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Wälzlager mit Laufrin-en aus Kunststoff Die Erfindung bezieht sich
auf ein Wälzlager mit Laufringen aus Kunststoff, insbesondere aus thermoplastischem
Kunststoff, wie Polyacetalen oder Polyamiden, wobei mindestens ein laufring eine
Laufrille aufweist.
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Lager dieser Art haben den Vorteil, daß der Werkstoff der Lagerringe
chemisch beständig ist. Lager mit solchen Ringen werden meist mit Kugeln aus Glas
oder anderen chemisch beständigen Werkstoffen ausgerüstet. Lager aus Kunststoff
werden als Führungs- und Lagerungselemente bei kleinen Belastungen unter anderem
eingesetzt in der Galvanotechnik, Fotochemie, Wasseraufbereitung, Nahrungsmittelindustrie,
Dextilindustrie usw. Solche Lager benötigen keine besondere Schmierung. Sie können
direkt in den flüssigen oder gasförmigen Umgebungsmedien betrieben werden.
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Die Herstellung der lagerringe geschieht fast ausschließlich durch
Zerspanen von extrudierten Stangen aus Kunststoff, da bisher nur mit dieser Technologie
die erforderliche Herstellungsgenauigkeit erzielt werden konnte. Die Herstellung
durch Spritzgießen ist zwar versucht worden, ist jedoch aus folgenden Gründen bis
jetzt nicht befriedigend gelungen.
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Radialrillenkugellager haben Laufrillen, die durch wulstartige Vorsprünge
in der Spritzform geformt werden müssen, Die Entformung ohne Deformation des Werkstückes
erfordert mehrteilige Formen, die teuer sind und auch deshalb nicht ohne weiteres
angewendet werden können, weil sich die Nahtstellen der Formteile am Werkstück in
Form von Unebenheiten abdrücken, so daß die laufrillen nicht durchgehend glatt sind.
Es müßte deshalb eine Nachbearbeitung erfolgen, durch die der wirtschaftliche Vorteil
des Spritzgießens wieder aufgehoben würde.
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Es ist auch bekannt, Laufrille aus Kunststoff als Halbzeug im Spritzverfahren
herzustellen und anschließend daran die Laufrille durch Zerspanung des Werkstoffes
einzuarbeiten.
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Dieser Bearbeitungsvorgang ist kostspielig, so daß gegenüber einer
Herstellung aus vollem Material kaum eine Ersparnis erzielt wird0
Bekannt
ist auch eine Vorrichtung (DT-Gbm 6 752 236) zur Herstellung von Lagerringen aus
Kunststoff, die einen separaten Profilring für das Einformen der Laufrillen aufweist.
Dieser Profilring wird vom fertigen Werkstück dadurch abgedrückt, daß ein unsymmetrischer
Ausstoßer auf den Profilring einwirkt, so daß dieser in einer schrägen Lage vom
Werkstück abgleitet, Auch mit dieser Vorrichtung muß noch eine erhebliche Verformung
des Werkstückes erfolgen, die zu bleibenden Deformationen führt Der Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, eine Laufringform zu finden, die so beschaffen ist, daß sie
sich aus ungeteilten Formen ohne Beeinträchtigung der Maß- und Formgenauigkeit von
Bohrung, Außenfläche und Rille entformen läßt.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Laufrille
an mindestens einer Seite von einer biegbaren Lippe begrenzt ist und daß im Lippenbereich
ein Freiraum zum Abbiegen der Lippe ohne bleibende Verformung des Laufringes in
eine Lage vorhanden ist, in der der Laufring von einem einteiligen Formring abdrückbar
ist.
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Ein so ausgebildeter Laufring läßt sich dank einer speziellen
Zone
größerer Nachgiebigkeit ohne bleibende Deformation aus der Form entfernen. Beim
Herausdrücken aus der Form nämlich wird nicht der Laufring insgesamt verformt, sondern
nur der lippenförmige Bereich. Die Verformung des lippenförmigen Bereiches bleibt
deshalb ohne Einwirkung auf den Ring insgesamt, da ein Freiraum vorhanden ist, in
den die Lippe bei ihrer Deformation eintreten kann. Durch die erfindungsgemäße Formgebung
ist es erstmals ermöglicht worden, einen Laufring für ein Wälzlager mit einer ungeteilten
Form durch Spritzgießen herzustellen und dabei ein maß- und formgenaues Produkt
zu erhalten, In der Regel wird nur an einer Seite der Laufrille eine Lippe angeordnet,
über die dann das Herausziehen des Wulstes des Formringes erfolgt. Es kann aber
von Interesse sein, an beiden Seiten der Laufrille Lippen anzuordnen, z.B, dann,
wenn das Lager nach beiden Seiten hin durch weiter unten noch zu beschreibende Labyrinthdichtungen
abgedichtet werden soll. Im Falle eines Kugellagers sind beide Laufringe gemäß der
Erfindung ausgebildet. Es kann jedoch auch Anwendungsfälle geben, bei denen nur
ein Laufring gemäß der Erfindung ausgebildet ist, z.B. bei einem Kegelrollenlager.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Lippe
eine
kegelstumpfförmige Außenwand, die etwa parallel zum benachbarten Randbereich der
Rillenfläche verläuft. Man erhält dadurch eine besonders einfache Gestalt und damit
auch eine einfache Form des Werkzeuges, die sich gut entformen läßt. Die kegelstumpfförmige
Flache ist dabei vorteilhafterweise so geneigt, daß sich die Rippe zu ihrem freien
Ende hin verjüngt.
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Der Freiraum ist vorteilhafterweise durch eine zylindrische Ausnehmung
gebildet, die bis zum axialen Ende des lagerringes reicht. Hierbei kann der Durchmesser
der Ausnehmung bei einem Innenring kleiner und bei einem Außenring größer sein als
der jeweilige Durchmesser im Rillengrund. Diese Form für den Freiraum ist wiederum
besonders einfach und leicht zu entformen.
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Nach Passieren des Formwulstes über die Lippe hinweg ist keinerlei
Widerstand gegen die Entformung mehr vorhanden, wenn die genannten maßlichen Bedingungen
erfüllt sind.
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Der Freiraum kann auch durch einen ringförmigen, nach außen offenen
Einschnitt gebildet sein0 Vorzugsweise ist dieser Einschnitt so ausgebildet, daß
er sich nach außen erweitert.
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Diese Form des Einschnittes entspricht dem Platzbedarf, da ja die
Verlagerung des Lippenmaterials beim Aufbiegen der Lippe nach außen hin zunimmt,
so daß in den tiefen Bereichen
des Einschnittes weniger Freiraum
benötigt wird als im äußeren Bereich des Einschnittes.
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Bei einem Lager, bei dem die Wälzlager in einem Käfig gehalten sind,
kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Käfig zur Bildung einer Labyrinthdichtung
Vorsprünge aufweisen, die in den Freiraum hineinragen. In diesem Fall wird der Freiraum
noch zusätzlich ausgenutzt, um das Lager abzudichten. Pür diesen Fall kann es auch
vorteilhaft sein, wenn an beiden Seiten der Rille Lippen angeordnet sind0 Die Abdichtung
durch eine Labyrinthdichtung ist z.B. besonders vorteilhaft dann, wenn das Lager
in der Textilindustrie in einer Umgebung verwendet wird, in der viele Flusen anfallen,
wie z.B. in Spinnereien.
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Die Vorsprünge können in kegelstumpfförmigen Flächen untergreifen.
Dies ergibt eine besonders gut wirksame Labyrinthdichtung, Die Erfindung ist bei
allen Arten von Wälzlagern anwendbar, bei denen die Wälzkörper in mindestens einer
Rille laufen.
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Genannt seinen Radialrillenkugellager, Schrägkugellager, Zylinderrollenlager
und Kegelrollenlager.
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In der Zeichnung sind der Stand der Technik und Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt0 Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch einen bekannten
Außenring, wobei der Zustand vor vollständiger Entformung gezeigt ist, Fig. 2 eine
entsprechende Darstellung für einen Innenring, Fig. 3 einen Querschnitt durch einen
erfindungsgemäßen Außenring samt schematischer Darstellung von Teilen der Form im
Zustand vor der Entformung, Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung für
einen Innenring, Fig. 5 einen radialen Schnitt durch ein vollständiges Radialrillenkugellager
gemäß der Erfindung bei einer ersten Ausführungsform, Fig. 6 einen Radialschnitt
durch ein vollständiges Radialrillenkugellager gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung,
Fig. 7 einen Radialschnitt durch ein Kugellager,
bei dem der Rillenradius kleiner ist als der Kugelradius, Fig. 8 einen Schnitt durch
ein Kugellager, bei dem die Kugeln an ebenen Flächen anlaufen, Fig. 9 einen Radialschnitt
durch ein Zylinderrollenlager gemäß der Erfindung und Fig. 10 ein Radialschnitt
durch ein Kegelrollenlager gemäß der Erfindung, Anhand der Fig. 1 und 2 sollen zunächst
die Schwierigkeiten erläutert werden, die bisher eine befriedigende Herstellung
von Kugellagerlaufringen durch Spritzgießen verhindert haben0 Der Außenring 1 hat
eine äußere zylindrische Fläche 2 und eine innere zylindrische Fläche 3, in die
eine Laufrille 4 eingeformt ist. Der Laufring 1 ist durch Spritzgießen aus thermoplastischem
Kunststoff hergestellt worden. Die Laufrille 4 wurde durch einen Wulst 5 eines einteiligen
Formstückes 6 gebildet0 Wenn nun der Laufring 1 vom Formstück 6 durch einen Ausstoßer
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abgedrückt wird, entsteht eine starke Deformation des Bereiches des Laufrinles,
der sich links vom Wulst 5 befindet.
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Beim Abdrücken nämlich muß dieser Bereich des Laufringen über den
Wulst hinweggedrückt werden, wobei der Innendurchmesser des Laufringen auf den größten
Durchmesser des Wulstes 5 aufgeweitet wird. Hierzu sind so starke Deformationen
erforderlich, daß bleibende Formänderuneen am Laufring auftreten, d.h. dieser kehrt
nicht mehr in die in Fig. 1 bezeichnete Form zurück, Vielmehr bleibt eine kegelige
Deformation der ursprünglich zylindrischen Flächen 2 und 3 übrig. Außerdem wird
die Laufrille 4 deformiert.
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Entsprechendes gilt für die Herstellung eines Innenringes 8, wie er
in Fig0 2 gezeigt ist. Wenn der Ring über den Wulst 9 eines Formteiles 10 mit Hilfe
eines Ausstoßers 11 hinweggedrückt wird, erfolgt eine Stauchung des Ringes auf einen
Außendurchmesser, der gleich dem kleinsten Durchmesser des Wulstes 11 ist. Während
also bei der Entformung eines Außenringes eine Deformation infolge Zugbeanspruchung
des Werkstoffes entsteht, ist die Ursache für die Deformation bei der Herstellung
eines Innenringes eine übermaßigeDruckbeanspruchung0 Diese übermäßigen Beanspruchungen
werden vermieden, wenn die Laufringe erfindungsgemäß entsprechend den Fig. 3 und
4 ausgebildet
werden.
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Der Außenring 12 gemäß Fig. 3 hat wieder eine zylindrische Außenfläche
13 und eine zylindrische Innenfläche 14. Diese Flächen entsprechen den Flächen 2
und 7 des bekannten Ringes.
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Auch die Laufrille 15 entspricht der Laufrille 4 des bekannten Ringes.
Anders ist jedoch der links vom Wulst 16 des Formteiles 17 befindliche Bereich des
Ringes0 Dort befindet sich eine Ausnehmung 18, die einmal durch eine zylindrische
Fläche 19 und zum anderen durch eine kegelstumpfförmige Fläche 20 begrenzt ist.
Der Durchmesser der zylindrischen Fläche 19 ist ein wenig größer als der größte
Durchmesser des Wulstes 16. Die Kegelflache 20 verläuft in etwa parallel zu dem
linken äußeren Bereich der Rillenfläche 150 Die Neigung der Kegelfläche 20 ist jedoch
so, daß sich die Lippe 21, die einerseits durch die Kegelfläche 20 und andererseits
durch den linken Bereich der Fläche der Rille 15 begrenzt ist, nach außen hin etwas
verdickt.
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Wenn der Kugellagerring 12 mittels eines Ausstoßers 22 vom Formteil
17 in Richtung der Pfeile 23 abgedrückt wird, wird die Lippe 21 rein elastisch deformiert,
wobei sie in den Freiraum gedrückt wird, der aus der Ausnehmung 18 besteht. Hierbei
findet auch eine gewisse elastische Aufweitung des links vom Wulst 16 befindlichen
Ringteiles
insgesamt statt, Diese Deformation bleibt jedoch noch innerhalb der Proportionalitätsgrenze,
doh. innerhalb des rein elastischen Bereiches, so daß der Laufring 20 nach der Entformung
genau wieder die Gestalt annimmt, die in Fig. 3 gezeigt ist0 Der Innenring 24 (Fig.
4) hat eine der Ausnehmung 18 entsprechende Ausnehmung 25 als Freiraum für das Eintreten
einer Lippe 26, die auch hier wieder durch eine kegelstumpfförmige Fläche 27 und
die Rillenfläche 28 begrenzt ist. Bei der Ausstoßen des Ringes 24 aus dem Formteil
29 mit Hilfe eines Ausstoßers 30 wird die Lippe 26 in den Freiraum 25 hineingedrückt
und der links vom Wulst befindliche Bereich des Ringes insgesamt etwas radial zusammengedrückt,
wobei auch diese Zusammendrückung im elastischen Bereich bleibt und so bleibende
Deformtionen des Laufringes vermieden werden.
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In Fig, 5 ist ein komplettes Lager dargestellt, das aus laufringen
12 und 24 gemäß der Erfindung, Kugeln 31 und einem Kugelkäfig 32 zusammengesetzt
ist. Die Kugeln 31 und der Käfig 32 bestehen vorzugsweise ebenfalls aus einem Material,
das chemisch beständig ist, die Kugeln 31 z.B. aus Glas und der Käfig 32 beispiel4eweise
aus elastischem Kunststoff0
Bei der Ausführungsform eines Lagernach
Fig. 6 ist ein insgesamt mit 33 bezeichneter Kuglkäfig verwendet. Dieser Kugelkäfig
hat einen äußeren Vorsprung 34, der in den Freiraum 18 hineinragt und einen inneren
Vorsprung 35, der in den Freiraum 25 ragt. An jedem Vorsprung befindet sich eine
Zuschärfung 36 bzwO 37, die unter die zugeordnete Lippe 21 bzwO 26 faßtO Durch das
Zusammenwirken des Kugelkäfigs 33 mit den Lagerringen entsteht eine Labyrinthdichtung.
Verunrelnigungen, wie z.B. Flusen, könnten von links her bis zu den Laufflächen
nur über enge gekrümmte Spalte vordringen, was einen sehr guten Schutz des Lagers
gegen Verunreinigung mit sich bringt.
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Auch der Käfig 33 ist vorzugsweise ein Kunststoffspritzteil0 Auch
auf der rechten Seite des L'ägers könnte sich eine Labyrinthdichtung befinden, wenn
auch dort Lippen entsprechend den Lippen 21 und 26 vorhanden wären. Auch eine solche
Ausführungsform ist möglich wenn ein geteilter Käfig verwendet wird. Bei vielen
Anwendungsfällen wird es jedoch genügen, wenn nur eine Seite abgedichtet ist, nämlich
immer dann, wenn der Einbau des Lagers so erfolgt, daß die Gefahr einer Verschmutzung
nur von einer Seite her droht,
Die Erfindung wurde bis jetzt am
Beispiel eines Radialrillenkugellagers beschrieben, bei dem die Rillenform genau
an die Kugeln angepaßt ist, d.h. der Radius des Rillenquerschnittes ist gleich dem
Radius der Kugeln, Fig. 7 nun zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Rillenradius
nicht mit dem Kugelradius übereinstimmt, sondern kleiner ist als der Kugelradius.
Im übrigen unterscheidet sich das Lager nach Fig, 7 nicht vom Lager nach Fig. 6.
Entsprechendes gilt für Fig0 8, gemäß der der Querschnitt der Laufrillen jeweils
aus drei Geraden zusammengesetzt ist. Die Kugeln laufen also hier an kegeligen Flächen
an.
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Fig. 9 zeigt eine Zylinderrollenlager mit einem Innenring 40, einem
Außenring 41, zylindrischen Wälzkörpern 42 und einem Rollenkäfig 43. Die Laufrillen
44 und 45 haben jeweils einen rechteckigen Querschnitt, so daß jede Laufrille eine
zylindrische Lauffläche 46 und Schultern 47, 48 für den axialen Anlauf der Zylinderrollen
42 aufweist. Die Lauffläche 47 befindet sich an einer Lippe 48, die durch einen
Freiraum 49 vom übrigen Material des Laufringes getrennt ist. Der Freiraum 49 ist
durch einen nach außen offenen Einschnitt gebildet, dessen innerer Bereich 50 einen
rechteckigen Querschnitt und dessen äußerer Bereich 51 einen trapezförmigen Querschnitt
aufweist,
so daß sich der Einschnitt 49 nach'außen hin erweitert.
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Aus der Betrachtung der Zeichnung ist klar, daß der Freiraum 49 ein
Wegbiegen der Lippe 48 gestattet, wobei die Biegung hauptsächlich im Bereich der
schwächsten Stelle 52 stattfindet0 Wenn man diese Biegestelle als Gelenk betrachtet,
ist klar, daß die äußeren Bereiche der Lippe 48 einen größeren Weg zurücklesen als
die weiter innen liegenden Bereiche. Dem ist durch die Erweiterung des Einschnittes
49 nach außen hin Rechnung getragen.
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Der Innenring 40 ist entsprechend ausgebildet, so daß sich dessen
Beschreibung erübrigt.
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Fig. 10 zeigt ein Kegelrollenlager mit einem Innenring 53, einem Außenring
54 und Kegelrollen 55. Der Außenring 54 hat eine kegelige Lauffläche 56, während
sich im Innenring 53 eine Laufrille 57 befindet, die wiederum eine kegelige Laufhat
fläche 58 und Anlaufschultern 59, 60; Die Anlaufsohulter 59 befindet sich an einer
Lippe 70, die in den Freiraum 71 abgebogen werden kann. Die Gestaltung des Freiraumes
entspricht also den bereits beschriebenen Ausführungsformen nach den Fig.
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5 bis 8o