DE3906889C2 - Flanschlager und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Flanschlager und Verfahren zu seiner Herstellung

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Description

Diese Erfindung betrifft ein Flanschlager gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und Verfahren zum Herstellen des Lagers.
Im Stand der Technik sind Flanschlager bekannt geworden, die einen zylindrischen Lagerkörper aufweisen und einen Flansch, der sich an einem Ende des zylindrischen Lagerkörpers radial nach außen erstreckt, wobei der zylindrische Lagerkörper zum Aufnehmen von Querkräften und der Flansch zum Aufnehmen von Axialkräften ausgebildet sind.
Bei Flanschlagern, die normalerweise bei Rädern an den Unterseiten von Maschinen gebraucht werden, die im Bauwesen eingesetzt werden, so zum Beispiel bei Bulldozern und Löffelbaggern, werden die aufeinander gleitenden Abschnitte der Lager hohen Lasten ausgesetzt und diese aufeinander gleitenden Abschnitte werden daher aus Stahl ausgebildet, der hohe mechanische Festigkeit aufweist und mit darauf angebrachten, widerstandsfähigen Legierungen, wie zum Beispiel LBC und/oder PBC. Auf diese Weise üben die Abschnitte des Lagers, die dicht in eine Öffnung in einem Gehäuse eingepaßt sind, eine sehr große Kraft aus.
Die Fig. 9 und 10 zeigen Flanschlager nach dem Stand der Technik, die dazu geeignet sind, eine Welle zu lagern und in eine Öffnung in einem Gehäuse eingepaßt zu werden. Das Flanschlager nach dem Stand der Technik ist allgemein mit der Rezugsziffer 20 bezeichnet und enthält einen zylindrischen Lagerkörper 21 und an einem Ende des zylindrischen Lagerkörpers 21 einen sich radial nach auswärts erstreckenden Flansch 22. An den sich gegenüberliegenden Innenenden der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Lagerkörpers 21 sind kleine Abschrägungen 24, 24 vorgesehen. Das Vorsehen der Abschrägungen 24, 24 erleichtert das Aufnehmen einer Welle 15 in dem Lager und schützt die scharf abgewinkelten Enden des zylindrischen Lagerkörpers gegen die Möglichkeit eines Bruches, wenn die Welle vibriert oder sich während ihrer Drehbewegung durchbiegt.
Nach einem fortlaufenden Gebrauch des Flanschlagers über eine längere Zeitdauer hinweg könnte sich jedoch ein Bruch oder Brüche K in dem zylindrischen Lagerkörper 21 an dessen im Flansch 22 benachbarten Ende bilden, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist.
Nach intensiven Studien über die Ursache solcher Brüche bei bekannten Flanschlagern, hat der Erfinder herausgefunden, daß die Abschrägungen in der Öffnung im Gehäuse einen Einfluß haben. Diese Abschrägungen ermöglichen es dem Flanschlager, glatt in das Gehäuse eingepaßt zu werden. Das heißt, der Freiraum zwischen dem äußeren Umfang des Gehäuses und dem Außendurchmesser des zylindrischen Lagerkörpers des Flanschlagers ist normalerweise klein, und zwar ungefähr 0,05 bis 0,2 mm, und wenn der Eingang zu der Gehäuseöffnung rauh bleibt, wie im unbearbeiteten Ausgangszustand, weist dieser Eingang eine scharfwinklige Kante auf und der äußere Umfang des zylindrischen Lagerkörpers des Flanschlagers wird auf diese Weise durch die scharfe Kante der Gehäuseöffnung in einem solchen Ausmaß erfaßt, daß das Flanschlager nicht in die Gehäuseöffnung eingepaßt werden kann. Aus diesem Grunde wird der Eingang zu der Gehäuseöffnung mit einer Abschrägung ausgebildet, um es dem Flanschlager zu ermöglichen, in die Gehäuseöffnung leicht eingepaßt zu werden.
Wenn darüber hinaus eine besonders hohe Last auf die im Lager gelagerte Welle 15 aufgebracht wird und/oder das Lager und die Welle exzentrisch zueinander sind, neigt die Welle 15 dazu, sich während der Drehbewegung durchzubiegen, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird ein wesentlicher Teil der Last auf nur einen Abschnitt des zylindrischen Lagerkörpers übertragen, und zwar auf das dem Flansch 22 benachbarte Ende des zylindrischen Lagerkörpers; nachdem aber die Abschrägung 24 neben dem Eingang zur Öffnung 17 im Gehäuse 18 ausgebildet ist, wo das nicht mit dem Flansch versehene Ende des zylindrischen Lagerkörpers liegt, verbleibt eine Höhlung, in die hinein das nicht mit dem Flansch versehene Ende des zylindrischen Abschnitts oder Lagerkörpers sich biegt. Wenn sich die Welle zylindrisch biegt, neigt das Ende auf diese Weise dazu, sich in die Höhlung hinein und aus ihr heraus zu biegen, und es entsteht daher eine metallische Ermüdung an diesem Ende, die zu der Entwicklung von Brüchen im Material des zylindrischen Lagerkörpers führen kann.
Aus der FR 21 62 824 ist ein Lager bekannt, das als ein orientierbares Lager dient, welches spielfrei die Neigung und Krümmung des Achszapfens kompensiert. Dabei ist die Lagerschale ballig, kreisförmig oder stufig abgesetzt, um der Welle die Möglichkeit zu geben, sich möglichst ganzflächig an die Gehäusebohrung anzulegen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flanschlager nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß sich in dem Lager zuverlässig kein Bruch aufgrund von Materialermüdung ausbildet.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einem gattungsgemäßen Flanschlager durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Die obige und andere Aufgaben und wesentlichen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute noch klarer hervortreten beim Lesen der folgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, und zwar nur zu Darstellungszwecken, nicht aber zum Zwecke einer Begrenzung des Schutzbereiches in irgendeiner Weise.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt längs der Längsmittellinie des Lagers eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Übereinstimmung mit dem Prinzip der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Darstellung eines Flanschlagers nach Fig. 1, die das Lager in eine Öffnung in einem Gehäuse eingepaßt und mit der zu lagernden Welle darstellt;
Fig. 3 ist in einem weiterhin vergrößerten Maßstab ein teilweiser Längsschnitt des Zusammenbaus von Lager, Gehäuse und Welle nach Fig. 2, wobei das Maßverhältnis zwischen der Länge des Freiraums, der Tiefe der Abschrägung und der Dicke des Flansches gezeigt wird;
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung der Herstellungsschritte zum Herstellen des Flanschlagers nach der Erfindung;
Fig. 5a und 5b zeigen verschiedene Schritte zum Warmverformen eines Endes des zylindrischen Lagerkörpers, um einen Flansch an einem Ende des Lagerkörpers anzuformen;
Fig. 6 ist eine Seitenansicht des Stahlbleches, von dem ein Ende in der Dicke reduziert ist und von dem eine Seite mit darauf angeordneter pulverförmiger gesinterter Kupferlegierung versehen ist;
Fig. 7 ist eine Seitenansicht eines Stahlbleches auf dessen einer Seite pulverförmige gesinterte Kupferlegierung angebracht ist, wobei ein Endabschnitt davon ausgenommen ist;
Fig. 8 ist ein Längsschnitt einer anderen Ausführungsform des Flanschlagers nach der vorliegenden Erfindung, die das Lager eingepaßt in die Öffnung in einem Gehäuse zeigt und mit einer darin gelagerten Welle;
Fig. 9 ist ein Längsschnitt längs der Längsmittellinie eines Lagers nach dem Stande der Technik; und
Fig. 10 ist ein Längsschnitt eines Flanschlagers nach dem Stande der Technik, das in die Öffnung in einem Gehäuse eingebaut und in dem eine Welle gelagert ist, wobei das Entstehen eines Bruches am Flanschlager dargestellt ist.
Die vorliegende Erfindung wird nun in Bezug auf die Zeichnungen und im besonderen, auf Fig. 1 bis 4 beschrieben, in welchen ein Ausführungsbeispiel eines Flanschlagers nach der Erfindung dargestellt ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Flanschlagers nach der Erfindung ist allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet und enthält einen zylindrischen Lagerkörper 11 und einen sich radial nach auswärts erstreckenden kreisrunden Flansch 12, der einstückig an ein Ende des zylindrischen Lagerkörpers angeformt ist (und zwar an das linke Ende gemäß Fig. 1). Der Lagerkörper 11 und der Flansch 12 sind zum Beispiel aus Stahl ausgebildet. An der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Lagerkörpers 11 ist eine kreisrunde Auskleidung 13 angebracht, die aus einem gesinterten Pulver einer Kupferlegierung besteht und an der Außenfläche des Flansches 12 ist eine kreisförmige Schutzplatte 13′ angebracht. Die innere Umfangsfläche des zylindrischen Lagerkörpers 11 und die Auskleidung 13 sind an ihren zum Flansch 12 gelegenen Enden abgeschrägt, um einen Freiraum 14 zu bilden, so daß eine Welle 15, welche im Flanschlager 10 gelagert ist, davor bewahrt wird, den Flansch 12 auf dem Lagerkörper 11 zu berühren, und zwar selbst dann, wenn die Welle 15 sich während der Drehung durchbiegt. Das Flanschlager 10 ist in einer Öffnung in einem Gehäuse 17 aufgenommen und die Öffnung 16 ist mit einer Abschrägung 18 versehen, die neben dem Flansch 12 liegt, wenn das Lager in dem Gehäuse aufgenommen ist. Der Freiraum 14 kann mit der Abschrägung 18 an der Gehäuseöffnung 16 ausgerichtet sein oder er kann innerhalb dieser Abschrägung angeordnet sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Freiraum aus einer Nute.
Fig. 8 zeigt ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Flanschlagers nach der vorliegenden Erfindung, welches im wesentlichen ähnlich zum ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist, mit Ausnahme dessen, daß der Freiraum 14 durch Verwendung eines Stahlbleches vorgeformt ist, das an einem Endabschnitt in der Dicke reduziert ist, und zwar an dem Ende, wo der Flansch 12 ausgebildet werden soll, wobei der Flansch und der Endabschnitt nicht mit einem Überzug versehen sind.
Die Beziehung zwischen dem Freiraum 14, dem Flansch 12 und der Abschrägung 18 ist nach der vorliegenden Erfindung durch folgende Formel gegeben:
Die Länge L des Freiraumes 14 soll ≧ als die Dicke W des Flansches 12 + der Tiefe D der Abschrägung 18 sein.
In der vorliegenden Erfindung ist die Form des Freiraumes 14 nicht auf die dargestellte Form einer Stufe begrenzt; er kann wahlweise auch aus einer geneigten Nut bestehen (hier nicht dargestellt).
Als nächstes wird nun, die Art beschrieben, in der die Welle 15 in dem Flanschlager nach der vorliegenden Erfindung gelagert ist.
Selbst wenn die Welle 15, die in dem Flanschlager 10 aufgenommen ist, sich gegen den Flansch 12 am zylindrischen Lagerkörper 11 des Lagers 10 hin biegt, besteht keine Möglichkeit, daß die Welle das Flanschende des zylindrischen Lagerkörpers 11 berührt, da ein Freiraum 14 am Flanschende des Lagerkörpers vorhanden ist.
Auf diese Weise drückt die Welle 15 nicht auf das Ende des zylindrischen Lagerkörpers neben dem Flansch, wodurch der Werkstoff des zylindrischen Lagerkörpers zu einer Biegung in die Höhlung veranlaßt werden könnte, welche durch die Abschrägung 18 im Gehäuse gebildet wird. Dies verhindert die Entwicklung von Brüchen. Die Zone des zylindrischen Lagerkörpers, welche durch die Welle einem hohen Maß an Kraft ausgesetzt wird, ist diejenige, die nahe am Freiraum 14 liegt, das heißt, die Zone des Gehäuses 17, die innerhalb der Abschrägung 18 liegt.
Ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen des Flanschlagers nach der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der Fig. 4 beschrieben, in welcher die Schritte zum Herstellen eines Flanschlagers nach der vorliegenden Erfindung dargestellt sind.
Als erster Schritt wird die Länge eines Stahlblechs bereitgestellt (Fig. 4A).
Als zweiter Schritt wird eine gesinterte, pulverförmige Kupferlegierung auf eine Seite des Stahlbleches aufgebracht, um darauf eine Lage aus Kupferlegierung zu bilden (Fig. 4B).
Als dritter Schritt wird das Stahlblech mit der darauf angebrachten Schicht aus Kupferlegierung zu einem Zylinder gerollt, wobei die Schicht aus Kupferlegierung auf der inneren Seite des Zylinders angeordnet ist (Fig. 4C).
Als vierter Schritt wird rundherum an der inneren Oberfläche des Zylinders eine kreisrunde Freiraum-Nut oder dergleichen angebracht (Fig. 4D).
Als fünfter Schritt wird der Zylinder an dem Ende, das neben dem Freiraum liegt, warmverformt, um den Werkstoff des Zylinders radial nach außen zu verlagern und auf diese Weise dort einen Flansch zu bilden (Fig. 4E).
Als sechster Schritt wird der Außenumfang des Flansches maschinell bearbeitet, um dem Flansch das Endaussehen eines genauen Kreises zu geben.
Der oben genannte fünfte Schritt kann auch in einem radial nach außen gerichteten Warmverformen des dem Freiraum benachbarten Endes des Lagerkörpers 100 in einem zylindrischen Gesenk 101 mit Hilfe eines kegelstupfförmigen Gesenks 102 bestehen, wobei das Ende 100a (des Lagerkörpers 100) über das Gesenk 101 hinaus vorsteht, wie dies in Fig. 5a dargestellt ist, oder durch ein radial nach außen gerichtetes Warmverformen des dem Freiraum benachbarten Endes des zylindrischen Lagerkörpers 200 in einem senkrecht geschnittenen zylindrischen Gesenk 201 mit Hilfe eines Stempels 202, wobei das Ende 200a (des Lagerkörpers 200) über das Gesenk hinaus vorsteht, wie dies in Fig. 5b dargestellt ist.
Nach der vorliegenden Erfindung kann auch in Betracht gezogen werden, daß eine Länge des Stahlblechs, bei dem ein Endabschnitt in der Dicke herabgesetzt ist, als Ausgangs-Werkstoff benutzt wird, um auf diese Weise den Freiraum des Lagers zu bilden und den oben erwähnten vierten Schritt einzusparen; weiterhin könnte eine Länge Stahlblech mit gleichmäßiger Dicke als Ausgangswerkstoff verwendet werden und die pulverförmige, gesinterte Kupferlegierung könnte auf der ganzen Länge des Bleches mit Ausnahme eines Endabschnittes aufgebracht sein, wobei auf diese Weise der Freiraum vorgeformt und der oben genannte vierte Schritt eingespart wird.
Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung wird die Länge eines Stahlblechs verwendet, welches an einem Endabschnitt in der Dicke herabgesetzt ist, um auf diese Weise einen Freiraum vorzuformen und den oben beschriebenen vierten Schritt einzusparen. In einem zweiten Schritt einer weiterhin abgewandelten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird gesinterte Kupferlegierung auf eine Seite einer Länge Stahlblech auf der gesamten Länge aufgebracht mit Ausnahme auf einer Zone an einem Ende, um auf diese Weise einen Freiraum in dieser Zone zu schaffen und den oben beschriebenen vierten Schritt einzusparen.
Wie dies oben beschrieben worden ist, biegt sich das dem Flansch benachbarte Ende des zylindrischen Lagerkörpers nach der Erfindung selbst dann nicht, wenn sich die Welle während ihrer Drehbewegung biegt und auf diese Weise entwickelt sich kein Bruch in dem Lager aufgrund von Metallermüdung. Als Folge davon weist das Lager gleichbleibende Lagereigenschaften während einer langen Zeitdauer auf.
Obwohl bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im einzelnen beschrieben und dargestellt worden sind, ist dies so zu verstehen, daß sie nur für Erläuterungszwecke beschrieben worden sind und nicht als eine Bestimmung der Erfindung angesehen werden dürfen, sondern daß zu diesem Zweck auf die folgenden Ansprüche Bezug genommen werden muß.

Claims (4)

1. Flanschlager, das in einem Gehäuse (17) aufgenommen ist, dessen Öffnung (16) mit einer Abschrägung (18) versehen ist, und das zur Aufnahme einer Welle (15) dient, wobei das Lager einen zylindrischen Lagerkörper (11) und einen einstückig damit ausgebildeten, radial nach außen vorstehenden Flansch (12) aufweist und wobei der Lagerkörper (11) mit einer kreisrunden Auskleidung (13) und der Flansch (12) mit einer kreisförmigen Schutzplatte (13′) versehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die innere Umfangsfläche des Lagerkörpers (11) an dem zum Flansch (12) gelegenen Ende eine ringnutenförmige Ausnehmung (14) aufweist,
wobei die axiale Länge L der Ausnehmung (14) der Summe aus axialer Dicke W des Flansches (12) und axialer Tiefe D der Abschrägung (18) ist.
2. Verfahren zum Herstellen eines Flanschlagers nach Anspruch 1, das die folgenden Schritte umfaßt:
  • - Bereitstellen einer Länge Stahlblech,
  • - Anbringen von pulverförmiger, gesinterter Kupfer- Legierung auf einer Seite des Stahlblechs,
  • - Aufrollen des Stahlblechs mit der darauf angebrachten, pulverförmigen, gesinterten Kupferlegierung zu einem Zylinder so, daß die Kupferlegierungsschicht an der Innenfläche des Zylinders liegt,
  • - Einarbeiten einer ringnutenförmigen Ausnehmung rundum an der Innenfläche des Zylinders,
  • - Warmverformen einer nahe bei der Ausnehmung liegenden Zone des zylindrischen Lagerkörpers, um einen Flansch an einem Ende des zylindrischen Lagerkörpers zu bilden, und
  • - Bearbeiten des Umfangs des Flansches, um dem Flansch das Endaussehen eines genauen Kreises zu geben.
3. Verfahren zum Herstellen eines Flanschlagers nach Anspruch 1, das die folgenden Schritte umfaßt:
  • - Bereitstellen einer Länge Stahlblech, welches an einem Endabschnitt dickenreduziert ist, um eine ringnutenförmige Ausnehmung für das Lager vorzuformen,
  • - Anbringen von pulverförmiger, gesinterter Kupferlegierung auf einer Seite des Stahlblechs,
  • - Aufrollen des Stahlblechs mit der darauf angebrachten Kupferlegierung zu einem Zylinder so, daß die Kupferlegierung an der Innenseite des Zylinders liegt,
  • - Warmverformen des Zylinders am äußersten Ende der Ausnehmung radial nach außen, um dort einen kreisrunden Flansch zu bilden, und
  • - Bearbeiten des Umfangs des Flansches, um dem Flansch das Endaussehen eines genauen Kreises zu geben.
4. Verfahren zum Herstellen eines Flanschlagers nach Anspruch 1, das die folgenden Schritte umfaßt:
  • - Bereitstellen einer Länge Stahlblech,
  • - Anbringen einer gesinterten Kupferlegierung auf der gesamten Fläche einer Seite des Stahlblechs mit Ausnahme eines Endes, um auf diese Weise eine ringnutenförmige Ausnehmung vorzuformen,
  • - Aufrollen des Stahlblechs zu einem Zylinder so, daß die Kupferlegierungs-Schicht an der Innenseite des Zylinders liegt,
  • - Warmverformen des Zylinders am äußeren Ende der vorgeformten Ausnehmung radial nach außen, um dort einen kreisförmigen Flansch zu bilden, und
  • - Bearbeiten des Umfanges des Flansches, um dem Flansch das Endaussehen eines genauen Kreises zu geben.
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