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"Wälzlager-Anordnung mit einem druckbelasteten Beilagering und Verfahren
zur Herstellung des Beilageringes" Die Erfindung betrifft eine Wälzlager-Anordnung
mit mehreren nebeneinander auf einer Welle angeordneten Wälzlagern, einer auf der
Welle angeordneten Druckmutter zum Einstellen einer axialen Vorlast an den Wälzlagern
und einem Beilagering zwischen einem äußeren Wälzlager und der Druckmutter zum Entspannen
der Vorlast bei Temperaturanstieg in der Wälzlageranordnung.
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Nach der US-PS 3 528 713 ist eine schmelzbare Beilage für eine derartige
vorbelastete Wälzlager-Anordnung bekannt. Die Erfindung bedeutet eine Verbesserung
dieser bekannten Beilage, insbesondere im Hinblick auf Anforderungen, die die Luftfahrttechnik
stellt.
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Es wurde erkannt, daß die bekannte schmelzbare Beilage in dem Haupt-Kegelradgetriebe
innerhalb der Nabe eines Hubschraubers schon während der normalen Betriebstemperatur
einer Warmdehnung unterworfen wird, die unter Umständen zu einem Ausfall der Beilage
führt, so daß diese ersetzt werden muß. Die Beilage gemäß der Erfindung vermeidet
diesen Nachteil in Lösung der Aufgabe, mit dem Ausfall der Beilage Notlauf-Eigenschaften
zu verbinden.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Der zusammenfaltbare Beilagering besteht zweckmäßig aus einem mit
Kunstharz imprägnierten Glasfasergewebe und wird vorzugsweise zwischen zwei Ringplatten
eingebettet, von denen eine
mit einer Ringnut zu Teilweisen Aufnahme
des Beilageringes versehen ist. Um den Umfang des Beilageringes kann ein Kohleband
geschlungen werden, um zu verhindern, daß der Ring oder Bruchstücke von ihm beim
Zusammenfalten unter erhöhter Axiallast in die Wälzlager-Anordnung gelangen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Wälzlager-Anordnung
mit zwei verschiedenen Ausführungsformen für einen Beilagering dargestellt, und
zwar zeigen: Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine vorbelastete Lager-Anordnung,
ausgestattet mit einem Beilagering gemäß der Erfindung, Fig. 2: einen radialen Schnitt
durch den Beilagering mit seinen linken und rechten tragenden Ringplatten in vergrößertem
Maßstab, Fig. 3: eine Draufsicht auf den linken Tragring, Fig. 4: einen vergrößerten
Teilschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3, Fig. 5: eine Draufsicht auf den rechten
Tragring, Fig. 6: einen vergrößerten Teilschnitt entlang der Linie 6-6 in Fig. 5,
Fig. 7: eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines zusammenfaltbaren
Beilageringes, Fig. 8: einen Teilschnitt in vergrößertem Maßstab entlang der Linie
8-8 in Fig. 7, und Fig. 9: einen vergrößerten Teilschnitt durch den rechten Tragring
mit gegenüber Fig. 6 abgeänderter Konstruktion.
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Fig. 1 zeigt eine mit einem Kegelrad 12 einheitliche Hohlwelle 10
als Teil eines Kegelradgetriebes. Die Welle 10 ist in zwei Lagern 14 und 16 drehbar
gelagert, die zu beiden Seiten des Kegelrades 12 angeordnet sind.
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Das Lager 16 ist ein typisches Zylinderrollenlager mit einem inneren
Laufring 18 und einem äußeren Laufring 20, der von. einem Gehäuse 21 getragen wird.
Zwischen den Laufringen l8 und 20 sind Laufrollen 22 in üblicher Weise angeordnet.
Das Lager 16 ist ein handelsübliches Lager zur Aufnahme lediglich von Radiallasten.
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Die Wälzlager-Anordnung 14 besteht aus einem Satz von 4 Kugellagern
A, B, C und D mit langsgeteilten inneren Laufringen, die sowohl axiale wie auch
radiale Lasten aufnehmen können. Jedes Einzellager besteht aus einem geteilten inneren
Laufring 24, der auf Hohlwelleder aufgezogen ist, und einem äußeren Laufring 26,
der in dem die Welletragenden Gehäuse .21 montiert ist. Die Laufringe 24 und 26
haben gegenüberliegende Ringnuten zur Aufnahme der Kugeln 28. Es ist festzuhalten,
daß die vier Kugellager A bis D, die die Wälzlager-Anordnung 14 bilden, nebeneinander
auf die Hohlwelle 10 mit ihren inneren und äußeren Laufringen aneinanderstoßend
aufgezogen sind, wobei der innere Laufring des Lagers A an einer Schulter 32 der
Welle 10 und der äußere Laufring des Lagers D an einer Schulter 33 des Gehäuses
21 anschlägt. Auf diese Weise wird der axiale Druck der Schulter 32 auf der Welle
10 durch die verschiedenen Lagereinheiten auf die Schulter 33 des Gehäuses 21 Übertragen.
Der innere Laufring des Kugellagers D wird durch eine Spannmutter 36 gegen die inneren
Laufringe der anderen Lagereinheiten verspannt, und zwar über eine neue Beilagen-Anordnung
34 (Fig. 2), indem die Spannmutter 36 auf den Gewindeteil 38 der Welle 10 aufgeschraubt
wird. Die Spannmutter 36 greift eine Stirnfläche eines Zwischenringes 40 an, der
eine gegenüberliegende flache Stirnfläche 4 zum Angriff an der Beilagen-Anordnung
34 aufweist. Über die Spannmutter 36 kann die Wälzlager-Anordnung 14 einer bestimmten
Vorlast oder Vorspannung unterworfen werden.
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Die Erfindung richtet sich auf die Beilagen-Anordnung 34 und insbesondere
auf den Beilagering 42 sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. In Fig. 2
ist die Beilagen-Anordnung im Längsschnitt dargestellt, wobei der zusammenfaltbare
Beilagenring rechteckigen Querschnittes mit 42, die linke ringförmige Tragplatte
für den Beilagering mit 44 (Fig. 3 und 4), und die rechte ringförmige Tragplatte
mit 46 (Fig. 5 und 6) bezeichnet sind. Der linke Tragring 44 hat eine flache kreisringförmige
Stirnfläche 48 (Fig. 4),an der eine Stirnfläche des Beilageringes 42 anliegt. Ihre
gegenüberliegende Stirnfläche 50, die an dem inneren Laufring des Kugellagers D
anliegt, ist mit zwei Paaren von diametral gegenüberliegenden, gleichmäßig verteilten
radialen Schmiernuten 52 versehen. Der rechte Tragring 46 hat eine Stirnfläche 54,
die gegen die Stirnfläche 41 des Zwischenringes 40 anliegt, sowie eine gegenüberliegende
Stirnfläche 56, die mit einer Ringnut 58 versehen ist, um einen größten Teil des
Beilageringes 42 aufzunehmen.
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Der Beilagering 42 ist jedoch in axialer Richtung dicker als die Tiefe
der Ringnut 58, so daß zwischen der Stirnfläche 56 des rechten Tragringes 46 und
der Stirnfläche 48 des linken Tragringes 44 ein kleiner Zwischenraum eingestellt
ist, wenn der Beilagering in die Ringnut eingesetzt ist. Dieser Abstand ist in Fig.
2 mit 60 bezeichnet. Aufgrund dieser größeren Dicke des Beilageringes 42 wird dieser
dem vollen Klemmdruck der Druckschraube 36 unterworfen, um die Wälzlager-Anordnung
vorzubelasten, wobei er aber sowohl in axialer als auch in radialer Richtung abgestützt
ist.
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In Fig. 7 und 8 ist der Beilagering mit einem um seinen Umfang gelegten
Kohleband 62 dargestellt, das beim Zusammenfalten des Beilageringes ein Eindringen
von Ringmaterial zwischen die Lager-Laufringe verhindert. Dieses Band stellt somit
sicher, daß der Beilagering nach innen zusammenbricht.
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Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Ringnut 58 a in
radialer Richtung größer ist als die radiale Dimension des Beilageringes. Die radiale
Dicke der Ringnut 58 a erlaubt es, daß der Abstand 60 vollständig verschwindet,
wobei die Ringnut den vollständig zusammengefalteten Beilagering umschließt.
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Der tragende Bestandteil der erfindungsgemäßen Wälzlager-Anordnung
ist der Beilagering 42, ein aus einem Verbundwerkstoff aufgebauter Ring, der ähnlich
wie ein Heizwiderstand durch mehrfaches Aufwickeln eines schmalen Glasgewebebandes
auf sich selbst unter Imprägnierung und Stabilisierung mittels eines hochhitzebeständigen
Athoxylenharzes hergestellt ist. Das Glasgewebe hat kurze parallele Säulen aus Glasgarn
als Schußfäden, die von im rechten Winkel dazu verlaufenden kontinuierlichen Glasgarnen
als Kettfäden unterstützt sind. Die kurzen Schußfäden wirken als knicksteife Säulen,
die innerhalb des Kunstharzes stabilisiert sind und die Drucklast der Lager-Vorbelastung
aufnehmen. Der schmale Streifen des vor-imprägnierten Glasgewebes wird mehrfach
auf eine schmale Spule aufgewickelt.
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Als Alternative kann auch ein handelsübliches Glasgewebe benutzt werden,
das während des Aufwickelvorganges mit Kunstharz benetzt wird. Das aufgewickelte,
imprägnierte Glasgewebe wird dann unter Wärme und Druck ausgehärtet. Das in der
dargestellten Anordnung benutzte Kunstharz-System zum Stabilisieren des Glasgewebes
ist vom Typ Hexell F-161, wie es in der Spezifikation MIL-R-9 300 definiert ist
und das bei einer normalen Betriebstemperatur des Getriebes von ca. 150 °C verkettet
und stabilisiert. Je nach den Temperatur- und Druckbedingungen in der Umgebung der
Lager-Anordnung können auch andere Kunstharze verwendet werden. Nach dem Aushärten
wird der Beilagering innen und außen auf eine Dimension bearbeitet, daß er innerhalb
der Ringnut 58 im Tragring 46 eine angemessene Weite erhält, um einen vergleichsweisen
Raum einzustellen, in den der zusammengefaltete Beilagering sich einpressen läßt.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Wälzlager-Anordnung ist folgende:
Wenn die Schmierölversorgung innerhalb des Getriebegehäuses 21 ausfällt, steigen
sowohl die Beanspruchungen als auch die Temperaturen im Beilagering 42 an, womit
der Verbundring durch Zusammendrücken in einer Kurzzeit-Warmverformung ausfällt,
und zwar aufgrund der ansteigenden Druckbeanspruchung und Temperatur. Die Temperatur
steigt langsamer an als die Belastung, so daß - da der Temperaturanstieg zu einer
Verschlechterung der Festigkeit der Fiberglas-Säulen führt - der Ring nicht durch
Schmelzen, sondern durch Druck-Zerstörung ausfällt. Im normalen Betrieb wirken die
kurzen Schußfäden als steife Säulen, die durch die Kettfäden und den Kunstharz stabilisiert
sind. Unter anomalen Betriebsbedingungen nimmt die Knickfestigkeit der Säulen bei
steigender Temperatur ab, so daß sie unter einer ansteigenden Druckbelastung knicken
und sich zusammenfalten. Der Grund hierfür ist eine Entartung des Kunstharzes bei
der höheren Temperatur, die - unter einer hohen Druckbelastung - den Zusammenbruch
der Säulen begründet.
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Das Kohleband 62, das auf den Ringumfang aufgebracht wird, ist vorzugsweise
ein hochfester Strang aus Grafitwerg oder Grafitgewebe, das den offenen Zwischenraum
60 zwischen den beiden gegenüberliegenden Stirnflächen der Tragringe 44 und 46 abdeckt.
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Hierdurch wird erreicht, daß keine Bruchstückchen von Fiberglas die
Ring-Anordnung verlassen und die Kugellager in der Wälzlager-Anordnung verunreinigen,
wenn der Ring sich zusammenfaltet.
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Als neu ist der Einsatz wärmezerstörender Eigenschaften (Kurzzeit-Warmdehnung)
eines Verbundwerkstoffes anzusehen, um den Ausfall eines Beilageringes herbeizuführen
in der Weise, daß Bauteile der Kraftübertragung innerhalb eines Getriebes unter
widrigen Betriebsbedingungen weiter ihren Dienst erfüllen können; zugeschnittene
Eigenschaften der Beilagering-Anordnung dergestalt, daß eine kleine Differenz in
den Betriebsbedingungen eine unstabile Betriebsbedingung und einen sofortigen Ausfall
des
Beilageringes verhindert, wodurch bei der Anwendung der Erfindung in der Luftfahrttechnik
noch ein sicherer Landeflug ermöglicht ist; eine Kombination der Ausfallarten, um
einen Ausfall in einem derartigen Ausmaß zu begründen, daß eine annehmbare Kraftübertragung
auftritt und eine erforderliche Bewegung der inneren Laufringe der Lager erhalten
wird; Beginn des Ausfalls des Beilageringes durch Wärme-Zerstörung (Kurzzeit-Warmdehnung)
, indem bei der Herstellung eines Verbundstoff-Beilageringes die füllenden Schuß-Glasfäden
verkettet werden, wobei der Ausfall des Beilageringes aufgrund der ungeordneten
Lage der Glasfasern und der fortschreitenden Wärme-Zerstörung des Werkstoffes beschleunigt
wird.
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Naheliegende Abweichungen von Einzelheiten der dargestellten Konstruktion
liegen im Rahmen der Erfindung. Z. B. können fortschrittlichere Bestandteile benutzt
werden wie Gewebe aus Grafit oder andersartigen Stoffen. In dem beschriebnene Beilagering
wird eine Atlasköper-Bindung benutzt, die es erlaubt, den füllenden Schußfäden eine
maximale Festigkeit zu verleihen. Die übliche Viereck-Bindung kann verwandt werden,
die dem Ausknicken der Schußfäden bei Belastung wenig Widerstand entgegensetzt.
Es ist ebenfalls möglich, statt der billigen "E"-Glasfäden sogenannte "S"-Glasfäden
zu benutzen, um einen höheren Elastizitätsmodul zu erhalten und damit bei gleichen
Abmessungen höhere Kräfte zu übertragen.