DE2027770A1

DE2027770A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer sphärischen Lager schale

Info

Publication number: DE2027770A1
Application number: DE19702027770
Authority: DE
Inventors: John L Oakland Rubino Anthony G Nuthley NJ Evans (V St A ) M
Original assignee: Singer General Precision Inc
Current assignee: Singer General Precision Inc
Priority date: 1969-06-24
Filing date: 1970-06-05
Publication date: 1971-03-11
Also published as: DE2027770C3; DE2027770B2; GB1277997A; FR2052334A5; US3644972A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer sphärischen Lagerschale

Die Erfindung bezieht sich auf Gaslagerungen für Kreisel und betrifft insbesondere die leichte und preiswerte Herstellung einer sehr genauen Gaslagerung.

Obwohl bei den meisten Trägheitssystemen elektronische Bauteile Verwendung finden, ist häufig auch die Verwendung pneumatisch betätigter Teile möglich· Pneumatische Elemente sind billig, zuverlässig und gegenüber ßtrahlungseinflüssen unempfindlich. Diese Elemente hin wiederum eignen sich auch gut zu einer weiteren Heranziehung des Gases innerhalb des Systems etwa im Zusammenhang mit einem Gasantrieb, und im Falle des Vorhandenseins eines Gasantriebs ist es wiederum natürlich, Gaslagerungen zu verwenden.

Eine der hauptsächlichen Kostenquellen bei der Herstellung von Kreiseln mit einer kugeligen Gaslagerung bildet der sphärische Hohlraum in der Gaslagerung· Dieser Teil wird gewöhnlich mit einem Einzelpunktverfahren bearbeitet und fordert mindestens 10 % der Bearbeitungskosten des Kreisels·

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Der sphärische Hohlraum dient zur Schwungachsenlagerung und zur kardanischen Aufhängung des Kreisels. Zwei Hälften, die miteinander um eine unter Druck gesetzte Kugel herum verschraubt sind und eine Schwungfelge tragen, "bilden gemeinsam den Kreiselrotor· Der Spalt zwischen Kugel und umgebendem

—4-Gehäuse liegt in der Größenordnung von 12,7 x 10 cm* Hierzu werden extreme Anforderungen an die Sundheit und die Abmessungen der einzelnen Teile gestellt, was so weit bisher nur mit Einzelpunktbearbeitung erfüllt werden konnte.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die gleiche Genauigkeit mittels einer weniger teueren Gießtechnik zu erreichen. Wegen des Schrumpf ens nach dem Guß und wegen der Verspannung der gegossenen Teile war eine Gießtechnik bisher ausgeschlossen worden· Hit der Erfindung jedoch kann das Schrumpfen auf einem Minimum gehalten werden und die Möglichkeit ausgeschlossen werden, daß durch das Gießen hervorgerufene Spannungen eine Verspannung der Teile bewirken. Ausserdem ermöglicht es die vorliegende Erfindung, den Mittelpunkt des sphärischen Hohlraums bezüglich der Trennungsnaht und den äußeren Umfang des Teils genau anzuordnen. Die genaue Anordnung dieser beiden Größen ist wichtig, damit die beiden Hälften zueinander ausgerichtet sind und somit einen exakten kugeligen Hohlraum bilden.

Um die Nachteile der vorbekannten Technik zu überwinden, wird allgemein gesagt erfindungsgemäß eine Gießtechnik angewandt, bei der man sich einer Matrisse bzw. eines Werkzeuges zur Nachbildung der Lagerkugel bedient»

Dieses Werkzeug besteht aus einer genau gearbeiteten Halbkugel, die auf einer flachen Grundplatte befestigt ist« Diese Grundplatte ist außerdem mit Frisonatiften versehen,

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welche den äußeren Durchmesser der Gehäusehälfte "bezüglich des Mittelpunktes der Halbkugel auf der Stelle halten. Daher ist der Mittelpunkt so genau angeordnet, wie es die Stifte im Azimut zulassen und wie genau die Halbkugel in der !Tiefe gearbeitet ist.

Der Vorteil des Lösungsweges liegt nun darin, daß es sich um einen dünnen gegossenen Film handelt. Der Teil, auf welchen der Film gegossen wird, kann auf billige Weise rauh bearbeitet sein. Die Spannungen in dem dünnen Film können den rauh bearbeiteten Teil selbst dann nicht verspannen, wenn sie hoch sind, da die tatsächliche Gesamtkraft klein ist. Wegen der geringen Dicke des Films wird außerdem der Schwund beim Gießen auf im wesentlichen den Wert null vermindert.

Die Erfindung und ihre Aufgaben und Vorteile gehen aus der folgenden genauen Beschreibung und den Zeichnungen mit größerer Deutlichkeit hervor.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine Anordnung für die Ausbildung der Lagerschale;

Fig. 2 zeigt im Querschnitt das zusammengesetzte Lagergehäuse·

Zur Realisierung der Erfindung ist es zunächst notwendig, ein Werkzeug bzw. eine Matrize in exakten Dimensionen herzustellen. Dies geschieht durch Bearbeitung eines Zylinders aus einer Aluminiumlegierung, die als 2024-Aluminiumlegierung bekannt ist. Diese Legierung hat die folgende Zusammensetzung:

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Cu

Mn

Cr

Zn

Ti andere

0,50 0,50 3,8-4,9 O₉3O»O_f9 O₉O5 0_s10 0,25 0,15 O₉O5 % und der Rest Aluminium.»

Diese Matrisse wird dann in die gewünschte halbkugelige Form gebracht, deren Endmaße ein leichtes Untermaß gegen·» über dem Enddurchmesser hat« Die Halbkugel wird mit einem Material beschichtet, welches unter der Handelsbezeichnung RTV 630 verkauft wird« Dieses Material ist ein bei Raumtemperatur vulkanisierender Silikonkautschuk^ bei dem es noch einen zusätzlichen Aushärtemechanismus gibt» Es handelt sich um ein lineares Dimethyl-Polysiloxan mit einer geringen Yernetzungsdichte, nach der allgemeinen Formel:

GH,—

CE-

I '

Si«

S
CH,

CH

i— 0

CH-

Si

S CH,

-CH,

wobei der Wert Σ so groß ist«, daß das Molekulargewicht des Polymers zwischen 100 und 100 000 liegt«, Der Silikonkautschuk wird auf die Matrize aufgebracht und über Macht bei Raumtemperatur auf der Matrizse ausgehärtet« Hieran schließt sich eine einstündige Wachhält^behandlung bei 125 ⁰C·

Die beschichtete Matrize ist in Figo 1 dargestellt

und besteht aus einer Grundplatte 10 mit der daraufliegenden Halbkugel 12« Die Halbkugel ist mit dem ÜTbersug 14 aus Silikonkautschuk beschichtet₉ wobei der Überzug etwa 2,5 x 10" bis 2,5 χ 10""^p cm dick ist und einen iasats 16 aufweist, um die Stellung der Gasaurchlaßöffnung festzulegen® Ua die

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Stellung des mittels der Matrize zu formenden Werkstücks festzulegen, sind an der Grundplatte 10 Prisonstifte 18 angebracht, Für das gemäß der Erfindung herzustellende Lager wird ein Epoxydharz der folgenden Strukturformel verwendet?

- HO -

- N-OH-CH,

OH.

0-CH₂-CH

OH.

CH,

OH

C.

2,6

OH-OH₂-C OH-

OH₂ - CH - OH₂

CH₂-CH-N

CH-

2,6

wobei X angenähert zwischen etwa 1 und etwa 2 liegt. Dieses Epoxydkunstharz kann hergestellt werden durch Mischung von etwa 100 Gewichtsteilen eines handelsüblichen Materials mit der Handelsbezeichnung DOW D.E.R. 332 mit etwa 32 Gewichtsteilen eines unter der Bezeichnung POPDA 230 im Handel erhältlichen Materials· Der Überzug wird über Nacht bei Baumtemperatur (18 Stunden) getrocknet und über 1 Stunde bei 70 ⁰C ausgehärtet. Die Dicke des Überzugs liegt zwischen etwa 2,5 x 10"* und 2,5 χ 10 cm.

Eine Gehäusehälfte 20 wird mit Ausnahme ihrer halbkugeligen Höhlung in den Endmassen hergestellt. Die Hohlseite wird grob oberflächenbearbeitet und zwar mit einem Übermaß von einigen Tausendstel cm. Das Innere der Höhlung wird mit

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einem Epoaydkunsthars ausgestrichen· Diese® Epoxydkunstharz ist ein flüssiges Bisphenol-Epichlorhydrin-Harz mit einem Epoxyd-Äquivalentgewicht E„E.Q. 170-180 mit einem Härtungsmittel vom Typ eines Polyoxypropylenamins der folgenden Formel:

GH-

H₂N - CH - GH₂

GH.

O - GH-, - GH

wobei η annähernd 2,6 beträgt» Die so vorbereitete Gehäusehälfte 20 wird dann wie in Mg» 1 veranschaulicht, über das Werkzeug bzw. die Matrize gepreßt und so lange dort festge~ halten, bis das Harz gehärtet ist» Beim Abnehmen bleibt ein dünner Harzfilm, der nach der Kontur des Werkzeuges geformt ist.

In Fig. 2 ist dargestellt, wie die Gehäusehälfte 20 des Kreisels über der Lagerkugel 22 angeordnet ist» Durch die öffnung 24, die ursprünglich wegen des Ansatzes 16 ausgespart wurde, wird Gas geleitet. Das Gas fließt durch die Lagerkugel 22 und tritt am Spalt 24a aus. Die Lagerkugel steht fest und die Gehäusehälften 2O₉ 20a rotieren um die Lagerkugel»

Der dünne Kautschukfilm ist in seiner Form sehr genau, da er mittels einer präzisen halbkugeligen Höhlung geformt wurdet Er behält seine Form bei, da er dünn, ist und an eine Metallunterlage gebunden ist» Der Kautschuk haftet nur deswegen an der Metallunterlage, da diese speziell grundiert worden ist«, Silikonkautschuk haftet normal erweis® nicht am anderen Stoffen. Daher kann das Epoxyd leicht fortgenommen werden.

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Claims

Ansprüche

1·) Matrize zur Herstellung einer halbkugeligen Lagerschalenhälfte, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Aluminiumlegierung besteht und sich aus einer flachen Grundplatte (10) und einer darauf befestigten Halbkugel (12) zusammensetzt, wobei die Halbkugel mit einem dünnen Film aus Silikonkautschuk (14-) überzogen ist, dessen Dicke durch eine sehr genau gearbeitete Gußform bestimmt ist.
2. Matrize nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumlegierung aus etwa 0,50 Prozent Si; etwa 0,50 Prozent Fe; etwa 3,8 bis 4,9 Prozent Cu; etwa 0,30 bis 0,9 Prozent Mn; etwa 0,50 Prozent Mg; etwa 0,10 Prozent Gr; etwa 0,25 Prozent Zn; etwa 0,15 Prozent (Ei und dem Rest Aluminium besteht.
3· Matrize nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Silikonkautschuküberzug der allgemeinen Formels

CH-.

Si-O I. CH,

CH, Si

CH,

wobei der Wert X so groß ist, daß das Molekulargewicht des Polymers zwischen 100 und 100 000 liegt.

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4, Verfahren zur Herstellung einer Lagerschale für gasge-■ lagerte Kreisel unter Verwendung der Matrize nach Anspruch 1_S gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschrittes

a) Herstellung einer grobgearbeiteten Lagerschale mit halbkugeliger Innenseite in einem Übermaß von einigen Tausendstel cm%

b) Ausstreichen des Inneren der Lagerschale mit einem flüssigen Bisphenol-Epichlorhydrin-Eposcyd-Kunstharz und einem Polyoxypropylenamin-Härter;

c) Aufdrücken der ausgestrichenen Lagerschale auf die Matrize und Festhalten in dieser Stellung, bis der dünne Harzfilm ausgehärtet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4-, gekennzeichnet durch ein Epoxydkunstharz nach der Strukturformel ζ

OH

HC -

GH-

OH

CH

0-CH₀-GH

² I

OH-

IH,

2 «6

CH

τ.

2,6

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mit X angenähert zwischen Λ und 2 und einen Härter nach der Strukturformel*

GH-

CH - GH₀ 0 -

OH« —

C.

OH₂

I³ GH -

MH,

wobei n angenähert zwischen 2 und 2,6 liegt.

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