DE2249248A1

DE2249248A1 - Lagerauskleidung und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2249248A1
Application number: DE2249248A
Authority: DE
Inventors: David Frederick Green; Derrick Douglas Parker
Original assignee: Vandervell Products Ltd
Current assignee: Federal Mogul Shoreham Ltd
Priority date: 1971-10-08
Filing date: 1972-10-07
Publication date: 1973-04-12
Also published as: IT968774B; FR2155640A5; GB1407405A

Description

Lagerauskleidung und Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Lagerauskleidung und Verfahren zu deren Herstellung.

Zylindrische Lager in Form von Buchsen oder Halbschalen werden allgemein zur Lagerung von Wellen verwendet. Derartige Auskleidungen sind jedoch nicht in der Lage, eine axiale Bewegung der Welle zu verhindern, wenn nicht Druckflansche vorgesehen,werden, die die Kosten der Lagerauskleidungen wesentlich erhöhen.

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Druckscheiben mit einer geringen konischen Form, d.h. einem Neigungswinkel zwischen 176 und 179 werden ebenfalls üblicherweise zur Aufnahme einer axialen Last einer Welle verwendet und sind an eine ebene Fläche der Welle angepaßt. Die Scheiben sind mit einer geringen konischen Form versehen, um eine geringe axiale Bewegung der Welle während der Montage zu ermöglichen und bei der Benutzung werden die Scheiben durch den Angriff an der Welle abgeflacht. Derartige Scheiben ergeben keine radiale Festlegung der Welle und können nicht für einen kegelstumpfförmigen Drehzapfen verwendet werden, da der Winkel der Scheiben derart ist, daß zwischen der Scheibe und dem Drehzapfen eine Blockierung auftreten würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerauskleidung zu schaffen, die eine Welle entgegen radialen und axialen Kräften lagert und dennoch eine einfache Form hat, so daß ihre Kosten mit denen einer einfachen zylindrischen Auskleidung vergleichbar sind.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Auskleidung kegelstumpfförmige oder im wesentlichen kegelstumpfförmige innere und äußere Flächen hat, deren Neigungswinkel in dem Bereich 10 bis 160° liegen.

Vorzugsweise liegt der Neigungswinkel im Bereich 60 bis 140°.

Die Auskleidung kann eine Buchse oder eine Halbschale sein.

Die Unterlage kann eine innere und/oder eine äußere Schicht aus Lagermaterial haben.

Durch die Erfindung wird auch ein Lagergehäuse geschaffen, bei dem die Welle von zwei Lagerauskleidungen getragen

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wird, die in entgegengesetzten Richtungen abgeschrägt sind, so daß die Welle sich frei drehen kann, jedoch radial und axial festliegt.

Weiterhin wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Lagerauskleidung entsprechend einer der obigen Ausgestaltungen geschaffen, bei dem ein flaches bogenförmiges Rohstück mit Gesamtabmessungen entsprechend der erforderlichen fertigen Auskleidung in eine gekrümmte Form mit kegelstumpfförmigen inneren und äußeren Flächen gebogen wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 5 beispielsweise erläutert. Es zeigt;

Figur 1 eine Draufsicht einer Lagerauskleidung mit kegelstumpfförmigen inneren und äußeren Flächen,

Figur 2 einen Querschnitt der Auskleidung in Figur 2,

Figur 3 einen Querschnitt durch ein Lagergehäuse, in dem eine Welle in Lagerauskleidungen gemäß der Erfindung gelagert ist, und

Figur 4

und 5 je einen Querschnitt durch ein Lagergehäuse unterschiedlicher Ausführungsform, in dem eine Welle in Lagerauskleidungen gemäß der Erfindung gelagert ist.

Die Figuren 1 und 2 der Zeichnungen zeigen eine Lagerauskleidung in Form einer Spaltbuchse 10. die kegelstumpfförmige innere und äußere Flächen 11 und 12 mit gleichem Neigungswinkel von 100° hat. Die Buchse besteht aus einem geschichteten Material und hat eine innere Schicht aus Epoxiharz und faserigem Politetrafluoräthilen, und

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einer äußeren Stahlunterlage 14 besteht. Obwohl bei dem obigen Beispiel ein Neigungswinkel von 100 angegeben wurde, kann dieser allgemein zwischen 100 und 160 und vorzugsweise zwischen 60 und 140 liegen.

Das Verfahren zur Herstellung der Buchse besteht darin, daß ein gerades Rohstück mit den Abmessungen, die der erforderlichen Buchse entsprechen, aus einem Streifen oder einer Bahn geschichteten Materials ausgeschnitten wird. Das gerade Rohstück wird dann in der Ebene des Rohstücks gerollt, um ein flaches gebogenes Rohstück herzustellen, wie es Figur 3 zeigt. Das flache gebogene Rohstück wird dann weiter gerollt, so daß es in eine Buchse gebogen wird, wie sie die Figuren 1 und 2 zeigen, die kegelstumpfförmige innere und äußere Flächen hat.

Statt durch Rollen ein gerades gebogenes Rohstück zu bilden, um ein flaches gebogenes Rohstück herzustellen, kann auch ein gebogenes Rohstück aus dem geschichteten' Material ausgeschnitten werden. Außerdem können die Rohstücke dadurch in eine Buchse geformt werden, daß sie gepreßt oder gepreßt und gerollt werden. Vorzugsweise werden Auskleidungen mit kleineren Neigungswinkeln durch Rollen und solche mit größeren Neigungswinkeln durch Pressen gebildet.

Die obigen Verfahren gelten in gleicher Weise für die Herstellung von Halbschalen wie Buchsen. Die Auskleidung kann auch aus anderen Schichtmaterialien, z.B. einer Stahlunterlagen mit einer metallischen Lagerschicht wie Bleibronze hergestellt werden. Weiterhin kann die Auskleidung eine äußere Lagerschicht und eine innere Unterlage oder äußere und innere Lagerschichten mit kegelstumpfförmlgen Flächen auf einer Zwischenschicht haben. Es wurde festgestellt, daß Auskleidungen, die durch Rollen gebildet werden, eine geringe antiklastische Kurvenform haben, so daß bei einem Querschnitt

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durch die Achse der Auskleidung die Innenseite leicht konvex und die Außenseite leicht konkav ist. Die Flächen weichen somit von genauen kegelstumpfförmigen Flächen ab, sind jedoch im wesentlichen kegelstumpfförmig.

Das Vorhandensein einer etwas gebogenen Lagerfläche an der Auskleidung kann von Vorteil sein, wenn wegen der Herstellungstoleranzen eine geringe Differenz zwischen den Neigungswinkeln der Lagerfläche und des Lagerzapfens besteht. Bei einer flachen Lagerfläche würde eine Linienberührung an der einen Kante der Auskleidung auftreten, die zu einer höheren Abnutzungsgeschwindigkeit an der Kante führen würde, während bei einer leicht gekrümmten Lagerfläche die Linienberührung in der Mitte der Auskleidung auftritt und die Abnutzungsgeschwindigkeit daher niedriger ist.

Figur 4 zeigt ein Gehäuse 16, in dem eine Welle 17 drehbar angeordnet ist. Die beiden gegenüberliegenden Wände des Gehäuses haben-axial fluchtende öffnungen 18, die mit kegelstumpfförmigen Sitzen 19 versehen sind, die aus dem Gehäuse nach außen weisen. In jedem Sitz 19 ist eine Spaltbu.chse IO angeordnet, wie sie oben beschrieben wurde. Die Welle 17 .erstreckt sich durch die öffnungen und in jeder öffnung ist ein Drehteil 20 an der Welle befestigt, das eine kegelstumpfförmige Fläche 21 hat, die an der kegelstumpfförmigen Lagerfläche einer Buchse 10 angreift.

Das rechte Drehteil 20 ist an der Welle durch einen Sprengring 22 in einer Nut in der Welle gegen eine Bewegung nach rechts festgelegt. Das linke Ende der Welle endet in einem Gewindezapfen 23, auf dem eine Platte 24 durch eine Mutter 25 gehalten wird. Die Platte hat einen Umfangsrand 26, der an der linken Seite des benachbarten Drehzapfens 20 angreift und die Mutter 25 ist auf dem Gewindezapfen festgezogen, um die Drehteile 20 mit

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ihren jeweiligen Buchsen 10 in Eingriff zu halten. Die Welle 17 kann sich somit in keiner der axialen Richtungen bewegen, jedoch drehen. Zwischen den Drehteilen 20 der Welle befindet sich ein Ritzel 27 zum Antrieb eines nicht gezeigten Mechanismus.

Figur 5 der Zeichnungen zeigt eine weitere Ausführungsform des Gehäuses 28 mit einer öffnung für eine Welle mit zwei entgegengesetzt gerichteten kegelstumpfförmigen Sitzen 30. Zwei Hülsen 10 sind in dem Sitz 30 angeordnet und die Welle hat zwei Drehteile 31 mit kegelstumpfförmigen Flächen, die den kegelstumpfförmigen Lagerflächen der Buchsen angepaßt sind. Die Drehteile sind durch nicht gezeigte Ausgleichsscheiben getrennt, um eine richtige Anpassung zwischen den kegelstumpfförmigen Flächen der Drehteile und der Buchsen sicherzustellen, und die Drehteile werden mit den Buchsen und gegen eine Bewegung längs der Welle durch eine Mutter 32 gehalten, die auf die Welle aufgeschraubt ist und die Drehteile gegen eine Schulter 33 an der Welle drückt. Die Welle kann sich somit drehen, wird jedoch an einer axialen Bewegung in beiden Richtungen gehindert.

Bei jeder der beiden obigen Ausfuhrungsformen können Ausgleichsscheiben oder Vorsprünge vorgesehen werden, um die Buchsen in ihren jeweiligen Sitzen zu halten oder die Buchsen können an ihren Sitzen befestigt sein.

Bezeichnet man mit F die axiale Last, mit F_R die radiale Last, mit F die Resultierende der axialen und der radialen Last normal zu der geneigten Fläche und mit 0 den Konuswinkel und nimmt man an, daß der optimale Lastzustand dann erreicht wird, wenn die Resultierende der axialen und der radialen Last senkrecht zu der geneigten Fläche verläuft, dann ist die Resultierende durch die folgende Gleichung gegeben:

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-t

Der Neigungswinkel, der sicherstellt, daß diese Resultierende rechtwinklig wirkt, ist gegeben durch:

θ = tan ~^λ (F_X/F_R)

Es ist notwendig, daß die Resultierende rechtwinklig zu der geneigten Fläche verläuft, um die Scherkräfte zu vermindern, d.h. die Kräfte parallel zu der Lagerflache auf dem Lagermaterial in mehr als eine Richtung. Eine übermäßige Scherkraft kann zu einer starken Abnutzung der Lagerfläche führen und auch die Auskleidung aus ihrem Gehäuse drücken.

Bei einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform ist eine Fahrradnabe an der üblichen Achse unter Verwendung zweier Buchsen, wie sie zuvor beschrieben wurden, befestigt. Die Buchsen sind in Sitzen an den Enden der Nabe angeordnet und weisen nach außen. Die Achse hat kegelstumpfförmige Laufflächen, die den Lagerflächen der Buchsen angepaßt sind. Die Nabe kann sich somit auf der Achse drehen, wird jedoch an einer axialen Bewegung gehindert.

In diesem Falle ergeben sich Scherkräfte auf die Lager aufgrund der Drehung des Rades und der von dem Farrad getragenen Last. Die Kräfte werden wesentlich erhöht, wenn das Fahrrad während einer Kurvenfahrt geneigt und der Neigungswinkel des Lagers wird für axiale und radiale Kräfte unter diesen Bedingungen berechnet. Ein geeigneter Neigungswinkel für diese Bedingungen ergibt sich in dem Bereich von,10 bis 20 .

Die Auskleidungen könnten auch eine kontinuierliche Ringform haben, wobei die Auskleidungen mit großem Neigungswinkel aus flachen ringförmigen Rohstücken gepreßt werden könnten.

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Claims

Patentansprüche

Lagerauskleidung bestehend aus einer Unterlage und einem Lagermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (10) kegelstumpfförmige oder im wesentlichen kegelstumpfförmige innere und äußere Flächen (11, 12) hat, deren Neigungswinkel in dem Bereich 10 bis 160° liegt.
2. Lagerauskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Flächen (11, 12) in dem Bereich 60 bis 140° liegt.
3. Lagerauskleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (10) als Buchse ausgebildet ist.
4. Lagerauskleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (10) als Halbschale ausgebildet ist.
5. Lagerauskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschicht (13) innerhalb der Unterlage (14) liegt.
6. Lagerauskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschicht (13) außerhalb der Unterlage (14) liegt.
7. Lagerauskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Lagerschicht (13) innerhalb und außerhalb der Unterlage (14).
8. Lagerauskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagermaterial (13) ein Kunststofflagermaterial ist.

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9. Lagerauskleidung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagermaterial (13) ein Epoxiharz ist, das Politetrafluoräthilen in Faserform ist.
10. Lagerauskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagermaterial (13) ein
Lagermetall ist.
11. Lagerauskleidung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagermetall Bleibronze ist.
12. Lagerauskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage aus Stahl
besteht.
13. Lagergehäuse, in dem ein Lager von zwei Lagerauskleidungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche getragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerauskleidungen (10) in entgegengesetzten Richtungen abgeschrägt sind, so daß sich die Welle (17, 19) frei drehen kann, jedoch in radialer und axialer Richtung festliegt.
14. Lagergehäuse nach Anspruch 13, wobei die Auskleidungen innere Lagerflächen haben, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16, 28) kegelstumpfförmige Sitze (19, 30) hat, in die die Auskleidungen eingreifen, und daß die
Welle kegelstumpfförmige Lagerzapfen (20, 31) hat, die an den kegelstumpfförmigen Lagerflächen (11) der Auskleidungen (10) angreifen.
15. Lagergehäuse nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch
lösbare Mittel, um die Auskleidungen (10) in den Sitzen (19, 30) zu halten.
16. Lagergehäuse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbaren Mittel aus Unterlagscheiben oder Vorsprüngen bestehen.

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17. Lagergehäuse nach Anspruch 13, wobei die Auskleidung eine äußere Lagerfläche hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle kegelstumpfförmige Sitze hat, an denen die Auskleidungen angreifen, und daß das Gehäuse kegelstumpfförmige Lagerflächen hat, die an die Lagerflächen der Auskleidungen angepaßt sind.
18. Verfahren zur Herstellung einer Lagerauskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein flaches bogenförmiges Rohstück (15) mit Gesamtabmessungen entsprechend der erforderlichen fertigen Auskleidung (10) in eine gekrümmte Form mit kegelstumpfförmigen inneren und äußeren Flächen gebogen wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegevorgang durch Rollen und/oder Pressen des Rohstücks durchgeführt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das bogenförmige Rohstück durch Rollen eines geraden Rohstücks hergestellt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das bogenförmige Rohstück aus einem Materialstreifen in Bogenform ausgeschnitten wird.

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