DE1160648B

DE1160648B - Verfahren zum Herstellen der Leichtmetall-Tragringe von Kugellagern mit staehlernen, sich auf die Tragringe stuetzenden Laufringen und danach hergestellte Kugellager

Info

Publication number: DE1160648B
Application number: DEE18632A
Authority: DE
Inventors: Heinz Poehler; Wolfgang Schmude
Original assignee: Eisenwerk Rothe Erde GmbH
Current assignee: Eisenwerk Rothe Erde GmbH
Priority date: 1959-12-12
Filing date: 1959-12-12
Publication date: 1964-01-02
Also published as: US3141230A

Description

Verfahren zum Herstellen der Leichtmetall-Tragringe von Kugellagern mit stählernen, sich auf die Tragringe stützenden Laufringen und danach hergestellte Kugellager Die Erfindung bezieht sich auf Kugellager größeren Durchmessers mit stählernen, nicht eigensteifen Laufringen, insbesondere aus Draht. Bei solchen Lagern stützen sich die örtlich durch die Kugeln hochbelasteten Laufringe mit ihrem Rücken an Tragringen ab. Die Tragringe erhalten vor allem bei Laufringen aus Draht (Drahtkugellager) hohe spezifische Belastungen. Sie wurden daher aus Stahl hergestellt.
Die Erfindung bezweckt, für die Kugellager der genannten Art Leichtmetall-Tragringe zu verwenden, um ein leichtes Lager großen Durchmessers zu schaffen.
Gemäß der Erfindung wird für die Tragringe eine Aluminium-Knetlegierung, insbesondere die Legierung AI-Zn-Mg-Cu 0,5 verwendet. Die gesamte Oberfläche des aus diesem Werkstoff bestehenden vergüteten Tragring-Rohlings wird vor dem Aushärten auf einen rundum gleichen Querschnitt vorgedreht. Der vorgedrehte Rohling wird, ebenfalls vor dem Aushärten, durch Einwirkung rein radial gerichteter Spreizkräfte im Durchmesser so weit vergrößert, bis durch eine bleibende Verformung des Tragring-Rohlings an allen Stellen des Umfanges eine Entspannung stattfindet.
Ringe aus genannter Leichtmetallegierung sind bekannt. Sie wurden nach dem Vergüten fertigbearbeitet. Dabei wurden stellenweise innere Spannungen frei, so daß solche Ringe durch auftretende Unrundheiten und Maßveränderungen für den engen Toleranzbereich der Kugellager, auf die sich die Erfindung bezieht, nicht brauchbar waren. Ferner ist es nicht neu, stählerne Ringe durch Einwirkung rein radial wirkender spreizender Kräfte insgesamt zu entspannen, aber solche Spreizverfahren fanden bei den hochfesten Leichtmetallegierungen der genannten Art bisher keine Anwendung, weil dieses Material sehr kerbempfindlich ist.
Erst durch sorgfältiges Spreizen über die ß0,2 Grenze hinaus wurden brauchbare Ergebnisse erzielt. Bei weniger festen Leichtmetallegierungen ist es bekannt, Durchmesservcrgrößerungen durch Aufdornen zu erzielen. Beim Aufdornen entstehen aber keine rein radial wirkenden Kräfte, so daß beim Aufdornen keine zuverlässige Entspannungswirkung besteht.
In Weiterbildung des Verfahrens, ein Leichtmetall-Kugellager der bezeichneten Art zu schaffen, sieht die Erfindung bauliche Maßnahmen vor, die die unterschiedlichen Dehnungen bei betrieblicher Erwärmung von in stählernen Gehäusen eingebauten Lagern mit Leichtmetall-Tragringen berücksichtigen. Diese Maßnahmen sind an Ausführungsbeispielen beschrieben. In der Zeichnung ist die Erfindung an Beispielen erläutert. Es zeigt im Querschnitt F i g. 1 ein zweireihiges Drahtkugellager mit Leichtmetall-Tragringen, F i g. 2 eine mechanisch wirkende Spreizvorrichtung, F i g. 3 eine hydraulisch wirkende Spreizvorrichtung, F i g. 4 ein Drahtkugellager nach F i g. 1, eingebaut in einem Paar stählerner Ringe, F i g. 5 ein einreihiges Drahtkugellager mit Leichtmetall-Tragringen, eingebaut in einem Paar stählerner Ringe.
Das Lager nach F i g. 1 unterscheidet sich in der Form und in der Tragfähigkeit nicht von dem bekannten Lager, dessen Tragringe aus Stahl bestehen. Bei dem Lager nach F i g. 1 ist 1 der innere Tragring mit liegend T-förmigem Querschnitt, 2 der äußere obere Tragring und 3 der äußere untere Tragring. Die Lagerkugeln 4 laufen auf je vier Drahtringen 5 und sind in Kugelkäfigen 6 geführt.
Aus einer Aluminium-Knetlegierung, z. B. der Legierung Al - Zn - Mg - Cu 0,5 wird ein Ring-Rohling 7 oder 8 hergestellt. Der Rohling 7 bezieht sich auf den Fertigring 2 oder 3, der Rohling 8 auf den Fertigring 1. Zur Herstellung des Rohlings wird eine Platine aufgedornt und zu einem nahtlosen Ring ausgewalzt. Statt dessen kann auch Stangenmaterial auf Länge geschnitten, rundgebogen und stumpfgeschweißt werden. Der Rohling wird in bei Leichtmetallteilen bekannter Weise vergütet und alsdann auf die Querschnitte nach F i g. 2 bzw. 3 vorgedreht. Es ist wesentlich, daß die Querschnitte eine solche Form besitzen, daß keine inneren Verbiegungen beim Entspannen auftreten können. Das weitere Verfahren richtet sich nach der Art der jetzt zur Entspannung des Rohlings einsetzenden Spreizvorrichtung. Es wird bemerkt, daß es an sich bekannt ist, einen Leichtmetallstab durch Streckung zu entspannen. Nicht bekannt dürfte dieser Vorgang bei Ringen sein.
Eine mechanisch wirkende Spreizvorrichtung besteht nach F i g. 2 aus einem Tisch 9, einem Spreizkonus 10 aus einer Anzahl auf einem Kreis eng nebeneinander angeordneter Spreizsegmente 11 und gegebenenfalls aus einer Haube 12. Der Spreizkonus 10 kann in Antriebsverbindung mit einem beispielsweise hydraulisch betriebenen Kolben oder mit dem Stößel einer Exzenterpresse stehen. Führt der Spreizkonus 10 eine Bewegung in Pfeilrichtung aus, so erfährt der Ring 7 eine Durchmesservergrößerung. Die Durchmesservergrößerung wird so weit getrieben, bis durch eine bleibende Verformung des Leichtmetalles an allen Stellen eine Entspannung stattfindet. An die Stelle des Ringes 7 kann auch ein Ring treten, der den Querschnitt des Ringes 8 besitzt.
Eine hydraulisch wirkende Spreizvorrichtung besteht nach F i g. 3 aus einem oberen 13, mittleren 14 und unteren Druckring 15. Die drei Ringe werden durch Schrauben 16 zusammengehalten. Der Rohling 8 liegt zwischen dem oberen und dem unteren Druckring, wodurch ein ringförmiger Raum 17 gebildet wird. Der Raum 17 steht über eine Bohrung 18 mit einem Erzeuger hydraulischen Druckes in Verbindung. 19 sind Dichtungen zwischen dem mittleren und den beiden anderen Druckringen. 20 sind Dichtungen, die auf den Seitenflächen des vorgedrehten Rohlings aufliegen. Zum Spreizen wird der Ringraum 17 unter Druck gesetzt. Unter dem Einfluß des hydraulischen Druckes vergrößert sich der Rohling 8 auf einen vorbestimmten Durchmesser, bei dem mit Sicherheit rundum eine Entspannung stattgefunden hat.
Nach dem Spreizvorgang wird der entspannte Ring 7 bzw. 8 in an sich bekannter Weise warmausgehärtet. Er besitzt dann seine Soll-Festigkeit und kann in üblicher Weise fertiggedreht werden.
Bei dem Lager nach F i g. 4 sitzen Schrauben 21 mit einem Haftsitz-Paßteil 22 in Bohrungen eines Stahlringes 23. Das andere Ende der Schrauben 21 sitzt mit einem Haftsitz-Paßteil in dem dem Stahlring 23 nicht benachbarten Leichtmetall-Tragring 2. Im mittleren Teil 25 ist die Schraube dünner gehalten und die Bohrung des Tragringes 3 zur Gewährleistung eines Bewegungsspieles. größer gehalten.
Bei einer Temperaturzunahme dehnt sich das Lager stärker aus als der Stahlring 23. Die Dehnung bewirkt infolge der beiden Paßsitze 22 und 24, daß der schlanke, mittlere Teil 25 der Schraube eine S förmige Verbiegung erfährt. Die Verbiegung kann aber leicht aufgenommen werden, weil der mittlere Teil 25 der Schraube verhältnismäßig lang ist. Die elastische Verbiegung liefert bei einem anschließenden Temperaturrückgang eine Rückstellkraft, die, da eine Vielzahl Schrauben auf dem Umfang gleichmäßig verteilt sind, zentrierend wirkt.
Die andere Befestigungsschraube 26, die im Innenring 1 sitzt, hat am kopfseitigen Ende einen Haftsitz-Paßteil 27 in dem dem stählernen Ring 29 nicht benachbarten Teil des Leichtmetallringes 1. Das andere Ende der Schraube 26 sitzt mit dem Haftsitz-Paßteil 28 in dem Stahlring 29. Die Befestigungsschraube 26 hat die gleiche Aufgabe und Wirkung wie die Befestigungsschraube 21. Die Dehnung der Ringe infolge Temperaturzunahme bewirkt infolge der beiden Paßsitze 27 und 28, daß der schlanke mittlere Schraubenschaft 26a innerhalb der an dieser Stelle größer gehaltenen Bohrung eine S-förmige Verbiegung erfährt. Bei Temperaturrückgang übt die Summe aller Schrauben 26 ebenfalls wie die Summe der Schrauben 21 eine zentrierende Wirkung aus.
Bei dem Lager nach F i g. 5, das nur zufällig ein einreihiges Lager ist und ebensogut ein zweireihiges Lager sein kann, ist auf dem inneren Leichtmetall-Tragring 30 mit Schrauben 31 ein Leichtmetallring 32 befestigt, der einen Außenflansch 33 besitzt. In Bohrungen des Flansches sitzen auf den Umfang verteilt Schraubfedern 34, deren äußeres Ende sich an der Fläche 35 eines stählernen Ringes 36 abstützt. Die gleichen Elemente 31 bis 34 werden bei dem äußeren Leichtmetall-Tragring 37 verwandt, wo sich die Federn auf der Fläche 38 des anderen stählernen Ringes 39 abstützen. 40 ist eine die Zwillingsringe 41 und 42 des Lagers gegen eine Abstimmbeilage verspannende Schraube. 44 ist eine Konnsfläche, die auf der Drehbank durch Brechen der entsprechenden äußeren Kante des Tragringes 30 entstanden ist. Sie korrespondiert mit einer sich satt auf ihr abstützenden Konusfläche des stählernen Ringes 36. Auch der Tragring 37 und damit der andere stählerne Ring 39 besitzt eine Konusfläche, die dort mit 45 bezeichnet ist. Zu den Konusflächen 44 und 45 sind die Flächen 35 bzw. 38 gegenüberliegende Flächen der stählernen Ringe.
Bei einer Erwärmung des Lagers dehnen sich dessen Leichtmetall-Tragringe etwa um das doppelte Maß wie die stählernen Ringe. Die Konusflächen 44 und 45 gleiten dabei auf den stählernen Gegenflächen, und zwar unter Überwindung der Reibung, die durch die Vorspannung der Federn 34 und durch die Nutzlast des Lagers besteht. Ist der stählerne Ring 39 ein an einem Maschinengestell satt befestigter Teil, so hebt sich beim »Atmen« der Konusfläche der Ring 36 an, um den axialen und radialen Dehnungsüberschuß des Leichtmetallagers auszugleichen. Da die Dehnungen im Verhältnis zu dem Durchmesser der Konusfläche klein sind, besteht nicht die Gefahr, daß sich das Lager zwischen den stählernen Ringen verkanten kann. Die korrespondierenden Konusflächen liegen nämlich praktisch immer satt aufeinander. Die Neigung der Konusfläche ist nicht selbsthemmend, so daß bei Wiederabkühlung des Lagers die Rückstellkraft der Federn 34 wirksam werden kann.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen der Leichtmetall-Tragringe von Kugellagern mit stählernen, sich auf dem Umfang der Tragringe stützenden Laufringen (Drahtkugellager), d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß für die Tragringe eine Aluminium-Knetlegierung, insbesondere die Legierung AI-Zn-Mg-Cu 0,5, verwendet wird, daß die gesamte Oberfläche des vergüteten Tragring-Rohlings vor dem Aushärten auf einen rundum gleichen Querschnitt vorgedreht wird und daß der vorgedrehte Rohling ebenfalls vor dem Aushärten durch Einwirkung rein radial gerichteter Spreizkräfte im Durchmesser so weit vergrößert wird, bis durch eine bleibende Verformung des Tragringes an allen Stellen des Umfanges eine Entspannung stattfindet. 2. Drahtkugellager mit gemäß Anspruch 1 hergestellten Tragringen, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Tragring an einen stählernen Ring (23) anschließenden Schrauben (21) in dem stählernen Ring und in der dem stählernen Ring nicht benachbarten Seite des Leichtmetall-Tragringes (2) mit einem Haftsitz versehen sind und daß der verjüngte dazwischenliegende Schraubenschaft (25) in der anderen Seite des Leichtmetall-Tragringes (3) ein Bewegungsspiel hat. 3. Drahtkugellager mit gemäß Anspruch 1 hergestellten Tragringen, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Kante eines Leichtmetall-Tragringes (30, 37) in eine Konusfläche (44, 45) gebrochen ist, die bei Temperaturänderungen auf korrespondierenden Konusflächen eines stählernen Ringes (36, 39) gleiten kann, und daß an dem Tragring (30, 37) federnde, die Konusflächen aufeinanderdrückende Spannelemente (34) befestigt sind. 4. Drahtkugellager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Tragring (30, 37) ein mit einem Flansch (33) versehener Leichtmetallring (32) angeschraubt ist und daß zwischen dem Flansch und einer dem Konus gegenüberliegenden Fläche (35, 38) des stählernen Ringes eine Anzahl Federn (34) angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: L a n d i c h o w , Herstellung von Rohren, Stangen-und Profilen aus NE-Metallen, 1955, S. 125, 126.