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Wellenlager und Verfahren seines Zusammenbaues 5 In der Vergangenheit
wurden die meisten Lagerbockgehäuse aus Metall, wie z. B. Stahl, aufgebaut. Dies
war der Fall bei allen außer den kleineren Lagern. Bei gewissen Anwendungen und
Einbauten sind jedoch die Metallgehäuse nicht zufriedenstellend, da sie dazu neigen,
übermäßig zukorrodieren, insbesondere in Einbauten, wo die Lagerböcke Wasser ausgesetzt
sind, das ein oder mehrere aktive Chemikalien enthält, wie es insbesondere angetroffen
wird in chemischen Verarbeitungsbetrieben, kommerziellen Küchen und Betrieben der
Lebensmittelverarbeitung. Die Korrosion erzeugt häufig Flächenbereiche auf oder
in dem Lagergehäuse, auf denen sich Schmutz und andere Fremdstoffe ansammeln können
und die Nährböden für das Wachstum von Bakterien bilden. Ferner kann die Korrosion
den Lagerbock daran hindern, ein optimales Betriebsverhalten zu liefern, sie kann
häufige Wartung erfordern und vorzeitiges Versagen hervorrufen. Einige Einbauten
brauchen, obgleich sie verhältnismäßig große Lagerböcke erfordern, nur verhältnismäßig
geringe
Lasten zu tragen, und daher ist die Festigkeit, die durch Stahl oder Gußeisen geboten
wird, nicht notwendig.
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Trotz des fehlenden Bedürfnisses nach der Festigkeit von Stahl und
Gußeisen wurden diese Lager und Lagerböcke dennoch benutzt, da zufriedenstellende
und zuverlässige Lager aus anderen Materialien nicht verfügbar waren. Es ist deshalb
eine der Hauptaufgaben der vorliegenden Erfindung, Lager oder Lagerbockaufbauten
zu schaffen, in denen die Gehäuse aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sind
und in denen der Lagereinsatz, entweder Kugel- oder Rollenlager, aus Metall oder
einem anderen geeigneten Lagermaterial bestehen kann.
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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung wird ein Wellenlager oder
Lagockaufbau geschaffen, bei dem ein Kunststoffgehäuse vorgesehen ist, das in zwei
oder mehreren einzelnen Teilen hergestellt wird, und bei dem diese Teile miteinander
verschmolzen oder verschweißt werden, um einen einheitlichen und einstückigen Gehäusekörper
zu bilden, der den Lagereinsatz an der richtigen Stelle festhält, jedoch seine nachträgliche
Ausrichtung mit der Welle gestattet.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren der Herstellung
und des Zusammenbaus von Lagerbockgehäusen geschaffen, bei dem mehrere getrennte
Teile des Gehäuses aus Plastikmaterial hergestellt, der Lagereinsatz und die Gehäuseteile
zusammengebaut und die Gehäuseteile durch Ultraschall verschmolzen oder zusammengeschweißt
werden, wobei der Lagereinsatz
an der richtigen Stelle in einer
Weise gesichert wird, die es gestattet, den Lagereinsatz während des Einbaus ohne
weiteres mit der Welle auszurichten.
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Nach einem weiteren Merkmal wird ein Lagerbock der vorgenannten Art
geschaffen, dessen Teile ohne enge Toleranzen leicht und wirtschaftlich hergestellt
werden und dann zwecks Schaffung enger Toleranzen zusammengebaut und zusammengeschmolzen
werden können, der wirkungsvoll der Korrosion widersteht unter den meisten Betriebsbedingungen
in den chemischen und nahrungsmittelverarbeitenden Betrieben, und der unter normalen
Betriebsbedingungen eine lange, im wesentlichen wartungsfreie Lebensdauer hat.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus
der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen ersichtlich.
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Fig. 1 ist ein Aufriß eines Flanschlagers, das die gegenwärtige Erfindung
darstellt Fig. 2 ist ein Querschnitt des Flanschlagers, das in Fig. 1 gezeigt wurde,
wobei der Schnitt entlang der Linie 2-2 der letzteren Figur gelegt wurde; Fig. 3
ist eine vergrößerte Teilansicht des Querschnitts des in den Fig. 1 und 2 gezeigten
Lagers, wobei der
vergrößerte Bereich durch den Kreis in Fig. 2
angezeigt ist; Fig. 4 ist ein Aufriß der Seite, die der in Fig. 1 gezeigten gegenüberliegt;
Fig. 5 ist ein Seitenaufriß eines Lagerbockes, der die gegenwärtige Erfindung verkörpert.
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Fig. 6 ist eine Draufsicht des Lagerbockes, der in Fig. 5 gezeigt
ist; Fig. 7 ist eine Schnittansicht des in den Fig. 5 und 6 dargestellten Lagerbockes
nach der Linie 7-7 der Fig. 3; und Fig. 8 ist ein Aufriß eines weiteren Modells
eines Flanschlagers, das die gegenwärtige Erfindung verkörpert.
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Die Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 5 hat ein Flanschlager 10,
ein Lagergehäuse 12, einen Lagereinsatz 14 und eine in dem Lagereinsatz gelagerte
Welle 16. Der Lagereinsatz ist herkömmlich aufgebaut; bei dem dargestellten Lagereinsatz
handelt es sich um ein Kugellager, bei dem die Kugeln und der Käfig zwischen einem
äußeren und einem inneren Laufring angeordnet sind. Die meisten Details des Lagereinsatzes
sind
in bezug auf die gegenwärtige Erfindung unwichtig; jedoch ist
die periphere Oberfläche des äußeren Laufringes in einer Art gewölbt, die im Fach
häufig als sphärisch bezeichnet wird.
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Andere Arten von Lagereinsätzen als der in den Zeichnungen gezeigte
können verwendet werden, um besonderen Anwendungs-und Einbauerfordernissen zu genügen.
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Das Gehäuse 12 besteht aus einem Hauptkörper 20, der Flansche 22 und
24 mit einem Loch 26 in jedem der Flansche hat, um Bolzen 28 und 30 aufzunehmen.
Die Bolzen erstrecken sich durch die Löcher und werden in einem Gewindeloch 32 in
einer Wand 34 einer Maschine oder einem anderen tragenden Aufbau aufgenommen. Eine
Verstärkungsbuchse 35 kann in jedem der Flanschlöcher verwendet werden, und eine
Kappe 36 kann benutzt werden, um die Schrauben zu umgeben und zu schützen. Ein Schmiernippel
37 ist in der Seitenwand des Körpers 20 angeordnet und mit dem Hohlraum des Lagers
über einen Durchgang 38 verbunden. Der Schmiernippel wird gesichert durch ein Gewinde
oder andere geeignete Befestigungsmittel an Ort und Stelle gehalten. Die innere
Oberfläche 40 des Gehäusekörpers ist gekrümmt, um der äußeren Oberfläche des Lagereinsatzes
zu entsprechen, und erlaubt somit dem Lagereinsatz eine Bewegung um seine Querachse,
um ein Ausrichten des Lagereinsatzes in bezug auf die Welle zu gestatten, wenn das
Lager zusammengesetzt wird. Der Lagereinsatz wird auf seinem Platz auf der Welle
16 durch einen Kragen 45 gehalten, der fest an seinem Platz am Ende der Welle gehalten
wird durch eine Vielzahl von Madenschrauben
52, die sich durch
ihn hindurcherstrecken und auf der Oberfläche der Welle aufsitzen. Das Schmiermittel
wird im Lagerhohlraum auf einer Seite durch eine Gummidichtung 54 zurückgehalten,
die auf der Welle auf der inneren Seite der Wandung 34 angeordnet ist, und auf der
anderen Seite durch eine abnehmbare Kappe 56, die aus Metall oder Kunststoff, auch
durchsichtigem Kunststoff, bestehen kann.
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Der Lagereinsatz wird in dem Körper an seinem Platz gehalten durch
einen Käfig 60, der auf einer ringförmigen Oberfläche 62 in einer ringförmigen Ausnehmung
64 sitzt. Die Zwischenoberfläche des ringförmigen Käfigs ist gewölbt, um der peripheren
Oberfläche des Lagereinsatzes zu entsprechen und ein Justieren oder Ausrichten des
Lagereinsatzes in bezug auf die Welle in der gleichen Art wie beider Oberfläche
40 des Körpers zu erlauben, obgleich zunächst die innere Oberfläche des Körpers
und des Käfigs nicht eng toleriert zu sein brauchen.
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Eines der Hauptmerkmale der gegenwärtigen Erfindung ist der Aufbau
des Körpers 20 und des Käfigs 60 aus Kunststoffmaterial, wie z. B. thermoplastischem
Material oder irgendeinem anderen geeigneten Kunststoffmaterial, dessen Teile durch
das hierin erwähnte Ultraschallschmelzverfahren zusammengefügt werden können. Der
Kunststoffkörper und der Käfig sind unter Benutzung konventioneller Verfahren, vorzugsweise
Spritzguß, geformt, um die gewünschte Form der Lagergehäuseteile zu schaffen. Wenn
das Lager eingebaut wird, wird es zusammengesetzt,
indem man den
Lagereinsatz auf die innere Oberfläche 40 des Körpers setzt und dann den Käfig 60
an seinen Platz setzt und somit den Lagereinsatz in dem Hohlraum einfaßt oder einschließt,
wobei die sphärische Oberfläche des Lagereinsatzes in Berührung mit den sphärischen
Oberflächen des Körpers steht.
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In diesem Stadium des Zusammenbaus ist der Käfig normalerweise mit
Zwischenraum zur Oberfläche des Lagereinsatzes angeordnet, aber er steht mit dem
Gehäusekörper an der Fläche oder Zwischenfläche in Berührung, wo die beiden Teile
verbunden werden sollen.
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Das in dieser Weise zusammengebaute Lager wird unter Benutzung von
Bolzen 28 und 30 eingebaut, die das Gehäuse an einem tragenden Aufbau, wie beispielsweise
der Wand 34, befestigen.
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Nachdem der Lagereinsatz auf der Welle an seinem Platz befestigt worden
ist, wird der Kragen 50 dagegen angezogen, um den Einsatz in der richtigen Stellung
zu halten. Obgleich der Lagereinsatz eng in den Hohlraum des Gehäuses paßt und an
den inneren sphärischen Wandungen des Körpers und Käfigs anliegt, ist er dennoch
in der Lage, sich ausreichend um seine Querachse zu drehen, um während des Einbaus
von Lager und Welle eine wirkungsvolle gegenseitige Ausrichtung des Lagereinsatzes
und der Welle für optimales Betriebsverhalten zu ermöglichen. Das mit Ultraschall
arbeitende Verfahren ist in der einschlägigen Technik bekannt und ergibt ein augenblickliches
Schmelzen zwischen den sich berührenden Zwischenflächen der beiden Teile des Lagergehäuses.
Da ein einstückiger Gehäuseaufbau
gebildet wird, wird der Lagereinsatz
durch die sphärische Wölbung auf dem Käfig und dem Umfang des Lagereinsatzes und
Flansches 66 permanent im Gehäuse gehalten, und es ist normalerweise nicht möglich,
Teile des Lagers zu ersetzen, wenn der Lagereinsatz oder das Gehäuse unbrauchbar
werden.
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Wenn die Lagerteile in der vorbeschriebenen Art zusammengesetzt sind,
besteht der nächste Schritt aus einem Ultraschallschweißverfahren, um den Körper
20 und den Käfig 60 einstückig und dauernd zusammenzufügen, so daß die beiden Teile
in Wirklichkeit ein einziges Teil bilden, das den Lagereinsatz in dem Gehäuse einschließt.
Dabei wird durch Verschmelzen der sich berührenden Oberflächen des Körpers 20 und
des Käfigs 60 in der Zwischenfläche 62 bewirkt, daß die beiden Teile fest aneinander
haften und zu einem einzigen Teil werden. Das Horn der Ultraschallschwingungseinrichtung
wird in Berührung mit dem Käfig gebracht, und beim Inbetriebsetzen veranlaßt es
den Käfig, sich auf die Wölbung der Oberfläche des Lagereinsatzes 14 aufzusetzen
und sich ihr anzupassen, und erzeugt Schmelzen an der Zwischenfläche 62, um den
Körper und den Käfig zusammenzuschweißen. Da Körper und Käfig normalerweise aus
dem gleichen Kunststoffmaterial bestehen, bildet der endgültige Gehäuseaufbau, bestehend
aus Körper und Käfig, danach ein einheitliches dauerndes Gefüge.
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Bei dem Ultraschallverfahren werden der Körper und der Käfig aus thermoplastischem
Material den Schwingungen ausgesetzt,
die einen Anstieg der Temperatur
an der Zwischenfläche zwischen den beiden Teilen hervorrufen. Der Temperaturanstieg
wird durch zwischenmolekulare Reibung hervorgerufen und ist ausreichend, um örtliches
Schmelzen und eine chemische Bindung hervorzufen, was eine gleichmäßige Schweißnaht
zwischen den Teilen ergibt. Die meisten thermoplastischen Materialien können in
dieser Weise geschweißt werden, und eine Anzahl von Kunststoffmaterialien sind für
den vorliegenden Lageraufbau geeignet, bei dem die Teile des Gehäuses und des Käfigs
durch das obige Ultraschallverfahren verbunden werden. Zu diese gehören Polyester,
Nylon und andere Kunststoffe für allgemeine und technische Anwendungen. Die Ausrüstung
umfaßt den Gebrauch eines Ultraschallgebers, der elektrische Energie in mechanische
Schwingungsenergie umwandelt, in Kombination mit einem Wandler, der an einem Horn
angebracht ist, das gewöhnlich speziell für die jeweilige Anwendung ausgelegt ist.
Die vorgenannte Ausrüstung ist im Handel erhältlich, und ihre Einzelheiten sinc
für die Beschreibung des Aufbaus und des Verfahrens hinsichtlic der vorliegenden
Kunststoff-Lageranordnung unwichtig. Während das Verfahren und die Ausrüstung wohlbekannt
und der öffentlick keit verfügbar sind, werden mehr ins einzelne gehende Informationen
in bezug auf das Verfahren, die Ausrüstung und Plastikmaterialien, die für die Konstruktion
des vorliegenden Lagergehäuses und Käfigs geeignet sind, in einer Veröffentlichung
mit dem Titel "A Guide To Ultrasonic Plastic Assembly", heraus.
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gegeben 1973 von Branson Instruments, Inc., offenbart, deren Inhalt
hier durch Bezugnahme aufgenommen und zu einem Bestand-
teil der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.
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Bei der Ausführungsform der Erfindung nach den Fig. 5, 6 und 7 ist
ein Lagerbock 70 mit einem Gehäuse 72 versehen, das aus Kunststoffmaterial, wie
z. B. thermoplastischem Polyester konstruiert ist und Teile hat, die durch Schmelzen
miteinander verbunden wurden, wobei das Schmelzen aus der Anwendung von Ultraschallschwingungen
an den Teilen resultierte. Da diese Ausführungsform viele gleiche Teile des Flanschlagers
aufweist, wie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt, sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen
versehen, und diese Teile werden nicht im einzelnen unter Bezugnahme auf den Lagerbock
beschrieben.
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Das Gehäuse 72 besteht aus einem Körper 74 und einem ringförmigen
Käfig 76, der auf einer Oberfläche 78 in einer ringförmigen Ausnehmung 79 des Körpers
aufsitzt. Die sphärische Oberfläche des Lagereinsatzes 14 steht in Berührung mit
sphärischen Oberflächen 80 und 82 des Körpers und Käfigs, wenn diese letzteren Teile
miteinander verbunden sind. Beim Zusammenbau wird der Lagereinsatz in den Körper
auf die sphärische Oberfläche gesetzt, und der Käfig werden seinen Platz gedrückt,
wobei seine innere Oberfläche mit den ringförmiger Oberflächen 78 des Körpers in
Berührung tritt. Der Körper und der Käfig werden dann durch das weiter vorn beschriebene
Ultraschallverfahren zusammengeschweißt, das ein Schmelzen an der Zwischenfläche
78 zwischen dem Körper und dem Käfig hervorruft und somit ein einteiliges einheitliches
Gehäuse schafft, das aus dem Körper 74 und dem Käfig 76 besteht. Somit wird der
Lagereinsatz fest und dauernd an seinem Platz im
Gehäuse gehalten,
ist jedoch in der Lage, während des Einbaus mit der Welle ausgerichtet zu werden.
Der Lagerbock hat zwei Flanschen 84 und 86, die sich seitlich vom Körper erstrecken,
wobei jeder von ihnen mit einem Loch 88 versehen ist, um Bolzen 90 bzw. 92 aufzunehmen.
Vorzugsweise ist in jedem Loch eine Buchse 94 vorgesehen, um den Flansch an dem
Loch zu verstärken und dem Lagerbock somit größere Festigkeit und Zuverlässigkeit
zu geben, wenn er unter Belastung betrieben wird. Die Bolzen können in Kunststoffkappen
96 und 98 eingeschlossen sein, und eine an einer ringförmigen Schulter 102 des Körpers
74 angebrachte Kappe 100 umschließt den Lagerhohlraum und hält das Schmiermittel
darin zurück. Die Kappe kann aus durchsichtigem Kunststoffmaterial bestehen, das
eine Kontrolle des Lagers und des Schmiermittels während des Betriebes gestattet;
es kann jedoch auch ein anderes geeignetes Material anstelle des transparenten Kunststoffmaterials
verwendet werden.
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Fig. 8 erläutert eine weitere Anwendung der gegenwärtigen Erfindung
und zeigt ein Flanschlager 120 mit einem Gehäuse 122, das aus einem Körper 124 in
Kombination mit einem ringförmigen Käfig, der mit dem Körper durch die weiter oben
beschriebene Ultraschallmethode verbunden worden ist, nachdem der Lagereinsatz mit
dem Gehäuse zusammengebaut war. Bei der Ausführung nach Fig. 8 erstrecken sich vier
Befestigungsschrauben 125, 126, 128 und 130 durch Löcher in Noppen 132 bzw. 134
bzw. 136 bzw. 138 auf dem Flansch 140 des Körpers 124.
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Der gesamte Gehäuseaufbau, mit Ausnahme von Buchsen in den Löchern,
durch die sich die Schrauben erstrecken, ist aus Kunststoffmaterial hergestellt.
Der Körper und der Käfig bilden, nachdem sie in der oben beschriebenen Art verschweißt
sind, einen einteiligen einheitlichen Aufbau miteinander.
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Andere Ausführungsformen sind möglich, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.