DE1575606C

DE1575606C - Verfahren zur Erzeugung eines gewünschten Verhältnisses von Spiel oder Vorspannung zwischen den beiden Lagerflachen eines sphärischen Gleit lagers zu Spiel oder Vorspannung eines in den Innenring des Gleitlagers ein gesetzten Walzlagers

Info

Publication number: DE1575606C
Application number: DE19661575606
Authority: DE
Inventors: Friedrich Wilhelm von 8720 Schweinfurt Hackewitz
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1966-04-27
Filing date: 1966-04-27
Publication date: 1973-04-26

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines gewünschten Verhältnisses von Spiel oder Vorspannung zwischen den beiden Lagerflächen eines sphärischen Gleitlagers, dessen-Innenring einen mit einem unter Druck zu setzenden Medium ausgefüllten Hohlraum aufweist, zu Spiel oder Vorspannung eines in den Innenring des Gleitlagers eingesetzten Wälzlagers, vorzugsweise Nadellagers, dessen Außenring den radialen Wandteil des Hohlraumes bildet.

Die Kombination eines sphärischen Gleitlagers mit einem Wälzlager ist bekannt. Derartige Lager sollen die Schwenk- bzw. Pendelbewegung und die Drehbewegung auf zwei verschiedene Lagerarten aufteilen. Während die langsame Pendelbewegung vom sphärischen Gleitlager aufgenommen wird, erfolgt die Aufnahme der schnellen Drehbewegung vom reibungsarmen Wälzlager. Jede Lagerart hat jedoch ihre eigenen Gesetzmäßigkeiten. Um die Vorzüge sowohl des Gleitlagers als auch des Wälzlagers voll auszunutzen und eine möglichst hohe Gebrauchsdauer zu erzielen, ist es erforderlich, jeder Lagerart für die im Betrieb auftretenden Belastungen und Geschwindigkeiten ein ganz bestimmtes-Spiel bzw. eine bestimmte Luft oder eine bestimmte Vorspannung zuzuordnen. Diese Spiel- bzw. Vorspannungsverhältnisse sollen leicht einzustellen und zu kontrollieren sein.

Es ist ein Gelenklager, dessen Innenring einen Hohlraum aufweist, mit eingebautem Nadellager bekannt. Durch hydraulische Mittel ist der Innenring in seinen Abmessungen derart veränderlich, daß das Spiel zwischen Außenring und Innenring einerseits und im Nadellager andererseits vermindert bzw. beseitigt wird. Bei diesem Gelenklager ist es aber nur mit großem Fertigungsaufwand möglich, ein bestimmtes Verhältnis von Spiel oder Vorspannung zwischen den beiden Lagerflächen des sphärischen Gleitlagers zu Spiel' oder Vorspannung des Wälzlagers zu erhalten. Dies ist nur dann zu erreichen, wenn jeweils ein anderer Außenring verwendet wird, der genau ausgesucht und ausgemessen werden muß. Diese Maßnahme ist jedoch für eine Serienfertigung zu aufwendig hinsichtlicIiZeit und Kosten.

Es ist auph-bekannt, zwischen den Innen- und Außenring feines Gleit- pdei^ Gelenklagers Kunststoff einzubringen und den Innenring vor dem Aushärten der Kunststoffschicht durch einen in die Bohrung ^; eingeführten Dorn elastisch zu dehnen. Nach dem Aushärten wird der Dorn entfernt, der Innenring schrumpft, und "das Lager erhält so sein Spiel. Um den Innenring zu dehnen, kann er auch, wie ebenfalls bekannt ist, vor der Kunststoffaushärtung erwärmt werden, während der Außenring gegen¹ Dehnung gehalten wird. Nach Abkühlung des Lagers weist es ein bestimmtes, von der Erwärmung abhängiges Spiel auf. Bei diesen bekannten Lagern ist es zwar möglich, die Größe des Spieles zu beeinflussen, jedoch kann keine Vorspannung erhalten werden. Außerdem (Tj handelt es sich hierbei um die Erzeugung eines Spieles in nur einem Lager.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung hingegen ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, bei einem bekannten sphärischen Gleitlager, dessen Innenring einen mit einem unter Druck zu setzenden Medium ausgefüllten Hohlraum und ein in seine Bohrung eingesetztes Wälzlager aufweist, Spiel oder Vorspannung in einem bestimmten Verhältnis zueinander in dem Gleitlager einerseits und dem Wälzlager andererseits zu erhalten, wobei das Spiel- bzw. Vorspannungsverhältnis im voraus bestimmbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise zwischen Innenring und Außenring des sphärischen Gleitlagers eine Schicht eines warm oder kalt aushärtenden Kunststoffes eingebracht wird, daß dabei das Medium im Hohlraum des Innenringes vor dem Aushärten der Kunststoffschicht unter einem ein bestimmtes Spiel im Wälzlager herbeiführenden Druck gehalten wird, und daß nach dem Aushärten der Kunststoffschicht <#' eine das bestimmte Verhältnis von Spiel bzw. Vor- ^v spannung im Gleitlager einerseits und im eingebauten Wälzlager andererseits schaffende Druckveränderung, insbesondere Druckerhöhung, im Medium vorgenommen wird.

. Dieses erfindungsgemäße . Verfahren soll. nachstehend an Hand der Zeichnung näher beschrieben werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Gelenklager, auf das die Erfindung angewandt wird, und

Fig. 2 ein Diagramm zur Ermittlung des für ein bestimmtes Vorspannungsverhältnis aufzubringenden Druckes im Hohlraum des Innenringes.

Der Innenring 1 des in Fig: I gezeigten-Gelenklagers besteht im wesentlichen aus zwei Teilen 2 und 4. Mit dem Teil 2, das in der Bohrung ein auf der Welle 12 gelagertes Nadellager 3 aufnimmt, ist das Teil 4 mit der sphärisch ausgebildeten Lagerfläche 5 durch Schrauben 6 verbunden. Zwischen den Teilen 2 und 4 befindet sich ein Hohlraum 7, der mit einer Flüssigkeit, einem plastischen Material oder irgendeinem unter Druck zu setzenden Medium gefüllt ist. Vorzugsweise weist dieses Medium den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf wie der für das Gelenklager verwendete Werkstoff. Dies wird

ζ. B. durch die Zumischung einer bestimmten Menge Graphit od. dgl. erreicht. Zur Erzeugung des Drukkes dienen z. B. in den Hohlraum 7 hineinragende Stellschrauben 8. Der aus den Teilen 2 und 4 bestehende Innenring 1 ist mit seiner sphärischen Lagerfläche 5 in der entsprechenden Lagerfläche 9 des Außenringes 10 gelagert. Zwischen den Lagerflächen 5 und 9 des sphärischen Gleitlagers ist eine warm oder kalt aushärtende Kunststoffschicht Il angeordnet. '

Vor dem Aushärten der Kunststoffschicht 11 steht der Hohlraum 7 unter einem bestimmten Druck, der gleich dem Außendruck oder größer ist. Unter diesem im Hohlraum 7 herrschenden Druck dehnen sich die Teile 2 und 4, d. h., der Außendurchmesser des Teiles 4 (= Außendurchmesser des Innenringes 1) vergrößert sich, und der Bohrungsdurchmesser des Teiles 2 (= Bohrungsdurchmesser des Innenringes 1) verkleinert sich in Abhängigkeit vom Druck. Dabei stellen sich ein ganz bestimmtes Spiel oder Vorspannung im Nadellager 3 und ein ganz bestimmter Zwischenraum zwischen den sphärischen Lagerflächen 5 und 9 des Gleitlagers ein, der mit dem Kunststoff ausgefüllt ist. Es wird jedoch noch keine Vorspannung zwischen Teil 4 und dem Außenring 10 erhalten.

Wird der Druck im Hohlraum 7 nach dem Aushärten der Kunststoffschicht 11 verändert, so ändern sich mit ihm die Spiele bzw. Vorspannungen zwischen • Außenring 10 und Innenring 1 des Gleitlagers einerseits und im Nadellager 3 andererseits. Erfolgt insbesondere eine Druckerhöhung, so wird sich eine Vorspannung zwischen Innenring 1 und Außenring 10 einstellen und sich das Spiel im Nadellager 3 weiter verringern. Durch einen bestimmten Druck vor dem Aushärten der Kunststoffschicht 11, der ein ganz bestimmtes Spiel oder Vorspannung im Nadellager 3 erzeugt, läßt sich nach dem Aushärten der Kunststoffschicht 11 durch weitere Druckveränderung ein bestimmtes Spiel- bzw. Vorspannungsverhältnis in den Lagerflächen von Gleit- und Nadellager einstellen.

Die Größe der elastischen Dehnung der Teile 2 und 4 ist abhängig vom Druck, vom Elastizitätsmodul, d. h. vom Material, und von der Wandstärke dieser Teile. Bei Kenntnis der elastischen Kennlinien für Teil 2 und 4 läßt sich der vor dem Aushärten anzuwendende Druck zur Erreichung eines bestimmten Vorspannungs- bzw. Spielverhältnisses nach dem Aushärten vorherbestimmen.

An Hand der Fig. 2 und eines Beispiels wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert:

Auf der Ordinate des in F i g. 2 dargestellten Diagramms ist der Innendruck ρ im Hohlraum 7 und auf der Abszisse das Spiel s der Lagerflächen aufgetragen. Rechts vom Ursprung des Koordinatensystems hat das Spiel positive Werte, links vom Ursprung ist es negativ, d. h., es herrscht eine bestimmte Vorspannung. Die Kennlinie K., des Teiles 2 des Gelenklagerinnenringes 1 ist auf Grund der konstruktiven Abmessungen des Teiles 2, des Nadellagers 3 und der Welle 12 in ihrer Lage im Koordinatensystem festgelegt. Die Kennlinie K₄ für das Teil 4 des Gelenklagerinnenringes ist zwar in ihrer Form, jedoch noch nicht im Koordinatensystem festgelegt. Die Festlegung im Koordinatensystem erfolgt erst durch die Wahl des gewünschten Spieles bzw. einer Vorspannung zwischen den Lagerflächen des sphärischen Gleitlagers.

Es soll nun angenommen werden, daß das Nadellager 3 im ausgehärteten Zustand der Kunststoffschicht 11 z. B. spielfrei und ohne Vorspannung eingestellt ist, während beim sphärischen Gleitlager eine bestimmte Flächenpressung, entsprechend dem negativen Spiel bzw. Vorspannung s_A, zwischen- den Lagerflächen herrschen soll (die Schrumpfung des Kunststoffes soll zunächst außer Betracht bleiben). .

Die genannte Bedingung ist für das Nadellager 3 beim Druck ρ = p_A erfüllt. Beim selben Druck und beim gewünschten negativen Spiel s = s_A erhält man den Punkt A, der auf der Kennlinie K₄ des Teiles 4 liegen muß. Damit ist die Kennlinie K₄ nun ebenfalls festgelegt. Die durch den Punkt A gelegte Kennlinie K₄ schneidet die Ordinate in Punkt B beim Druck ρ = p_H. Dieser Druck, dem ein Spiel s_c im Nadellager 3 entspricht, muß vor dem Aushärten der Kunststoffschicht 11 eingehalten werden. Wird der Druck ρ nach dem Aushärten der Kunststoffschicht 11 erhöht, so verringert sich das Spiel s_c im Nadellager 3 gemäß dem Verlauf der Kennlinie K.„ und es vergrößert sich gleichzeitig das negative Spiel, d. h. die Vorspannung zwischen Teil 4 und Außenring 10, gemäß dem Verlauf der nun ebenfalls festgelegten Kennlinie K₄, bis beim Druck ρ = p_A der angestrebte Endzustand erreicht ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es auch, das Schrumpfen des Kunststoffes während des Aushärtevorganges zu berücksichtigen. Härtet der Kunststoff beim Innendruck p₈ aus, so ergibt sich durch die Schrumpfung des Kunststoffes in den Gleitflächen eine Spiel vergrößerung Js. Im Gleitlager stellt sich ein Zustand, entsprechend Punkt B', ein. Die Kennlinie K₄ verschiebt sich somit nach rechts in den Punkt B'. Die neue Kennlinie K₄ ist gestrichelt eingezeichnet. Bei Erhöhung des Druckes p_B um Ap wird (auf der Kennlinie K₄' verlaufend) erst dieses Spiel Js beseitigt, ehe bei weiterer Druckerhöhung das negative Spiel, d. h. die Vorspannung, ansteigt. Es würde deshalb beim Druck p_A das Nadellager zwar spiel- und vorspannungsfrei sein, beim Gleitlager jedoch der Punkt A' auf der Kennlinie K₄' mit dem ihn zugeordneten geringeren negativen Spiels s_A erreicht werden. Bei weiterer Erhöhung des Druckes auf Pj würde zwar das angestrebte negative Spiel s_A im Gleitlager erhalten werden, gleichzeitig aber das Nadellager ein gewisses negatives Spiel s_c" und nicht die gewünschte Spielfreiheit aufweisen.

Um diese Wirkung des Schrumpfens auszugleichen, wird der aus dem Diagramm (auf der Kennlinie K₄) ermittelte vor dem Aushärten einzustellende Druck p_ls um Ap geringer gewählt. Das dabei etwas größere Spiel s_c, im Nadellager ist leicht meßbar und ein Maß für den um Ap verringerten Druck p_B. Nach dem Aushärten des Kunststoffes und damit nach dei Spielvergrößerung As ist die Kennlinie K₄ erreicht Bei einer nach dem Aushärten des Kunststoffes erfolgenden Erhöhung des Druckes wird längs der Kenn linie K₄ zuerst das positive Spiel zwischen den Lagerflächen beseitigt (Punkt B), dann erfolgt die Ver größerung des negativen Spiels der Kennlinie K₄ bi: zum Punkt A. Gleichzeitig ist das Nadellager, für da: die Kurve K., gilt, spiel- und vorspannungsfrei ein gestellt.

Selbstverständlich lassen sich auch andere Vor spannungs- bzw. Spielverhältnisse einstellen und de vor dem Aushärten des Kunststoffes dafür aufzu bringende Innendruck an Hand der Kennlinie ermit

teln. Die Steigung der elastischen Kennlinien ist durch entsprechende Wahl der Wandstärke bzw. des Wandstärkenverhältnisses von Teil 2 und 4 und Wahl des Materials veränderlich. Eine Änderung des Vorspannungs- bzw. Spielverhältnisses ist möglich, wenn die Kunststoffschicht neu ausgegossen wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die optimale Einstellung eines jeden Lagertyps-für jeden Betriebsfall vorgenommen werden kann. Die eingebrachte Kunststoffschicht gleicht etwa vorhandene Toleranzen im Lager aus und verbilligt daher die Herstellung des Lagers.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Erzeugung eines gewünschten Verhältnisses von Spiel oder Vorspannung zwisehen den beiden Lagerflächen eines sphärischen Gleitlagers, dessen Innenring einen mit einem unter Druck zu setzenden Medium ausgefüllten Hohlraum aufweist, zu Spiel oder Vorspannung eines in den Innenring des Gleitlagers eingesetzten Wälzlagers, vorzugsweise Nadellagers, dessen Außenring den radial inneren Wandteil des Hohlraumes bildet, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zwischen Innenring (1) und Außenring (10) des sphärischen Gleitlagers eine Schicht eines warm oder kalt aushärtenden Kunststoffes eingebracht wird, daß dabei das Medium,im Hohlraum (7) des Innenringes vor dem Aushärten der Kunststoffschicht (11)' unter einem ein bestimmtes Spiel im Wälzlager (3) herbeiführenden Druck gehalten wird und daß nach dem Aushärten der Kunststoffschicht eine das bestimmte Verhältnis von Spiel bzw. Vorspannung im Gleitlager einerseits und im eingebauten Wälzlager andererseits schaffende Druckveränderung, insbesondere Druckerhöhung, im Medium vorgenommen wird.