruhiger Lauf des sich drehenden Teiles gewährleistet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die radiale Weite in den Bereichen der Spielverminderung etwas geringer als der Durchmesser der Wälzkörper, jedoch entspricht der sich ergebende Unterschied höchstens den durch Wärmeausdehnung der relativ zueinander beweglichen Laufringe bedingten Ungleichheiten.
• Beste Laufbedingungen werden erzielt, wenn die die Bereiche verminderten Spiels bildenden Flächen konzentrisch zueinander sind, weil dann eine größere Anzahl von Wälzkörpern zum Tragen kommt.
• Die Verformung eines der beiden Laufringe, um Laufbereiche verminderten und Laufbereiche vergrößerten Spiels zu erhalten, kann durch die Art der Einspannung des Laufringes in der Maschine erreicht bzw. eingestellt werden. Es kann aber auch der zu verformende Laufring vor seiner Verformung in der Maschine mechanisch vorbereitet werden, so daß die Stellen vergrößerten Spiels bereits vor dem Einbau angedeutet sind. Diese Vorbereitung kann beispielsweise dadurch vorgenommen werden, daß der in üblicher Weise erzeugte Laufring durch Einspannen an über den Umfang der Sitzbahn verteilten Stellen elastisch verformt, die Laufbahn des so verformten Laufringes rundgeschliffen wird und anschließend der Laufring durch Ausspannen in seine Ausgangslage vor dem Einspannen zurückkehrt. Ein derart vorbereiteter Laufring hat den Vorteil, daß er in der Maschine nur noch in geringerem Umfang verformt werden muß und daß die Laufbahnen in den Laufbereichen verminderten Spiels weitgehend konzentrisch zueinander liegen, so daß sich die Belastung der in diesen Laufbereichen laufenden Wälzkörper über eine größere Zahl von Wälzkörpern verteilen kann.
• In der Zeichnung ist die für alle Arten von Wälzlagern anwendbare Erfindung beispielsweise an Hand eines Nadellagers dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Lager mit durch Druckstücke in der Maschine verformten äußeren Laufring, Fig. 2 einen Querschnitt durch einen mittels Muffe verformten Laufring und Fig.3 eine Vorrichtung in schematischer Darstellung zum Vorbereiten eines in einer Maschine zu verformenden Laufringes eines Lagers.
• Der in Fig. 1 dargestellte äußere Laufring 1 eines Wälzlagers mit einer Vielzahl von Nadeln 2 ist innerhalb der Maschine von mehreren, beispielsweise drei über den Umfang verteilten Druckschrauben 3 erfaßt. Unter der Wirkung des durch die Schrauben ausgeübten Druckes ist der Ring 1 derart verformt, daß Bereiche verminderten Spiels und dazwischen Bereiche vergrößerten Spiels bestehen. Die die Zentrierung des inneren Laufringes 4 bewirkenden Abschnitte der einzelnen Bereiche der Spielverminderung erstrecken sich mindestens über den an der Laufbahn des verformten Ringes 1 gemessenen Abstand zweier einander benachbarter Wälzkörper.
• Der in Fig. 2 dargestellte äußere Laufring 5 ist außen mit einer Mehrzahl, beispielsweise drei über den Umfang gleichmäßig verteilten Erhöhungen 6 ausgerüstet, auf die eine geschlitzte Muffe 7 aufgeschoben ist. Beim Zusammendrücken der Muffe 7 entstehen durch Verformung des Laufringes 5 im Bereich der Erhöhungen 6 Bereiche verminderten Laufspiels für die Nadeln 8 und zwischen den Erhöhungen Bereiche vergrößerten Laufspiels.
• Um eine möglichst weitgehende Konzentrizität der Laufbahnen in den Bereichen verminderten Spiels zu erhalten, kann der in der Maschine zu verformende Laufring in der in Fig. 3 schematisch dargestellten Weise vorbereitet werden. Es sei angenommen, daß der Laufring 9 auf einer gewöhnlichen Schleifmaschine rund geschliffen wurde und mit vier Verformungsstellen versehen werden soll. Es wird dann der Laufring 9 von vier Klemmbacken 10 erfaßt und durch Druck dieser Klemmbacken elastisch verformt. Dann wird der Laufring 9 mit Hilfe eines Schleifwerkzeuges 11 innen rund geschliffen. Wird der Laufring 9 der Klemmvorrichtung entnommen, dann nimmt der Ring seine ursprüngliche Lage wieder ein, so daß die innere Laufbahn für vier Laufbereiche verminderten und vier Laufbereiche vergrößerten Spiels vorbereitet ist. In die Maschine eingebaut, kann dann der vorbereitete Laufring 9 durch Radialdruck in den Bereichen verminderten Spiels auf das endgültig gewünschte Spiel einreguliert werden.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Anwendung des bei Gleitlagern bekannten Prinzips der Verformung eines Laufringes zum Erzielen von mindestens zwei starr abgestützten Lautbereichen verminderten Spiels auf radiale Wälzlager, insbesondere Nadellager, derart, daß die die Zentrierung bewirkenden Abschnitte der einzelnen Bereiche der Spielverminderung sich mindestens über den an der Laufbahn des verformten Ringes gemessenen Abstand zweier einander benachbarter Wälzkörper erstrecken.
2. 2. Radialwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Weite in den Bereichen der Spielverminderung geringer ist als der Durchmesser der Wälzkörper (3), jedoch der sich ergebende Unterschied höchstens den durch Wärmeausdehnung der relativ zueinander beweglichen Laufringe bedingten Ungleichheiten entspricht.
3. 3. Radialwälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bereiche verminderten Spiels bildenden Flächen konzentrisch zueinander sind.
4. 4. Verfahren zum Herstellen eines Laufringes für Radialwälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in üblicher Weise erzeugte Laufring durch Einspannen an über den Umfang der Sitzbahn verteilten Stellen elastisch verspannt, die Laufbahn des so verspannten Laufringes rund geschliffen wird und anschließend der Laufring durch Ausspannen in seine Ausgangslage vor dem Einspannen zurückkehrt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 899 883, 886 677, 886 551, 711527, 593 582, 502 845, 464 6102, 363 532, 284 300, 232 758; schweizerische Patentschrift Nr. 218 955; USA.-Patentschriften Nr. 2 576 269, 2 487 343, 1978 707, 1965 293, 1386 255; britische Patentschrift Nr. 465 935.