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Diese Erfindung bezieht sich auf eine Lageranordnung und
besonders auf Lageranordnungen, die eine Lagerbuchse enthalten,
welche in die Bohrung eingepreßt werden kann.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Lagerbuchsen mit Preßpassung sowohl aus Kunststoff als auch aus
Metall sind wohlbekannt. Lagerbuchsen aus Metall werden
üblicherweise in die Bohrung eingepreßt und anschließend spanend
bearbeitet, um den endgültigen Innendurchmesser für die Passung
mit der Welle zu erzeugen. Die spanende Nachbearbeitung ist
teuer und unterbricht den normalen Ablauf beim Zusammenbau des
Produktes.
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Eine Illustration solcher Lager aus Metall ist in Patentschrift
DE-C-935520 gezeigt. Hierbei handelt es sich um eine recht
komplizierte Anordnung. Sie enthält eine erste Buchse, welche mit
der Bohrung, in der die Welle eingebaut werden soll, verbunden
ist und eine zweite Buchse zwischen Welle und besagter ersten
Buchse. Die Struktur der beiden Buchsen und ihrer Verbindung muß
sowohl Bewegungen der Welle in radialer Richtung als auch
Winkelbewegungen zulassen. Dies ist, wie bereits erwähnt, eine
komplizierte und teure Lösung.
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Lagerbuchsen aus Kunststoff weisen einen anderen Nachteil auf.
Um die Buchse in der Bohrung zu fixieren, muß eine ausreichende
Deformation im Lager stattfinden, damit die Kräfte erzeugt
werden, die nötig sind, um das Lager in der Bohrung zu halten. Bei
Kunststoffen, wie sie für Lager verwendet werden, kann die
erforderliche Deformation durchaus beträchtlich sein und sich in
einer Deformation des Innendurchmessers niederschlagen. Da es
aufgrund der Abweichungen in den Toleranzen der Bohrung und des
Außendurchmessers der Buchse sehr schwer vorauszusagen ist, wie
groß der Betrag der Deformation des Innendurchmessers sein wird,
ist es vorzuziehen, dem Lager eine Form zu geben, dessen
Struktur eine kontrollierbare Deformation erlaubt. Dies minimiert die
Erfordernis der Bearbeitung des Lagermaterials nach dem
Zusammenbau. Es ist nicht sehr praktisch, den Innendurchmesser eines
Kunststofflager nachträglich spanend zu bearbeiten, da die
spanende Bearbeitung von Kunststoff weder eine präzise
Maßhaltigkeit noch eine ausreichende Oberflächengüte gewährleisten kann.
Die Gußhaut eines Kunststoffteiles stellt eine höherwertige
Oberfläche dar als eine spanend bearbeitete Oberfläche.
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Frühere Versuche zur Überwindung der Probleme bei der Verwendung
von Kunststoffen als Lagerbuchsen folgten dem Versuch, die
Verdichtung des Außendurchmessers ohne unzulässige Auswirkungen auf
den Innendurchmesser anzunähern.
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Die US-Patentschrift 3,359,685 für L. M. Hodgen enthält eine
Lagerbuchse, deren Lageroberfläche mit einer Reihe von
wechselnden Stegen mit dazwischenliegenden Rillen, parallel zur
Lagerachse versehen ist. Die Stege bilden dabei die Lageroberfläche,
während die Rillen eine Entlastung durch Biegung ermöglichen, um
die Verdichtung des Materials auszugleichen. Die Außenseite der
Buchse bildet ebenfalls eine Reihe von wechselnden Stegen und
Rillen. Die Stege der äußeren Oberfläche sind radial fluchtend
mit den Rillen der inneren Oberfläche angeordnet. Dies
ermöglicht bei der Anpassung einen Verzug im Bereich der Rille auf
der inneren Oberfläche mit einem minimalen Verzug auf der
Lageroberfläche.
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Die US-Patentschriften 1,555,214 für C. W. Johnson und 3,515,417
für J. H. Bowman verwenden beide Kerbverzahnungen oder
Keilwellenprofile an der äußeren Oberfläche des Lagers, um die
Deformation aufzunehmen, die beim Einfügen des Lagers in die Bohrung
eines anderen Teiles entsteht. In beiden Patentschriften
erstrecken sich die Kerbverzahnungen oder Keilwellenprofile über
die gesamte Länge des Lagers.
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Im Fall des Patentes für Johnson ist das Lager mit einer
geschlitzten Buchse eingefaßt, die den Innendurchmesser des Lagers
festlegt. Diese Buchse kann sich dehnen und zusammenziehen.
Damit wird im Johnson-Lager aber die Dimensionsstabilität
geopfert. Das Bowman-Lager erscheint auf der Innenseite
dimensionsstabiler, nutzt aber die Biegung des Keilwellenprofiles mit
Auswirkungen auf die Zentrierung der Lageroberflächen.
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Die Patentschrift JP-A-59 166 711 enthält eine Lageranordnung
gemäß der Präambel der Alleinansprüche. Sie umfaßt eine Hülse,
die umfangselastische Kontaktelemente an beiden Enden der
Umfangsfläche in axialer Richtung und ein inneres
umfangselastisches Kontaktelement in der Mitte der inneren Umfangsfläche im
gespreizten Teil des Gehäuses aufweist. Die Buchse ist im
Gehäuse durch eine Stiftverbindung gesichert. An einem Ende wird der
elastische Kontakt durch flexible, axial gespreizte Finger
erreicht, die in der Lage sind, sich bei Schrägstellung der Welle
zu biegen.
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Am anderen Ende wird der elastische Kontakt einfach durch die
elastischen Eigenschaften der Buchse selbst bewirkt.
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Für Präzisionsanwendungen bei relativ geringen Lagerbelastungen
ist der Einsatz von Kunststofflagern wünschenswert, da diese mit
sehr engen Toleranzen gegossen werden können. Die Kosten sind
sehr günstig, insbesondere wenn die gegossenen Kunststoffteile
mit ihren Abmessungen ohne weitere Bearbeitung im Endprodukt
eingesetzt werden können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung wie sie
in den Patentansprüchen definiert wird.
ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 stellt eine Schrägansicht des Lagers gemäß dieser
Erfindung
dar.
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Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt von zwei Lagern in den Bohrungen
eines tragenden Teiles mit der zugehörigen Welle.
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Fig. 3 zeigt einen frontalen Vollschnitt mit Lager, Welle und
Bohrung.
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Fig. 4 illustriert eine alternative Ausführung des Lagers, das
Positionierungsbereiche besitzt, die nur einen oder keinen
geschlossenen Bund aufweisen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bezugnehmend auf Fig. 1-3, in denen gleiche Nummern gleiche
Teile kennzeichnen, wird das Lager 10 im unbeanspruchten Zustand
illustriert, in dem es einen Zylinder 12 mit gleichförmigem
Außendurchmesser bildet. Der Durchmesser ist so dimensioniert, daß
er mit dem Innendurchmesser der Bohrung 14, in die das Lager
einfügt werden soll, eine Spielpassung bildet.
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Am Umfang des Zylinders 12 und an den Zylinderenden 16 sind eine
Mehrzahl von Überständen 18 angeordnet, die man als Segmente
eines unterbrochenen Bundes bezeichnen könnte.
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Diese Überstände oder Bundsegmente 18 stellen die Einspannung
des Lagers im Innendurchmesser der Bohrung 14 dar. Sie sind so
dimensioniert, daß der Außendurchmesser der Segmente 18 ein
Übermaß gegenüber dem Durchmesser der Bohrung 14 aufweist,
dessen Betrag sich in einer Verformung des Zylinders 12 an dessen
Enden niederschlägt. Auf diese Weise wird die Spannkraft
erzeugt, die den Zylinder 12 in der Bohrung 14 festhält. In der
Mitte des Zylinders 12 ist axial eine zylindrische Verengung 20
angeordnet, die so dimensioniert ist, daß sie die Welle 24
einspannt.
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Die Innenseite des Zylinders 12 bildet also drei Unterzylinder,
die, wie am besten in Fig. 3 zu sehen ist, in Längsrichtung
angeordnet sind. Ein Unterzylinder bildet den Lagerzylinder 20,
während die beiden anderen mit dem größeren Innendurchmesser an
den Enden die Positionierungszylinder 22 darstellen. Der
Lagerzylinder 20 nimmt die Welle 24 mit der Aufgabe auf, diese
entweder bei Rotationsbewegung oder bei axialer Bewegung zu
unterstützen. Die Positionierungszylinder 22 besitzen einen
Innendurchmesser 26, der um einen ausreichenden Betrag größer als der
Durchmesser der Welle 24 ist, so daß die Bereiche, die sich
unter den Bundsegmenten 18 befinden die Welle 24 nicht berühren,
nachdem das Lager 10 in die Bohrung 14 eingefügt wurde.
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Die Bundsegmente 18 werden, wenn sie in Achsrichtung nach innen
gezogen werden, dazu neigen, den Positionierungszylinder 22
partiell zum Einknicken oder Verformen zu veranlassen. Gleichzeitig
werden die Segmente 28 des Zylinders 12, die sich zwischen den
Bundsegmenten 18 befinden dazu veranlaßt, zum Ausbeulen zu
tendieren. Die natürliche Tendenz einer zylindrischen Struktur ist
es, zum unverformten Zustand zurückzukehren. Diese Tendenz
zwingt die Bundsegmente 18 nach außen, gegen die Oberfläche der
Bohrung 14 und beaufschlagt die Bohrung 14 mit ausreichender
Anpreßkraft, um das Lager 10 in der Bohrung 14 zu halten. Die
Verformung des Zylinders 12 an und zwischen den Bundsegmenten 18
wird keine störenden Auswirkungen auf die zylindrische Form des
Lagerzylinders 20 haben, da die Biegung in den dünneren
Zylinderwänden 30 (Fig. 3) zwischen dem Ende des Zylinders 12 und dem
Lagerzylinder 20 auftritt.
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Die Aufhängung des Lagerzylinders 20 mit und zwischen den
Positionierungsbereichen 22 des Lagers 10 erlaubt eine begrenzte
zusätzliche Durchbiegung der Zylinderwände 30.
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Die Folge daraus ist ein selbstausrichtendes Lager 10 mit
begrenztem Grad an Fluchtungseigenschaften.
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Das Lager 10 wird aus dem gewünschten Kunststoffmaterial
gegossen und wird dann in die Bohrung 14 des Teiles 32 eingefügt,
indem sich das Lager 10 befinden wird. Während des Einfügens
werden die Bundsegmente 18 weit genug nach innen gedrückt, um
ein Eindringen in die Bohrung 14 zu erlauben, wobei sich der
Zylinder im Positionierungsbereich 22 verformt. Die Deformation
des Zylinders 12 wird bewirken, daß die äußere Rückstellkraft,
die auf die Bohrung 14 ausgeübt wird, während normalem Betrieb
ausreicht, um das Lager 10 in der Bohrung 14 festzuhalten. Die
substantielle Durchbiegung oder Einknickung des Zylinders ist
notwendig, da der Kunststoffin seinem unverformten Zustand nur
geringe Kräfte ausüben kann.
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Die gegossene Lageroberfläche des Lagerzylinders 20 wird nicht
durch eine Fertigbearbeitung nach dem Zusammenbau gestört und
die Maßhaltigkeit wird verbessert, da sie beim Gießvorgang am
besten und auch einheitlicher gesteuert werden kann.
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Eine alternative Ausführung des Lagers 10, die nicht durch den
Alleinanspruch abgedeckt wird, ist als technischer Hintergrund
in Fig. 4 illustriert. Der äußere Bund 40 ist, bezugnehmend auf
Fig. 4, an einem Ende des Lagers 10 durchgehend. Eine kleinere
glatte zylindrische Form 42 erstreckt sich über den gesamten
glatten zylindrischen Positionierungsbereich 44 am anderen Ende.
Diese Struktur funktioniert in der gleichen Weise wie das Lager
in Fig. 1-3. Die Verringerung des Innendurchmessers der
Zylinderform 42 und des Bundes 40 in den Positionierungsbereichen 44
und 46 wird dadurch erreicht, daß der Innendurchmesser der
Zylinderform 42 und des Bundes 40 größer ist als der Durchmesser
der Welle 24, die für das Lager 10 bestimmt ist.
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Wo der Positionierungsbereich 44 aus der Konfiguration mit
glattem Zylinder besteht, muß die Bohrung 14 in dem aufnehmendem
Maschinenteil 50 so geformt sein, daß sich die Einspannkraft auf
den Umfang des Positionierungsbereiches 44 auf eine begrenzte
Breite 52 konzentriert, während ein anderer Teil 54 des
Positionierungsbereiches 44 in radialer Richtung nicht geklemmt werden
soll, damit die Spannungen aus dem Positionierungsbereich 44
nicht in den Lagerbereich 56 übertragen werden. Der Lagerbereich
56
entspricht in seiner Funktion dem Zylinder 20 der ersten
Ausführung.
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Die in Fig. 4 dargestellte Ausführung ist nützlich für
unsymmetrische Bohrungen 14.