DE69007983T2

DE69007983T2 - Lagerbuchse.

Info

Publication number: DE69007983T2
Application number: DE69007983T
Authority: DE
Inventors: Robert Rosen
Original assignee: Thomson Industries Inc
Current assignee: TGA North America Holdings III Inc
Priority date: 1989-01-06
Filing date: 1990-01-05
Publication date: 1994-11-10
Anticipated expiration: 2010-01-06
Also published as: EP0377523A1; DE69007983D1; EP0377523B1; US4913562A; CA2006873C; CA2006873A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Lager für drehende und/oder hin- und hergehende Wellen und insbesondere auf Lagerfutter, die aus verschleißfestem Kunststoffmaterial mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten hergestellt sind.
Eine sich bewegende Welle, die durch ein Lager gestützt wird, erfordert eine Oberfläche mit niedriger Reibung, wo die Welle das Lager berührt. Die Oberfläche mit niedriger Reibung kann bspw. erhalten werden durch die Anbringung einer Schmiermittelsubstanz, wie bspw. Öl oder Fett, oder durch die Verwendung eines Lagerfutters, das aus einem Material mit niedriger Reibung hergestellt ist, oder durch die Kombination eines Schmieröls oder -fettes mit der Verwendung eines Lagerfutters mit niedriger Reibung.
Lagerfutter, die aus verschleißfesten Materialien mit niedriger Reibung, wie bspw. Nylon, Acetal oder Polytetrafluorethylen,hergestellt sind, sind in der Technik bekannt. Bspw. beschreibt Thomson, U.S. Patent No. 3,033,623 ein Lager mit einer Hülse aus Fluorkohlenstoff, welches eine Schicht eines Materials mit niedriger Reibung aufweist, das mit der Innenseite eines Metallstützstreifens verbunden ist, der zu einer zylindrischen Form gewickelt ist, wobei seine Enden wechselseitig eng benachbart sind.
Moderne Lagerfutter für drehende und/oder hin- und hergehende Wellen sind als einstückige Ausbildungen eines Kunststoffs niedriger Reibung gegossen, welche die Form von Hohlzylindern haben. Ähnlich zu dem Lagerfutter von Thomson gemäß U.S. Patent No. 3,033,623 haben solche modernen Lagerfutter typischerweise eine Abtrennung oder einen Spalt, der von einem Ende des Zylinders zu dem anderen verläuft. Diese Abtrennung oder dieser Spalt erlaubt es als solcher, daß das Lagerfutter zu einem kleineren Durchmesser zusammengedrückt werden kann, sodaß es in eine Gehäusebohrung axial eingesetzt werden kann.
Bei Anwendungen, wo die Bewegung der Welle Axialkräfte auf das Lagerfutter ausübt, insbesondere bei hin- und hergehenden Wellen, muß das Lagerfutter mit einer Einrichtung für sein Halten innerhalb der Gehäusebohrung versehen sein, um seinen Auswurf zu verhindern. Flansche ergeben eine solche Einrichtung. Bei bestimmten Anwendungen wird ein Lagerfutter einen oder mehrere Flansche haben, die von dem oder den Enden des Lagers radial verlaufen. Der Flansch oder die Flansche können außerhalb zu der Gehäusebohrung sein und die Kante der Bohrung überlappen, damit das Lagerfutter gehalten werden kann, oder der Flansch kann in einer Hinterschneidung der Innenfläche der Gehäusebohrung aufgenommen sein, wo er in Eingriff kommt, wenn das Lagerfutter in die Bohrung eingesetzt wird.
Trotzdem ergeben sich manchmal Probleme bei Anwendungen, wie bspw. pneumatischen und hydraulischen Linearstellgliedern, wenn die Bewegung der Welle mit der Achse des Lagers nicht perfekt fluchtet. Eine Drehbewegung bei einer hin- -und hergehenden Welle oder eine Präzession einer drehenden Welle werden an der Ecke des Lagerfutters eine große Spannung erzeugen, wo der Flansch angeordnet ist. Futterflansche brechen oft unter den Kräften, die durch eine nichtaxiale Wellenbewegung ausgeübt werden. Eine nichtaxiale Bewegung der Welle findet statt, weil einiger Freiraum zwischen der Wellenoberfläche und dem Futter vorhanden sein muß, um eine Bewegung der Welle zu erlauben.
Es ist somit klar, daß ein verbessertes Lagerfutter nicht nur die nützliche Lebensdauer der Futter verlängern würde, die aus dem Typ der gegenwärtig verwendeten Materialien hergestellt sind, vielmehr würde es auch die Ausbildung von Futtern aus Materialien mit niedriger Reibung erlauben, die wegen ihrer geringen mechanischen Festigkeit bisher nicht verwendet werden konnten.
Die FR-A-1,380,200 beschreibt ein Lagerfutter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Die vorliegende Aufgabe zielt auf die Bereitstellung eines neuen und verbesserten Lagerfutters, welches eine Optimierung der Eigenschaften einer niedrigen Reibung des Lagerfutters erlauben wird, ein Lagerfutter niedriger Reibung bereitstellt, welches der Beanspruchung einer drehenden oder hin- und hergehenden Wellenbewegung widerstehen kann, oder ein Lagerfutter niedriger Reibung ergibt, welches eine verlängerte nützliche Lebensdauer hat.
Die Erfindung schafft ein Lagerfutter in Ubereinstimmung mit dem Patentanspruch 1.
Es wird nunmehr Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen
Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform des Lagerfutters der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine Schnittansicht einer Lageranordnung ist, welche das Lagerfutter der Fig. 1 verwendet;
Fig. 3A eine geschnittene Seitenansicht eines bekannten Lagerfutters mit zwei Flanschen in einer Lageranordnung ist; und
Fig. 3B eine geschnittene Seitenansicht eines bekannten Lagerfutters mit nur einem Flansch in einer Lageranordnung ist.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 weist ein Lagerfutter eine Stütz- oder Halteeinrichtung auf, welche wenigstens eine Außenrippe umfaßt, die an der Außenseite des Lagerfutters in Umfangsrichtung angeordnet und von den Enden des Futters weg beabstandet ist. Eine Hinterschneidung in der Gehäusebohrung, in welche das Lagerfutter eingepaßt werden soll, ist im Eingriff mit der Rippe, sodaß dadurch das Lagerfutter unter der hin- und hergehenden oder der drehenden Bewegung einer Welle gehalten wird, die axial durch das Futter verläuft.
In Fig. 1 weist das Lagerfutter 100 einen flexiblen, elastisch-federnden, im wesentlichen zylindrisch geformten Körper 102 und ein in Umfangsrichtung verlaufendes Stützoder Haltemittel, wie bspw. eine Außenrippe 106, auf.
Das Lagerfutter 100 ist vorzugsweise als eine einstückige Ausbildung aus einem Stück aus einem polymeren Material geringer Reibung, wie bspw. Nylon, Acetal, Polytetrafluorethylen, Polycarbonat, glasfaserverstärktes Nylon u.dgl. geformt und kann jede beliebige Größe haben, bspw. weniger als 2.5 cm (1 inch) bis mehrere cm (inches) im Durchmesser oder mehr.
Der zylindrische Körper 102 hat einen Spalt 104, der von dem einen zu dem anderen der beiden Enden des zylindrischen Körpers 102 verläuft. Der Spalt 104 kann schraubenförmig sein, wie in Fig. 1 gezeigt, oder er kann auch parallel zu der Achse des zylindrischen Körpers 102 verlaufen oder, falls erwünscht, kann er auch unregelmäßig geformt sein. Der Spalt 104 kann eine relativ kleine Abmessung haben und bspw. nur etwas großer sein als es erforderlich ist, um die maximale thermische Aufweitung zu erhalten, welche das Futter haben wird. Der Spalt 104 erfüllt mehrere zusätzliche Funktionen: der Spalt erlaubt ein Zusammendrücken des Lagerfutters 100 zu einem kleineren Durchmesser, sodaß es in eine Gehäusebohrung eingesetzt werden kann; der Spalt 104 erlaubt eine elastisch-federnde Aufweitung des Futters für eine Berührung der Innenseite der Bohrung; und der Spalt 104 kann die Funktion als ein Speicherreservoir und ein Kanal für flüssige Schmiermittel haben, die verwendet werden können, wobei er in dem Schmiermittel zusätzlich Grießteilchen einfangen kann.
Die Außenrippe 106 ist ein einstückiges Teil des Lagerfutters 100. Die Rippe 106 steht radial nach außen von der Außenseite des zylindrischen Körpers 102 vor und verläuft im wesentlichen in Umfangsrichtung um den zylindrischen Körper 102 herum mit Ausnahme bei dem Spalt 104. Die Rippe 106 überbrückt also nicht den Spalt 104. Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, befinden sich die beiden gegenüberliegend angeordneten Enden 105A und 105B der Rippe 106 in der Nähe jeweils einer der beiden Kanten 107A und 107B, welche den Spalt 104 definieren.
Die Rippe 106 befindet sich in einer beabstandeten Beziehung zu den Enden des Lagerfutters 100. Der Abstand der Rippen 106 von den Enden des Lagerfutters 100 ist nicht kritisch. Die Rippe 106 erfordert also nicht eine gleiche Beabstandung von den Enden des Lagerfutters 100, obwohl dies der Fall sein kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Rippe 106 enger an dem einen der beiden Enden des Lagerfutters 100 angeordnet sein, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.
Die Rippe 106 muß eine ausreichende Abmessung und Festigkeit haben, um die Funktion eines Haltens und Stützens des Lagerfutters 100 innerhalb einer Gehäusebohrung unter Arbeitsbedingungen zu erfüllen. Obwohl nur eine Rippe 106 bei der hier beschriebenen Ausführungsform dargestellt ist, liegt es auch im Schutzumfang dieser Erfindung, mehr als eine Rippe zu verwenden, um als ein Stütz- oder Haltemittel zu funktionieren.
Die Innenseite 108 des Lagerfutters 100 definiert einen hohlzylindrischen Innenraum zur Aufnahme einer drehenden oder hin- und hergehenden Welle, die durch diesen axial hindurchgeht. Die Innenseite 108 schafft eine Abstützung und Schmierung für die Welle.
Unter Bezugnahme nunmehr auf die Fig. 2, 3A und 3B zeigt die Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform als Teil einer Lageranordnung 200. Ein Stützgehäuse 202 hat eine hohlzylindrische Bohrung 206 und eine Umfangskerbe oder -nut 204, die in der Innenfläche der Bohrung 206 hinterschnitten ist, um die Umfangsrippe 106 des Futters 100 aufzunehmen und damit in Eingriff zu kommen. Die Welle 210 verläuft axial durch den Innenraum des Lagerfutters 100.
Fig. 3A zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines bekannten Lagerfutters 301 mit radial verlaufenden Doppelflanschen 304A, 304B, von denen je einer an den beiden Enden des Lagerfutters 301 ist. Die Flansche 304A und 304B überlappen die Kanten der Gehäusebohrung, um das Futter 301 in dem Gehäuse 302 zu halten. Die Fig. 3A veranschaulicht, wie eine nichtaxiale Wellenbewegung die Flansche 304A und 304 B beschädigt, die an den Enden des bekannten Lagerfutter 301 angeordnet sind.
Obwohl die Abweichung der Welle 303 von der axialen Fluchtung in dem Lagerfutter 301 in Fig. 3A für die Zwecke der Darstellung etwas übertrieben ist, ist daraus unmittelbar ersichtlich, daß unabhängig davon, ob die Welle 303 eine hin- und hergehende oder eine drehende Bewegung ausführt, jede nichtaxiale Bewegung eine große Spannung auf das Lagerfutter 301 dort ausübt, wo die Welle 303 die Ecken der Flansche 304A und 304B berührt. Die Beaufschlagung einer großen Spannung auf die Ecken, wo sich die Flansche und die zylindrischen geformten Körper kreuzen, verursacht in vielen Fällen ein Abbrechen der Flansche.
Fig. 3B veranschaulicht eine geschnittene Seitenansicht eines anderen bekannten Lagerfutters 311 mit einem einzigen Flansch 312, der am einen Ende des Lagerfutters 311 angeordnet ist.
Ähnlich wie in der Fig. 3A ist die Abweichung der Welle 313 von der axialen Fluchtung in dem Lagerfutter 311 in Fig. 3B für die Zwecke der Darstellung etwas übertrieben gezeigt. Es kann jedoch unmittelbar abgeleitet werden, daß unabhängig davon, ob die Welle 313 eine hin- und hergehende oder eine drehende Bewegung ausführt, jede nichtaxiale Bewegung eine große Spannung in dem Lagerfutter 311 innerhalb des Gehäuses 310 dort erzeugen wird, wo die Welle 313 die Ecke des Flansches 312 berührt.
Unter Bezugnahme wieder auf die Fig. 2 ist es offensichtlich, daß die Anordnung eines Stütz- oder Haltemittels, wie bspw. der Rippe 106, in einer Position beabstandet von den Enden des Lagerfutters 100 das Stütz- oder Haltemittel von den Punkten isoliert, wo die größte Beanspruchung stattfindet. Das Futter 100 wird daher eine längere nützliche Lebensdauer haben, und das Material für seine Herstellung kann so ausgewählt werden, daß die Qualitäten einer geringen Reibung des Lagerfutters 100 anstelle der mechanischen Festigkeit optimiert werden.

Claims

1. Zylindrisches Lagerfutter (100), das für ein Einpassen in ein Stützgehäuse (202) vorgesehen ist, wobei das Stützgehäuse (202) eine innere hohlzylindrische Bohrung (206) aufweist, die zylindrische Bohrung (206) eine Umfangsnut (204) im Abstand zu den Enden der Bohrung (206) hat und das zylindrische Lagerfutter (100) besteht aus:

einem hohlen, im wesentlichen zylindrisch geformten Körper (102) mit zwei Enden und einem Spalt (104) , der von dem einen zu dem anderen der beiden Enden verläuft,

wobei der zylindrisch geformte Körper (102) weiterhin Stützmittel (106) hat, die zu den beiden Enden des zylindrisch geformten Körpers (102) beabstandet angeordnet sind,

wobei die Stützmittel (106) wenigstens eine Außenrippe (106) aufweisen, die in Umfangsrichtung um den zylindrisch geformten Körper (102) herum verläuft und davon radial vorsteht,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (106) zwei gegenüberliegend angeordnete Enden (105A, 105B) hat, von denen jedes Ende (105A, 105B) in der Nähe von und beabstandet jeweils von einer der beiden Kanten (107A, 107B) ist, welche den Spalt (104) in dem zylindrisch geformten Körper (102) definieren.

2. Lagerfutter nach Anspruch 1, bei welchem der zylindrisch geformte Körper biegsam und elastisch-nachgiebig ist.

3. Lagerfutter nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Lagerfutter als ein einstückiges einziges Stück ausgebildet ist.

4. Lagerfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Lagerfutter aus einem Material mit geringer Reibung ausgebildet ist.

5. Lagerfutter nach Anspruch 4, bei welchem das Material mit geringer Reibung ein polymeres Material ist.

6. Lagerfutter nach Anspruch 5, bei welchem das polymere Material ausgewählt ist von NYLON (Warenzeichen), Acetal, Polykarbonat und Polytetrafluorethylen.

7. Lagerfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Spalt schraubenförmig verläuft.