DE19513406C1 - Lagerbuchse mit mehreren Lagerstellen zur beweglichen Aufnahme einer runden Stange, insbesondere der Nadelstange oder der Armwelle einer Nähmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerbuchse nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE 31 19 567 C1 ist eine derartige Lagerbuchse bekannt, bei der eine auf- und abgehende Nadelstange in im Kopf der Nähmaschine angeordneten Buchsen gelagert ist. Diese Konstruktion ermöglicht, die Nadelstange beidseitig der durch den üblicherweise verwendeten Kurbeltrieb verursachten Radialkraft abzustützen. Dies erfordert einerseits die Verwendung einer langen, mit relativ großer Masse behafteten Nadelstange und andererseits bei der Fertigung, die einzelnen Buchsen fluchtend in dem Kopf der Nähmaschine zu befestigen.

Aus der CH-PS 192 550 ist bekannt, die Nadelstange einer Nähmaschine sehr viel kürzer und damit masseärmer auszubilden und diese in einer einzigen Lagerbuchse zu lagern. Damit entfallen die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten bezüglich der Masse und der erforderlichen Flucht der einzelnen Buchsen. Allerdings bestehen hier Schwierigkeiten, die auf die Nadelstange vom Kurbeltrieb ausgeübte Radialkraft mit möglichst geringem Verschleiß aufzunehmen. Diese Schwierigkeit ist darin begründet, daß die die Nadelstange aufnehmende Buchse verhältnismäßig nah zueinander angeordnete Lagerstellen aufweist und daß die der Radialkraft nahe angeordnete Lagerstelle infolge der auf die Nadelstange einwirkende Biegebelastung einer erheblichen Kantenpressung unterworfen ist.

Bei Nähmaschinen, die mit höheren Drehzahlen wie beispielsweise oberhalb von 3000 Umdrehungen bzw. Stichen pro Minute arbeiten, tritt die zusätzliche Schwierigkeit der Schmierung der die Nadelstange führenden Lagerstellen auf, um ein Fest laufen der Nadelstange in den Lagerstellen in jedem Fall zu vermeiden. Dies wiederum zieht die Notwendigkeit konstruktiver Maßnahmen nach sich, ein Austreten von Schmierstoff an der Nadelstangen-Lagerung zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung der gattungsgemäßen Art anzugeben, daß mit geringem konstruktiven Aufwand die Lagerung einer massearmen Stange unter Vermeidung der genannten Schwierigkeiten möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei der Lagerung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die in dessen Kennzeichenteil aufgeführten Merkmale gelöst. Hiermit wird eine Lagerbuchse angegeben, bei der die der Kantenpressung ausgesetzten Lagerstelle elastisch verformbar und der Biegung der zu führenden Stange anschmiegbar ist. Damit wird erreicht, die auftretende Kantenpressung zu reduzieren bzw. innerhalb der Lagerstelle eine weniger stark voneinander abweichende Druckspannungsverteilung zu erreichen. Dies ermöglicht andererseits, daß entweder die Baulänge der Lagerstelle kürzer ausgeführt werden kann oder daß die Lagerstelle eine größere Belastung aufnehmen kann. Weiter wird ein geeigneter und einfach verarbeitbarer Werkstoff mit niedrigen Kosten für die Lagerstelle angegeben, wobei der Werkstoff gleichzeitig mit einem Minimum an Schmierstoff einen störungsfreien Betrieb der Maschine ermöglicht.

Das Merkmal von Anspruch 2 führt zu einer stabilen und kostengünstig herzustellende Ausführungsform. Die Anordnung einer Querschnittsreduzierung nach dem Merkmal von Anspruch 3 führt dazu, daß der elastisch verformbare Lagerteil auch bei einer relativ niedrigeren Radialkraft der Biegung der Stange folgt. Das Merkmal von Anspruch 4 führt zu einer wirksamen und einfach herstellbaren Ausführungsform der Querschnittsreduzierung.

Mit dem Merkmal von Anspruch 5 wird der Lagerteil zusätzlich an dem Punkt des Austritts der Stange anschwiegsamer. Gleichzeitig wird mit der spitz auslaufenden Kante eine elastische Abstreifkante gebildet, die das Eintreten von unerwünschten Partikeln und überschüssigem Schmiermittel in die Lagerbuchse wirksam verhindert. Das Merkmal von Anspruch 6 ermöglicht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Lagerbuchse.

Bezüglich der Anordnung und Gestaltung der Abstreifkante wird auf die eingangs genannte Druckschrift verwiesen. Weiter wird angegeben, daß sich der Welle anschmiegbare, elastisch verformbare Gleitlager oder mit äußerer Kalottenform ausgebildete, selbsteinstellende Lager druckschriftlich aus dem Fachbuch "Das Gleitlager" von Dr. techn. Otto Gersdorfer, Bohmann Industrie- und Fachverlag, 1954, Seiten 27 bis 30, bekannt sind.

Aus dem Fachbuch "Moderne Wälzlagertechnik", ISBN 3-8023- 0493-4, Vogel Buchverlag, Seiten 275 bis 277 ist bekannt, wie eine gleichmäßigere Druckspannungsverteilung durch eine bestimmte Formgebung an einem Wälzlagerteil erreicht werden kann. Abweichend hiervon gibt die Erfindung an, eine gleichmäßigere Druckspannungsverteilung in einem Lager durch eine besondere Ausgestaltung zu erreichen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Nähmaschine,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Nähmaschinenkopfes,

Fig. 3 eine Ansicht auf den Kopf der Nähmaschine entsprechend dem Sichtpfeil III in Fig. 2,

Fig. 4 eine Schnittansicht einer Lagerbuchse in vergrößertem Maßstab,

Fig. 5 eine Schnittansicht von einem Ende einer abgewandelten Lagerbuchse,

Fig. 6 die in Fig. 5 dargestellte Lagerbuchsen-Ende mit einer eingeführter Stange,

Fig. 7 eine infolge Biegung verformtes Lagerbuchsen-Ende mit einem Diagramm über den Druckspannungsverlauf,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Nadelstangen- Lagerung und

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Wellenlagerung.

Eine Nähmaschine 1 ist mit einer Grundplatte 2 und einem daran befestigten Arm 3 ausgebildet, der in einem Kopf 4 endet. In dem Kopf 4 ist eine Lagerbuchse 5 angeordnet, in der eine Armwelle 6 drehbar gelagert ist. Die Armwelle 6 ist an dem in dem Kopf 4 endenden Ende mit einer Kurbel 7 ausgebildet, die die Lagerbuchse 5 nicht berührt. Die Armwelle 6 ist mit einem Stellring 8 bestückt, der an einem Rand der Lagerbuchse 5 anliegt. In Verbindung mit einem weiteren Lager (nicht dargestellt) ist die Armwelle 6 axial festgelegt.

In der Kurbel 7 ist ein mit einer Setzschraube 9 befestigter Zapfen 10 angeordnet, der mit einem Ansatz 11 ausgebildet ist. Der sich parallel zu der Armwelle 6 erstreckende Zapfen 10 wird mit Spiel von einem Lager 12 umfaßt, welches ein Ende einer Zugstange 13 bildet. Das freie Ende der Zugstange 13 ist mit einer Gabel 14 ausgebildet, die mit ihren nicht bezeichneten Gabelteilen eine Nadelstange 15 umfaßt. Die aus Metall, beispielsweise Stahl oder Aluminium gefertigte Nadelstange 15 weist einen gleichbleibenden Durchmesser d auf. Auf der Nadelstange 15 ist ein sich parallel zu der Armwelle 4 erstreckender Bolzen 16 mit einer Setzschraube 17 befestigt, der mit Spiel in Bohrungen (nicht bezeichnet) der Gabel 14 gelagert ist. Der Kopf 4 ist mit einem Gehäuse 18 mit einer Bohrung (nicht bezeichnet) ausgebildet, in dem eine Lagerbuchse 19 befestigt ist. Die Befestigung ist als eine lösbare Schraubenverbindung mit einer in dem Gehäuse 18 angeordneten Setzschraube oder als eine Klebeverbindung unter Verwendung eines geeigneten Klebers ausgeführt. Die Lagerbuchse 19 weist dementsprechend einen zylindrischen Mantel 20 und eine Lagerbohrung 21 mit einem Durchmesser d1 auf, in der die Nadelstange 15 ohne fühlbares Spiel axial verschiebbar gelagert ist.

Die Nadelstange 15 erstreckt sich durch die Lagerbuchse 19 hindurch und ist an ihrem der Grundplatte 2 zugewandten Ende 22 mit einer befestigten Nadel 23 bestückt. Die Anordnung der Lagerbuchse 19 mit der darin gelagerten Nadelstange 15 ist derart, daß bei Drehung der Armwelle 6 eine auf- und abgehende Bewegung der Nadelstange 15 erfolgt, ohne daß dabei die Gabel 14 bzw. der Bolzen 16 mit der Lagerbuchse 19 in Berührung gelangt. Der soweit beschriebene Aufbau ist allgemein üblich und aus eingangs genannten CH-PS 192 550 bekannt.

Nachfolgend wird der Aufbau der Lagerbuchse 19 näher anhand der Fig. 4 und 7 erläutert. Der Mantel 20 befindet sich an einem aus Metalle beispielsweise Bronze oder Stahl gefertigtem Rohr 24, welches an einem Ende mit einer Fase 25 versehen ist. Das Rohr 24 ist mit einem nichtabgesetztem Außendurchmesser D ausgebildet. An dem freien Ende des Rohres 24 ist eine Ausnehmung 26 vorgesehen, in dem ein Ende 27 eines Lagerteils 28 fest aufgenommen ist. Das Lagerteil 28 ist aus elastisch verformbarem Werkstoff, vorzugsweise aus thermoplastischem Kunststoff wie Polyamid (PA), Polyoxymethylen (POM) oder Polyetheretherketon (PEEK) hergestellt. Die in Klammern stehenden Buchstaben geben die international verwendeten Kurzzeichen der genannten Kunststoffe an. Solche Kunststoffe werden von Herstellern wie BASF, Du Pont, ICI unter bestimmten Handelsnamen auf dem Markt angeboten.

Das freie Ende des Lagerteils 28 ist mit einer Fase 29 versehen, die in einer spitz auslaufend Kante 30 endet. An die Fase 29 schließt sich ein abgerundeter Übergang 31 an, der in einen halbkreisförmigen Einstich 32 übergeht. Von hier schließt sich das zuvor genannte Ende 27 an.

Der vorstehend beschriebene Einstich 27 führt zu einer Querschnittsreduzierung, so daß eine Verformbarkeit des aus dem Rohr 24 heraus stehenden Teils des Lagerteils 28 bei einer radial angreifenden Kraft begünstigt bzw. erleichtert wird. Mit der beschriebenen Ausgestaltung werden mehrere Lagerstellen ausgeführt, d. h. in der Lagerbuchse 19 wird eine erste Lagerstelle 33 und in einem Lagerteil 28 eine zweite Lagerstelle 34 gebildet.

In den Fig. 5 und 6 ist eine abgewandelte Lagerung dargestellt, wobei den zuvor genannten Teilen entsprechende Bezugszeichen mit einem nachgestellten "a" eingetragen sind. An einer abgewandelten Lagerbuchse 19a ist der Lagerteil 28a mit einer spitz auslaufenden Kante 30a ausgebildet, so daß hier ein gegenüber dem Durchmesser d1 reduzierter Durchmesser d2 gebildet wird.

Die Arbeitsweise der Lagerbuchse 19 wird anhand der Fig. 7 bis 9 beschrieben. In den Fig. 8 und 9 sind schematisch dargestellte Bauteile mit zuvor verwendeten Bezugszeichen und zusätzlichem Buchstaben "c" bezeichnet.

Im Betrieb der Nähmaschine 1 führt die Nadelstange 15 eine auf- und abgehenden Bewegung aus. Dabei überträgt die Zugstange 13 schwellende Zug- und Druckkräfte, die als Axial- und Radialkräfte auf die Nadelstange 15 einwirken. Für die folgende Beschreibung ist die Radialkraft von Bedeutung, wodurch die Nadelstange 15 einer Biegebelastung ausgesetzt wird. In Fig. 8 ist die durchgebogene Nadelstange 15 schematisch mit einer, strichpunktiert bezeichneten Linie 35 angedeutet.

Die Radialkraft F1 verursacht in der Lagerbuchse 19 Reaktionskräfte F2 und F3. Hierdurch werden in den äußeren Rändern der Lagerbuchse 19, also in den äußeren Enden der ersten und zweiten Lagerstellen 33, 34 Druckspannungen p hervorgerufen. In der Literatur wird das Auftreten einer Druckspannung an Lagerkanten häufig als Kantenpressung bezeichnet.

In Fig. 7 ist das Auftreten einer solcher Kantenpressung durch eine prinzipielle Darstellung der auftretenden Druckspannung p über der Längserstreckung (Breite) der Lagerstelle 34 in einem Diagramm gezeigt. Hierzu wird erläutert, daß der Teil der Lagerbuchse 19 absichtlich mit einer übertrieben durchgebogenen Nadelstange 15 und dem an sie angeschmiegten Lagerteil 28 dargestellt ist. In dem Diagramm sind Verteilungen der auftretenden Druckspannungen der bekannten Lagerbuchse gemäß der gestrichelt gezeichneten Buchsenform vergleichend mit der erfindungsgemäßen Lagerbuchse 15 gezeigt. Bei der Lagerbuchse nach dem Stand der Technik tritt eine maximale Druckspannung p1 auf.

Die erfindungsgemäße Lagerbuchse 19 dagegen gestattet eine elastische Verformung des Lagerteils 28, welches sich der jeweiligen Biegebelastung, also der Durchbiegung der Nadelstange 15 anpaßt oder anschmiegt. Hierdurch wird eine Herabsetzung der in dem Kantenbereich der zweiten Lagerstelle 34 auftretenden Druckspannung p erreicht, die gemäß dem Diagramm eine maximale Druckspannung p2 beträgt. Dementsprechend führt die erfindungsgemäße Lagerbuchse 19 zu einer relativ verminderten Kantenpressung. Konsequenterweise führt die Herabsetzung der Druckspannung p in dem Kantenbereich der Lagerstelle 34 zu einer weniger stark voneinander abweichenden Druckspannungsverteilung über die Lagerstellen-Breite, als dies bei bekannten Lagerbuchsen der Fall ist. Hiermit wird ermöglicht, daß die erfindungsgemäße Lagerbuchse bei gleichen Abmessungen eine höhere Belastbarkeit verfügt, oder umgekehrt, daß eine Lagerbuchse gleicher Belastbarkeit mit kleineren Außenabmessungen bereitgestellt werden kann.

Besonderer Bedeutung kommt der Formgebung des Lagerteils 28 durch die Querschnittsreduzierung, also durch den Einst ich 32 und die spitze Kante 30 zu. Während der Einstich 32 und die spitze Kante 30 einerseits die Verformbarkeit des Lagerteils 28 begünstigt, bildet die Kante 30 andererseits eine an der Nadelstange 15 schleifende, elastische Dichtlippe.

In den Fig. 5 und 6 ist eine Weiterbildung der Kante an einem Lagerteil 28a dargestellt, die hier als Kante 30a bezeichnet ist. Es sei vermerkt, daß das Lagerteil 28a in seinem sonstigen Aufbau dem Lagerteil 28 entspricht. Aus Fig. 5 ist entnehmbar, daß sich die Kante 30a in dem Zustand, wenn sich die Nadelstange 15 nicht in der Lagerbuchse 19a befindet, auf einem Durchmesser d2 erstreckt. Der Durchmesser d2 stellt somit gegenüber dem Durchmesser d1 einen reduzierten Durchmesser dar.

In einem anderen Anwendungsbeispiel ist die Lagerbuchse 5 an der der Kurbel 7 zugewandten Seite ebenfalls mit dem elastischen Lagerteil 28 bzw. 28a ausgestattet. Bei diesem Anwendungsfall, der schematisch in Fig. 9 dargestellt ist, wirkt eine umlaufende Kraft F4 auf die Armwelle 6 ein, die In der Lagerbuchse 5 Reaktionskräfte F5 und F6 hervorruft. Die Armwelle 6 ist somit einer Biegebelastung ausgesetzt. In Fig. 9 ist die durchgebogene Armwelle 6a schematisch mit einer strichpunktiert gezeichneten Linie 36 angedeutet. Auch in diesem Anwendungsbeispiel begünstigt die besondere Ausführung des Lagerteils 28 bzw. 28a die Verformbarkeit und zugleich eine Abdichtung der Lagerbuchse 5.

Bezugszeichenliste

1 Nähmaschine
2 Grundplatte
3 Arm
4 Kopf
5 Lagerbuchse
6 Armwelle
7 Kurbel
8 Stellring
9 Setzschraube
10 Zapfen
11 Ansatz
12 Lager
13 Zugstange
14 Gabel
15 Nadelstange
16 Bolzen
17 Setzschraube
18 Gehäuse
19 Lagerbuchse
20 Mantel
21 Lagerbohrung
22 Ende
23 Nadel
24 Rohr
25 Fase
26 Ausnehmung
27 Ende
28 Lagerteil
29 Fase
30 Kante
31 Übergang
32 Einstich
33 erste Lagerstelle
34 zweite Lagerstelle
35 Linie
36 Linie
D Durchmesser
d Durchmesser
d1 Durchmesser
d2 Durchmesser
F1 Lagerkraft
F2 Lagerkraft
F3 Lagerkraft
F4 Radialkraft
F5 Lagerkraft
F6 Lagerkraft
p Druckspannung
p1 Druckspannung
p2 Druckspannung

Claims (7)

1. Lagerbuchse mit mehreren Lagerstellen zur bewegbaren Aufnahme einer runden Stange (15; 6), insbesondere der Nadelstange (15) oder der Armwelle (6) einer Nähmaschine (1),

• - mit einem in einem Gehäuse (18) aufgenommenen Rohr (24),
• - mit einer an einem Ende des Rohres (24) ausgebildeten ersten Lagerstelle (33)
• - und mit einer an dem freien Ende des Rohres (24) vorgesehenen zweiten Lagerstelle (34),

wobei die Stange (15; 6) infolge einer außerhalb der Lagerstellen (33, 34) und benachbart zu der zweiten Lagerstelle (34) wirkenden Radialkraft (F1; F3) einer Biegebelastung ausgesetzt ist und in der zweiten Lagerstelle (34) eine Belastung mit einer Kantenpressung hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lagerstelle (34; 34a) als elastisch verformbarer Lagerteil (28; 28a) mit einer der Biegebelastung entsprechend anpaßbaren Verformbarkeit zur Herabsetzung der Kantenpressung ausgebildet ist, wobei das Rohr (24) aus Metall (Bronze; Stahl und der Lagerteil (28; 28a) aus elastisch verformbarem Kunststoff (POM; PA; PEEK) ausgebildet ist.

2. Lagerbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (24) eine Ausnehmung (26) aufweist, in dem der Lagerteil (28; 28a) fest aufgenommen ist.

3. Lagerbuchse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerteil (28; 28a) eine die Verformbarkeit begünstigende Querschnittsreduzierung (32; 29) aufweist.

4. Lagerbuchse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsreduzierung einen umlaufend ausgebildeten Einstich (32) aufweist.

5. Lagerbuchse nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsreduzierung eine an dem Lagerteil (28; 28a) spitz auslaufende Kante (30; 30a) aufweist.

6. Lagerbuchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kante (30a) im Zustand vor dem Einführen der Stange (15; 6) auf einem reduzierten Innendurchmesser (d2) erstreckt.