DE2335701A1

DE2335701A1 - Kugellageranordnung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2335701A1
Application number: DE19732335701
Authority: DE
Inventors: John William Black
Original assignee: PEMCO KALAMAZOO; PEMCO-KALAMAZOO INC
Current assignee: Standex International Corp
Priority date: 1972-07-14
Filing date: 1973-07-13
Publication date: 1974-01-24
Also published as: DE2335701C2; US3807817A; GB1408706A; CA989455A

Description

Petento Dlp!.-ing.E.Eder

K. Schieschke

Pemco-Kalaraazoo Inc.,
Kalamazoo, Michigan/USA

Kugellageranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Für die fast unbegrenzte Anzahl von Fällen, wo Reibung möglichst klein sein soll, wurden bereits die verschiedensten Kugellager und Kugellageranordnungen entwickelt. Dennoch wird weiter versucht, die Leistungsfähigkeit derartiger Lageranordnungen zu erhöhen und gleichzeitig die Herstellungskosten zu senken. Von besonderer Bedeutung ist dies, wenn die Lager in großen Stückzahlen hergestellt werden,

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beispielsweise für Laufrollen, Förderräder, Rollwagen oder -karren oder für die Räder ähnlicher Wagen. Wenn beispielsweise pro Stunde einige Hundert oder mehr dieser Lageranordnungen gefertigt werden, führt schon eine geringfügige Verringerung der Stückkosten zu relativ großen Einsparungen und zwar sowohl für den Hersteller dieser Lager als auch für den Verarbeiter oder Verbraucher. Da andererseits diese Lageranordnungen praktisch in allen Anwendungsfällen eine kritische Rolle spielen, darf selbst bei Kosteneinsparungen die Qualität nicht leiden.

Die Lebensdauer eines Lagers, und damit auch diejenige des anmontierten Rades, wird bekanntlich ganz erheblich von der Größe des Lagerspieles beeinflußt. Wenn die Lagerteile mit zu großem Anfangsspiel zusammengesetzt werden, verkürzt sich die Lebensdauer des Lagers entsprechend. Der unnötige Schlag, das gegenseitige radiale oder axiale Spiel in den Lagerteilen, oder der Lagerteile gegenüber dem sie tragenden Rad, führt einen Verschleiß herbei oder beschleunigt diesen, der lediglich das Spiel vergrößert. Dies rührt daher, daß die losen Teile bei normaler Verwendung des Rades oder der Konstruktion, in der sie verwendet werden, aufeinander schlagen können. Diese beschleunigte Lagerzerstörung macht sich besonders bei erschwertem Einsatz bemerkbar, z.B. bei Laufrollen.

Es ist eine weit verbreitete Ansicht, daß unzulässig großes Spiel bei kostengünstigen Lageranordnungen toleriert werden muß. Die Benutzer, beispielsweise Supermärkte, akzeptieren deshalb den Ausfall der Einkaufswägelchen schon nach relativ kurzer Zeit, z.B. nach weniger als 2 Jahren und bei ganz normaler Anwendung.

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Bei einem Versuch wurde eine Lageranordnung mit mittleren Toleranzen ausgewählt. Es handelte sich um eine bei Einkaufswägelchen übliche Lagerkonstruktion. Dieses Lager wurde während einer Testperiode vollkommen zerstört, in der bei einer Lageranordnung gemäß der Erfindung überhaupt kein Verschleiß oder gar Zerstörung wahrnehmbar war, wobei die erfindungsgemäße Lageranordnung der gleichen Behandlung ausgesetzt war wie das bekannte Lager.

Viele der Mängel bekannter Lagerkonstruktionen rühren daher, daß die einzelnen Teile nicht mit der für eine lange Lebensdauer erforderlichen Toleranz hergestellt sind. Beispielsweise sind die Lagerlaufflächen zu klein, so daß sie sich in ihren Sitzen bewegen können. Da gewöhnlich die Lagerl'aufflächen gehärtet sind, die Sitze aber nicht, erkennt man den Verschleiß meist sofort an den zu großen Sitzen. Bei Anwendung von Distanzstücken zwischen zwei Lagern sind die Rotationsebenen nicht mehr parallel oder es entstehen Exzentrizitäten. Um ein Fressen der Lager auf der Achse zu vermeiden, muß man in solchen Fällen mit etwas zu großen Lagern oder zu kleinen Achsen arbeiten. Dies führt zu vorzeitigem Verschleiß, der zu unzulässig großem Spiel, Schlag des Lagers und schließlich zur vollkommenen Zerstörung führt.

Die Nabenkonstruktionen der Räder, in die die Lager eingesetzt sind, sind oft ungenau unrund oder besitzen andere Mangel. Die Lageranordnung spiegelt sofort diese Mängel des Rades wieder, in dem sie angeordnet ist. Wenn zwei voneinander getrennte Lager ein Rad auf einer Achse abstützen, versucht man meist die Radnabe an den beiden Enden aufzubohren oder auszuräumen, damit darin eine genauere und dichtere Aufnahme der äußeren Laufflächen möglich wird. Oft sind jedoch schon

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diese beiden Gegenbohrungen zueinander exzentrisch und ebenso oft entstehen Schultern an nicht parallelen Ebenen, so daß auch die Lager nicht mehr parallel sind, die an diese Schultern angrenzen.

Durch die Erfindung wird somit eine Lageranordnung geschaffen, die die konzentrische und drehbare Lagerung eines üblichen Rades auf einer Spindel oder Welle gestattet. Die erfindungsgemäße Lageranordnung eignet sich besonders für Laufrollen oder dergl., die normalerweise aus irgendwelchen Gründen einer groben Behandlung ausgesetzt sind.

Durch die Erfindung wird eine Lageranordnung geschaffen, bei der mindestens zwei Lager auf der Welle im Abstand angeordnet sind.

Außerdem ist die erfindungsgemäße Lageranordnung von relativ einfacher Konstruktion und kann dadurch schnell, genau und mit geringen Kosten montiert werden. Die Lageranordnung kommt mit einem Minimum an Teilen aus, wobei jedes Teil so ausgeführt ist, daß es die Festigkeit der Lageranordnung mit dem Zusammenbau erhöht.

Zur ausführlicheren Erläuterung wird auf die Zeichnung Bezug genommen. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer vollständigen Laufrolle gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie IL-II in Fig. 1, Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht zu Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2 und Fig. 5 eine Teilansicht zu Fig. 2 mit einer modifizierten Lagerkonstruktion und -montage.

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Fig. 1 zeigt eine schwenkbare Laufrolle 10 mit einem umgekehrten, U-förmigen Rahmen 11 mit zwei parallelen Schenkeln 12 und 13 (Fig. 2), die ein Rad 14 beidseitig lagern. In der zentralen Öffnung 16 des Rades ist eine Lageranordnung 17 montiert. Durch die Lageranordnung 17 und durch zwei fluchtende Öffnungen 18 und 19 in den Schenkeln 12 bzw. 13 des Rahmens geht eine Achse 20.

Die Lageranordnung 17 enthält eine hohle, thermoplastische Büchse 21, die in der Öffnung 16 angebracht ist. An den gegenüberliegenden axialen Enden der Plastikbüchse 21 befinden sich radiale Flansche 22, 23, die den radialen, inneren Rand der axialen Radenden überlappen und eine axiale Relativbewegung zwischen Büchse 21 und Rad 14 verhindern. Am inneren Rand der gegenüberliegenden Enden der Büchse 21 befinden sich zwei ringförmige Ausnehmungen 24, 26 und definieren einen zentralen Abschnitt 27 von geringerem Innendurchmesser. Die Büchse 21 weist mehrere axiale Nuten 28 (Fig. 4) auf, die gleichmäßig in geringem Abstand angeordnet sind. Diese Nuten verbessern die Wärmeableitung und verringern außerdem die zur Herstellung der Büchse 21 erforderliche Menge Plastikmaterial.

Die Achse 20, die eine zentrale Öffnung 31 besitzt, ist in der hohlen Büchse 21 angebracht. Die Achse 20 weist einen mittleren Abschnitt 25 von größerem Durchmesser auf, der an den Enden Schultern 29, 30 besitzt (Fig. 2). Der erweiterte Abschnitt der Achse 20 ist gegenüber dem reduzierten Abschnitt 27 der Büchse 21 radial innerhalb angeordnet. Die axialen Enden der Achse 20 besitzen vor dem Zusammenbau der Lager 36 und 37 reduzierte, unterschiedliche Durchmesser 32, 33 und 34, 35.

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Zwischen den äußeren Laufflächen 38 bzw. 39 und den inneren Laufflächen 41 bzw. 42 der Lager 36 bzw. 37 befinden sich Lagerkugeln 43. Die äußeren Laufflächen 38 und 39 sind in den ringförmigen Ausnehmungen 24 und 26 der Büchse 21 angebracht. Die inneren Laufflächen 41 und 42 sitzen auf den Abschnitten 32 bzw. 33 mit reduziertem Durchmesser der Achse 20 dicht neben den Schultern 29 bzw. 30. Die ringförmigen Ausnehmungen 24 und 26 sind so geformt, daß die äußeren Laufflächen ihrem Umriß angepaßt sind. Die axialen, inneren und ringförmigen Ränder 44 und 46 der inneren Laufflächen werden während der Herstellung vorzugsweise leicht verjüngt ausgeführt, während die Abschnitte 32 und 33 der Achse 20 geringfügig gegeneinander divergieren.

Der Innendurchmesser der inneren Laufflächen ist etwa gleich dem Außendurchmesser der voneinander getrennten Enden der Achsabschnitte 32 und 33 mit reduziertem Durchmesser. Bei Bewegung der inneren Laufflächen gegen die Schultern 29 und 30, werden deshalb die verjüngten Ränder 44 und 46 radial nach außen gedrückt, so daß sie die Lagerkugeln 43 dicht festhalten, ohne sie zu behindern.

Die axialen Enden der Achsabschnitte 32 und 33 sind kalt bearbeitet oder gegeneinander umgenietet, so daß ringförmige, nach außen gerichtete Flansche (z.B. Flansch 47 in Fig. 3) entstehen, die dicht an der Außenseite der Laufflächen 41 bzw. 42 angreifen und sie dadurch an der Schulter 29 bzw. halten.

Die ringförmigen Flansche 50 bzw. 51 der ringförmigen Gewindeoder Staubabschirmungen 48 bzw. 49 sitzen dicht auf dem reduzierten Endabschnitt 34 bzw. 35 der Achse 20. Die Abschirmungen 48 und 49 können aus Metall oder aus Plastik bestehen.

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Auf das gegenüberliegende Ende der Büchse 21 sind ringförmige Schmiermittelabdichtungen 52, 53 montiert, die von der Büchse radial nach innen gehen und auf den Staubabschirmungen 48, 49 schleifen. Die Schmiermittel- und Staubabdichtungen verhindern so zusammen das Austreten von Schmiermittel aus den Lagern 36 und 37.

Die Lageranordnung 17 mit der Achse 20, der Büchse 21 und den Lagern 36 und 37 wird zusammen mit den Abschirmungen 48 und und den Schmiermittelabdichtungen 51 und 52 zwischen die Schenkel 12 und 13 des Rahmens 11 gebracht, wobei die Öffnung 31 über die Achse 20 mit der Öffnung 18 bzw. 19 im Schenkel 20 bzw. 13 des Rahmens 11 fluchtet. Durch die Öffnungen 18, 19 und 31 wird eine Welle 56 eingeschoben, wodurch das Rad 14 und die Lageranordnung 17 an den Schenkeln 12 und 13 des Rahmens 11 angebracht sind. Die gegenüberliegenden Enden 57 "und 58 der Welle 56 werden umgenietet oder auf andere Weise erweitert, so daß die Welle 56 nicht mehr aus dem Rahmen 11 herauskann.

Fig. 5 zeigt eine alternative Lageranordnung 17A. Die übrigen Teile, die der Lageranordnung 17 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugsziffern und dem angehängten Buchstaben A versehen.

Die Achse 2OA besitzt mehrere radiale Bohrungen 59, die innen mit einer ringförmigen Nut 60 und außen mit dem Raum zwischen der Achse 2OA und der Büchse 21A in Verbindung stehen. Eine axiale Öffnung 61 der Welle 56A ist mit einem radialen Durchlaß 62 verbunden, der zur Nut 60 und dann zu den Bohrungen 59 führt. Durch die Durchlässe 61, 62 und 59 kann so Schmiermittel für die Lager 36 und 37 eingebracht werden.

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Die Achse 2OA unterscheidet sich von der Achse 20 dadurch, daß eine ringförmige Nut 63 am reduzierten Endabschnitt 35A neben dem Ende der Achse 2OA vorhanden ist, und den inneren Rand der ringförmigen Schmiermittelabdichtung 53A aufnimmt. Eine ähnliche Abdichtanordnung ist am anderen Ende der Achse 2OA vorgesehen.

Die Büchse 21A ist durch ringförmige Ausnehmungen, wie etwa die Ausnehmung 26A modifiziert. Diese ist radial erweitert und nimmt einen flexiblen oder elastischen Ring 64 auf, der zwischen der äußeren Lauffläche 39A und der relativ steifen Büchse 21A als Stoßdämpfer wirkt.

Die Abschirmung 49A besitzt keinen mittleren Flansch und gleitet einfach auf jedem Ende der Welle 56A.

Beim Zusammenbau der Lageranordnungen 17 bzw. 17A werden die äußeren Laufflächen 38 bzw. 39 in die ringförmigen Ausnehmungen 24 bzw. 26 eingefügt und die Achse 20 durch die mittlere Öffnung der Büchse 21 geschoben. Man bringt eine Reihe von Kugeln 43 auf die äußeren Laufflächen 38 und 39, worauf die innere Lauffläche 41 bzw. 42 auf den reduzierten Durchmesserabschnitt 32 bzw. 33 der Achse gebracht wird. Die inneren Laufflächen 41 bzw. 42 müssen normalerweise unter Kraftanwendung auf den divergierenden Flächen der Abschnitte 32 bzw. 33 verschoben werden, wodurch sie über die Haftreibung auf der Achse 20 festgehalten werden. Der innere Randabschnitt 44 bzw. 46 der Lauffläche 41 bzw. 42 ist vorzugsweise so verjüngt, daß die radiale Außenfläche annähernd zylindrisch ist. Bei Bewegung der Randabschnitte 44 und 46 auf den Wellenabschnitten 32 und 33 werden die radialen Außenflächen der Randabschnitte 44 und 46 nach außen in eine annähernd zylindrische Lage

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eng neben den Lagerkugeln 43 gebracht. Das Ende der Abschnitte 32 und 33 der Achse 20 wird umgenietet, so daß Flansche 47 entstehen _r die eine unbeabsichtigte Trennung der inneren Laufflächen von der Achse 20 verhindern und dadurch die Lageranordnung zusammenhalten.

Die Lageranordnung 17 läßt sich schnell an ein Rad 14 montieren, wobei die Büchse 21 in die Öffnung 16 des Rades 14 geschoben wird. Die axialen Endabschnitte der Büchse werden dann nach außen erweitert, etwa unter Wärmeanwendung, so daß Flansche entstehen, die über die Mitte des Rades 14 die Büchse in der Öffnung 16 festhalten.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 wird das absorbierende Stoßdämpfermaterial 64 vor dem Einbringen der äußeren Lauffläche 39A in die ringförmige Ausnehmung 26A gebracht. Ansonsten stimmt der Zusammenbau im wesentlichen über ein.

Die erfindungsgemäße Lageranordnung wurde in einer Laufrolle eines Einkaufswagens unter erschwerten Betriebsbedingungen getestet. In einem Test, dem sogenannten Aufpralltest, wird der Wagen auf einer Fläche horizontal hin- und hergeschoben, die eineinach oben ragenden Vorsprung aufweist, gegen den ein Rad des Wagens immer wieder kräftig gestoßen wird. Dadurch werden das Rad und seine Lageranordnung bei jefem Aufprall des Rades auf den Vorsprung starken radialen Schlagen ausgesetzt.

Der gleiche Test wurde an der Laufrolle eines Einkaufswagens durchgeführt, der mit einer bekanlai Lageranordnung ausgerüstet war.

Bei einem anderen Vergleichstest, einem sogenannten Stoßtest, wurden die Lageranordnung gemäß der Erfindung und eine bekannte Lageranordnung in gleiche Räder eingebaut, die sich frei drehen konnten, aber nicht schwenkbar waren. Die Räder wurden dann

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gleichzeitig am Umfang abwechselnd erst in der einen und dann in der anderen axialen Richtung mindestens einmal pro Sekunde unter Druck gesetzt.

Die Werte in den folgenden Tabellen geben unter den Überschriften "Beginn"(A,B,C) und "Ende" (X,Y,Z) die Größe der Bewegung an, die in den Lageranordnungen bei Versuchsbeginn und bei Versuchsende vorhanden ist. Die Werte A und X (Fig. 3) beziehen sich lediglich auf die axiale Beweglichkeit. Die Werte B und Y (Fig. 2) beziehen sich auf die Größe der Abweichung des Radumfanges von Rad 14 und beinhalten deshalb auch eine gewisse axiale Beweglichkeit. Die Werte C und Z (Fig. 2) beziehen sich auf das radiale Spiel, d.h. die radiale Beweglichkeit von Achse 20 und 21. Alle Werte sind in Millimetern angegeben.

Tabelle I (Aufpralltest - 5336 Schläge)

Lager gemäß der Erfindung

Beginn A = 0,3 B = 0,64 C = 0,3

Bekanntes Lager

Beginn
A = 0,38
B = 0,51
C = 0,30

Ende
X = 1 ,57 Y = 4,75 Z = 1 ,57

Tabelle II (Stoßtest)

Lager gemäß der Erfindung 11 250 000 Schläge) Beginn A = 0,3 B = 0,64 C = 0,3

Ende X = 0,91 Y = 1,14 Z = 0,46

Bekanntes Lager
(500 000 Schläge)

Beginn A = 0,38 B = 0,51 C = 0,30

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Ende
X = 2,34 Y = 6,99 Z = 3,35

Patontanwäfte DJpL-mg. E. Eder DIpI.-Ing. K. Schieschke

8 München 13, ElisabethstraBe

Claims

PatentanwBta Dipl.-«ng. ^. Eder blpl-lng. K. Schieschke München 13. ElisabethstraBe34 f|

Patentansprüche

Kugellageranordnung für einen Körper mit einer zentralen Öffnung, in der eine starre Zylinderbüchse angeordnet ist, deren Innendurchmesser an jedem der beiden axialen Enden zur dichten Aufnahme von je einer äußeren Lauffläche etwas erweitert ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine hohlzylindrische Achse, die an jedem Ende Schultern mit ga?ingerem Durchmesser aufweist, konzentrisch in der Büchse vorgesehen ist, an den Enden aus dieser herausragt und an den beiden Schultern dicht von je einer inneren Lauffläche umschlossen ist, die mit den beiden äußeren Laufflächen ausgerichtet sind, daß der an die inneren Laufflächen angrenzende, ringförmige Rand verjüngt ist und die Achse dicht umschließt, daß die inneren Laufflächen gegen Verschiebung sicher auf der Achse gehalten sind und daß in an sich bekannter Weise zwischen je einer inneren und einer äußeren Lauffläche Lagerkugeln vorhanden.sind·
2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper mit der zentralen Öffnung als Rad ausgeführt ist, daß die Enden der Öffnung im Rad gegeneinander divergieren

und daß die Büchse aus Plastikmaterial besteht und ihre Enden radial in die Divergenz der Radöffnung ragen.
3. Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere und die äußere Lauffläche im Querschnitt L-förmig sind und daß ihre Flansche praktisch parallel laufen.

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4. Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Abschnitte der Achse an der abgewandten Achsseite der
inneren Laufflächen gegen diese genietet sind und dadurch eine Halterung bewirken.
5. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Büchsenabschnitt mit reduziertem Durchmesser mehrere voneinander getrennte und nach innen offene Nuten parallel
zur Achse aufweist.
6. Lageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten in dem reduzierten Abschnitt gleichmäßig voneinander getrennt sind.
7. Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ringförmige Staubabschirmungen mit flanschförmigen,
zentralen Öffnungen vorgesehen sind, in denen die gegenüberliegenden axialen Enden der Achse dicht sitzen und gehalten
sind, und daß die Staubabschirmungen radial über die Büchse
hinausragen und gegen diese axial vasetzt sind.
8. Lageranordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch zwei ringförmige Schmiermittelaufnehmer, deren Rand an den gegenüberliegenden axialen Enden der Büchse angebracht ist, und
durch die Anordnung der radialen inneren Ränder der Aufnehmer so, daß sie an den angrenzenden Abschnitten der Staubabschirmungen gleiten.
9. Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse mindestens eine radiale Öffnung in dem Abschnitt mit reduziertem Innendurchmesser aufweist und daß eine ringförmige Nut in der Wand die zentrale Öffnung begrenzt, wobei die Nut mit dem inneren Ende der radialen Öffnung in Verbindung steht.
10. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen zur Herstellung eines mit einer Kugellageranordnung versehenen Rades, dadurch gekennzeichnet, daß eine thermoplastische Büchse mit einer zentralen Öffnung versehen wird, die an einem von den beiden Enden abgesetzten Abschnitt einen reduzierten Innendurchmesser aufweist, so daß ringförmige Schultern entstehen, daß die Endabschnitte der Büchse radial nach außen geöffnet und auf die erweiterten Abschnitte der Öffnung im Rad gedrückt werden, daß zwei äußere Laufflächen dicht an jedem Ende der Büchse gegen die Schultern eingesetzt werden, daß eine hohlzylindrische Achse mit radialem Abstand in die Büchse eingebracht wird, wobei die Achsenden gegeneinander konvergieren, daß eine Anzahl von Lagerkugeln in die äußeren Laufflächen gebracht wird, daß zwei innere Laufflächen auf die Endabschnitte der Achse gedrückt werden, so daß sie auf den Lagerkugeln rollen und die angrenzenden Endabschnitte der inneren Laufflächen voneinander weggedrückt werden, wobei die angrenzenden Endabschnitte der inneren Laufflächen gegeneinander verjüngt ausgeführt sind, und daß die Endabschnitte der Achse gegen die inneren Laufflächen vernietet werden, so daß die inneren Laufflächen an den Lagerkugeln gehalten werden.

Patentanwälte

DIpL-lna^E. Eder

Dlpl.-lng.jyKSc/iieschke

β Manchen IMMunethstraBe

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Leerse

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