DE2519878A1

DE2519878A1 - Lagersitzflaeche und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE2519878A1
Application number: DE19752519878
Authority: DE
Inventors: Stig Lennart Hallerbaeck
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1974-05-03
Filing date: 1975-05-03
Publication date: 1975-11-13
Also published as: GB1502996A; DE2519878C3; DE2519878B2; SE7405905L; IT1032782B; RO64814A; JPS5339949B2; JPS50157750A; SE383554B; FR2269657A1; FR2269657B1; DD117518A5

Description

SKF KlXiEIIiAGEFCPAERIKEN GMBH Schweinfurt, 30.4.1975

TPA/vH/gh

Lagersitzfläche und Verfahren zur Herstellung derselben

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagersitzfläche, insbesondere für Lager, die schwankenden Temperaturen ausgesetzt sind,und ein Verfahren zu deren Herstellung.

Bei Maschinen mit rotierenden Teilen, zum Beispiel bei elektrischen Motoren, ist es wichtig, daß der Rotor relativ zum Stator mit einer hohen Laufgenauigkeit in den Lagern gehalten wird, wobei gleichzeitig das Lager und die Lagersitzfläche derart beschaffen sein müssen, daß während der Betriebszeit der Maschine diese Genauigkeit gehalten wird, sich also nicht verändert. Aus diesem Grund darf das Spiel zwischen dem Außenring des Lagers (welches normalerweise ein Kugellager ist) und der Gehäusebohrung nur in kleinen Grenzen schwanken, denn nur so kann sich der Außenring des auf der Loslagerseite eingebauten Lagers unter Vermeidung unzulässiger Axialbelastungen axial in der Gehäusebohrung verschieben, wobei das Spiel so klein ist, daß gleichzeitig ein schädliches Wandern des Außenringes' auf seiner Sitzfläche vermieden ist.

Das Lagergehäuse oder Lagerschild mit der Lagersitzfläche, welches das Lager trägt, wird normalerweise aus Metall gefertigt, zum Beispiel aus Stahl, Gußeisen oder Aluminium. Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen ist es manchmal vorteilhaft, das Lagergehäuse oder »schild aus Kunststoff zu fertigen. In diesem Pail bereitet der große Unterschied zwischen dem Wärmedehnungskoeffizienten von Kunststoff und dem von Stahl (Wälzlager werden fast durchwegs aus Stahl gefertigt) große Schwierigkeiten, weil das Spiel zwischen dem Lageraußenring und der Lagersitzfläche in der Bohrung des Gehäuses größeren Schwankungen unterworfen ist. Bei niedrigen Temperaturen der Lagersitzfläche besteht die Gefahr, daß der Lageraußenring im Gehäuse festgeklemmt wird, so daß große axiale Belastungen auf das Wälzlager kommen. Dagegen wird das Spiel bei hohen Temperaturen so groß, daß der Außen-

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ring sich auf der Lagersitzfläche (Bohrung des Lagergehäuses oder -schildes) dreht, wodurch die Lagersitzfläche schnell verschleißt.

Ein weiterer Nachteil von Lagersitzfläehen aus Kunststoff ist darin zusehen, daß in Fällen, wo ein Preßsitz zwischen Außenring und Lagergehäuse oder -schild aus Kunststoff gewünscht wird, der Kunststoff infolge von Zug- und Druckspannungen fließt und der Preßsitz allmählich in einen zu losen Sitz übergeht.

Es ist bereits bekannt geworden, einen Stahlring in den Kunststoff des Lagergehäuses einzugießen, der denselben Wärmedehnungskoeffizienten aufweist wie der Werkstoff des Lagers, um diese Schwierigkeiten zu überwinden. Dieser Stahlring erhält dann durch Rillen oder ähnliche Oberflächenerhebungen eine feste Verankerung im Kunststoff. Ein derartiges Lagergehäuse wird natürlich allen Anforderungen entsprechen, sowohl hinsichtlich der Schaffung eines gleichmäßig guten Lagersitzes mit hoher mechanischer Festigkeit, als auch hinsichtlich Unabhängigkeit von Temperaturschwankungen. Der Nachteil einer solchen bekannten Lagersitzflache liegt aber in erster Linie darin, daß diese nur mit aufwendigen Fertigungsmitteln herstellbar ist. Die bekannte Lagersitzfläche wird nämlich hergestellt, indem der Stahlring, welcher Raumtemperatur hat, auf einen warmen Zapfen aufgesetzt wird und anschließend das Umgießen des Stahlrings mit Kunststoff erfolgt. Danach muß die Bohrung des Stahlringes, was recht teuer ist, überdreht werden.

Bei diesem bekannten Verfahren muß der Stahlring mit einem gewissen Spiel auf den Zapfen aufgesetzt werden, wobei dieses Spiel noch weiter vergrößert wird, wenn der Ring beim Spritzen oder Gießen des Kunststoffs auf Gußtemperatur, nämlich auf etwa 200 C, erwärmt wird jjder Zapfen weist von Anfang an bereits diese Temperatur auf, und zwar durch die vorhergehende Gußoperation). Der Stahlring wird also auf dem Zapfen hängen und dementsprechend eine eÄntrlsche Lage gegenüber dem Lagergehäuse oder Lagerschild einnehmen. Aufgrund dieses Umstandes ist es notwendig, den Stahlring im fertiggegossenen Lagergehäuse oder -schild einer teuren Nachbehandlung durch Drehen oder dgl. zu unterziehen.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine einfache und in der Herstellung billige Lagersitzfläche zu schaffen, die trotz variabler Lauftemperatur sich nicht relativ zum Lager verändert, so daß dauernd ein gleichbleibendes Spiel zwischen Lager und Lagersitzfläche eingehalten wird.

Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Lagersitzfläche, welche aus einem Gußwerkstoff, zum Beispiel Kunststoff, mit einem Wärmedehnungskoeffizienten* der unterschiedlich vom Wärmedehnungskoeffizienten des Werkstoffs des Lagers ist, besteht, wobei in diese ein schraubenförmig gewundenes Teil zwecks direkter Berührung zwischen diesem Teil und dem Lager eingespritzt oder eingegossen ist, dessen Werkstoff denselben Wärmedehnungskoeffizienten aufweist wie der Werkstoff des Lagers.

Die Lagersitzfläche wird geeigneterweise aus einem Kunststoff gefertigt, zum Beispiel einem Epoxidharz, während das Lager und das schraubenförmig gewundene Teil aus ein und demselben Werkstoff, zum Beispiel aus Stahl, bestehen.

In einigen Fällen ist es wünschenswert, daß das Lager elektrisch geerdet wird. Das schraubenförmig gewundene Teil kann dann vorteilhaft mit dem Ende eines elektrisch geerdeten Kabels verbunden werden, so daß eine geerdete Verbindung des Lagers hergestellt ist, denn das gewundene Teil stellt einen elektrisch leitenden Kontakt mit dem Lager her.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet auch ein Verfahren für die Herstellung der Lagersitzfläche. Dieses Verfahren besteht darin, daß das schraubenförmig gewundene Teil auf einen zylindrischen Zapfen oder in eine zylindrische Ausnehmung einer Gießform, welche den vorbestimmten Durchmesser aufweisen, auf- oder eingesetzt wird, wobei der Durchmesser des gewundenen Teils etwas kleiner als der des Zapfens oder etwas größer als die zylindrische Ausnehmung der Gießform ist, und ein Werkstoff mit einem unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten gegenüber dem des Werkstoffs des Lagers um das gewundene Teil zwecks seiner Befestigung in der Lagersitzfläche gespritzt wird.

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Um das gewundene Teil fest im Kunststoff der Lagersitzflache zu verankern, ist es vorteilhaft, daß dieses vor dem Umgießen auf eine geeignete Art und Weise gesäubert wird. Eine derartige geeignete Säuberung ist durch Sandstrahlen gegeben.

Die vorliegende Erfindung wird nun in ihren Einzelheiten in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei Fig. 1 schematisch das Verfahren der Herstellung der Lagersitzfläche zeigt, und Fig. 2 in einer graphischen Darstellung die Versuohsergebnisse zeigt, welche mit einer erfindungsgemäßen Lagersitzfläche und einer ähnlichen Lagersitzfläche, die Jedoch nur aus Kunststoff besteht, erhalten worden sind.

In Fig. 1 ist ein Zapfen 1 mit einem Durchmesser D. gezeigt. Ein schrauben« förmig gewundenes Teil 2 ist seitlich des Zapfens gezeigt, welches einen kleineren Durchmesser D_p aufweist. Mit einem leichten Druck kann dieses Teil 2 auf den Zapfen 1 geschoben werden, so daß das Teil einen Durchmesser entnimmt, der genauso groß ist wie der des Zapfens. Der mit dem gewundenen Teil ausgerüstete Zapfen 1 wird anschließend in die Gießform 5 eingeführt, so daß die Ausnehmung 4 gebildet ist. In diese Ausnehmung 4 wird ein Kunststoff, normalerweise ein aushärtbarer Kunststoff, gespritzt und somit nach der anschließenden Aushärtungsprozedur eine fertige Lagersitzfläche erhalten.

Die auf diese Weise hergestellte Lagersitzfläche hat einen Wärmedehnungskoeffizienten, der genauso groß ist wie der Wärmedehnungskoeffizient des gewundenen Teiles 2, Das gewundene Teil 2 besteht normalerweise aus Stahl, genauso wie der Außenring des Wälzlagers, welcher in das Lagersitzelement einzusetzen ist. Da der Kunststoff einen größeren Wärmedehnungskoeffizienten aufweist als Stahl und das Aushärten bei einer hohen Temperatur stattfindet, erhält das gewundene Teil aus Stahl nach dem Abkühlen eine Vorspannung im Lagersitzelement. Die Lagersitzfläche, welche durch das gewundene Teil aus Stahl und dem Grundkörper aus Kunststoff gebildet ist, besitzt somit einen wirksamen Wärmedehnungskoeffizienten, der genauso groß ist wie der einer Stahlzylinderfläche.

Da das gewundene Teil 2 vor dem Umgießen oder Umspritzen auf den Zapfen 1 gesetzt wird, liegt dieses Teil genau zentrisch an der Oberfläche des La-

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gersitzflache, und zwischen Teil 2 und dem festzusetzenden Außenring des Wälzlagers ist kein Kunststoff vorhanden.Diese Tatsache ist sehr wichtig, weil dadurch die Gefahr abgewendet ist, daß der Kunststoff infolge hoher Zug- oder Druckbeanspruchung im Kontakt zwischen Wälzlager und Lagersitzfläche zu fließen anfängt.

Die auf diese Weise gefertigte Lagersitzfläche benötigt keine weitere Nachbehandlung, weil der Durchmesser ohne weiteres in der vorgeschriebenen Größe hergestellt werden kann.

PUr einen versuch sind zwei Lagersitzflächen in Form von Ringen hergestellt worden, von denen der eine ausschließlich aus mit Siliziumpulver verstärktem Epoxidharz und der andere Ring aus demselben Werkstoff, Jedoch mit einem eingegossenen schraubenförmig gewundenen Teil aus Stahl entsprechend der vorliegenden Erfindung besteht.

Die Ringe sind bei 120⁰C für 20 Stunden ausgehärtet worden. Der Nenndurchmesser der Sitzfläche der Ringe ist 19.000 mm. Das gewundene Teil hat drei Windungen und 1st in der Bohrung des betreffenden Ringes eingegossen. Nach dem Ausbringen aus der Gießform sind die Ringe mehrere Male zwischen 20°C und 90°C erwärmt worden. Es zeigt sich, daß der erfindungsgemäße Ring (in seiner Wärmedehnung) dieselbe Kurve wie ein Stahlring aufweist und naoh Jedem Erwärmen wieder zu seinem Ausgangswert seines Durchmessers zurückkehrt.

Im Gegensatz hierzu schrumpft der mit Siliziumpulver verstärkte Kunststoffring zunächst in seinem Durchmesser auf einen Wert, der etwas unterhalb des Nennwertes liegt. Anschließend schrumpft dieser Kunststoffring bei Aufwännung bis zu 80°C sehr stark. Der Grund für dieses starke Schrumpfen ist darin zu sehen, daß die im Kunststoff vorhandenen Eigenspannungen bei der Erwärmung abgebaut werden. Zusätzliche Aufwärmvorgänge (Anlaßvorgänge) bewirken eine weitere Verkleinerung des Durohmessers·

Die graphische Darstellung nach Pig. 2 zeigt Versuohsergebnisse, die mit Ringen eines Nenndurohmessers von I9.OOO mm erhalten worden sind. Dabei gibt die Ordinate die Größe der Zu- oder Abnahme des Durohmessers an.

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Auf der Abzisse sind die entsprechenden Temperaturen der Ringe aufgetragen. Die Ringe sind bei 120 C ausgehärtet worden.

In der Figur 2 stellt die Kurve A die Meßergebnisse beim wiederholten Aufwärmen eines zylindrischen Stahlringes dar. Die Punkte B in der Darstellung zeigen die Werte eines erfindungsgemäß hergestellten Ringes. Die Kurve C zeigt die theoretischen Werte für einen Kunststoff ring und die Kurve E die tatsächlichen Werte, die mit einem Kunststoffring erhalten worden sind.

Aus der graphischen Darstellung geht hervor, daß es schwierig oder fast unmSglich ist, den endgültigen Durchmesser eines reinen Kunststoff-Ringes von vornherein festzulegen. Pur den Fall also, daß ein Ring aus reinem Kunststoff verwendet wird, muß die Größe seines wirksamen Durchmessers im Versuch bestimmt werden, denn dieser Durchmesser kann nicht von vornherein berechnet werden. Ein solches Problem besteht aber nicht mit dem Ring, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Normalerweise wird ein Wälzlager derart befestigt, daß der Außenring des Wälzlagers in einer Lagersitzfläche angeordnet ist, während der Innenring auf der umlaufenden Welle befestigt ist. Es kann aber auch der umgekehrte Fall auftreten. Dann wird die Lagersitzfläche für den Innenring entsprechend der vorliegenden Erfindung derart gegossen, daß das schraubenförmig gewundene Teil radial nach außen zeigt und auf der zylindrischen Mantelfläche des Lagersitzelementes angeordnet ist«, Auf dieser Mantelfläche sitzt dann der Innenring des Wälzlagers. Das gewundene Teil wird man in diesem Falle in die Ausnehmung der Gießform einsetzen, welche einen kleineren Durchmesser als das gewundene Teil aufweist; hier wird also nicht mehr das gewundene Teil auf einen zylindrischen Zapfen, der einen größeren Durchmesser als dieses Teil aufweist, gesetzt. Im übrigen ist das Verfahren genauso wie vorher beschrieben durchzuführen.

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Claims

SKF KtWEIIAGEHFAHtIKEN GMBH Schweinfurt, 30.4.1975

TPA/vH/gh

Patentansprüche

Γ 1.j Lagersitzfläche für Lager, die schwankenden Temperaturen ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einem Gußwerkstoff, zum Beispiel Kunststoff, mit einem Wärmedehnungskoeffizienten, der unterschiedlich vom Wärmedehnungskoeffizienten des Werkstoffs des Lagers ist, besteht, wobei in diese ein schraubenförmig gewundenes Teil zwecks direkter Berührung zwischen diesem Teil und dem Lager eingespritzt oder eingegossen ist, dessen Werkstoff denselben Wärmedehnungskoeffizienten aufweist wie der Werkstoff des Lagers.
2. Lagersitzfläehe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager und das schraubenförmig gewundene Teil aus ein und demselben Werkstoff hergestellt sind, zum Beispiel aus Stahl, während der Gußwerkstoff aus Epoxidharz besteht.
3. Lagersitzfläehe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schraubenförmig gewundene Teil mit einem Anschluß für elektrisch leitende Erdungs-Kabel versehen ist.
^. Verfahren zur Herstellung der Lagersitzfläehe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das schraubenförmig gewundene Teil auf einen zylindrischen Zapfen oder in eine zylindrische Ausnehmung einer Gießform, welche den vorbestimmten Durchmesser aufweisen, auf- oder eingesetzt wird, wobei der Durchmesser des gewundenen Teils etwas kleiner als der des Zapfens oder etwas größer als die zylindrische Ausnehmung der Gießform ist, und ein Werkstoff mit einem unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten gegenüber dem des Werkstoffes des Lagers um das gewundene Teil zwecks seiner Befestigung in der Lagersitzfläehe gespritzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gewundene Teil vor dem Setzen in die Ausnehmung der Gießform oder auf den Zapfen, zum Beispiel durch Sandstrahlen, gereinigt wird.

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