DE69207383T2

DE69207383T2 - Lager für eine mehrseitige Welle

Info

Publication number: DE69207383T2
Application number: DE69207383T
Authority: DE
Inventors: James Lawson
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1991-12-11
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: ZA926103B; KR930702883A; JPH06505550A; KR100241664B1; US5178472A; EP0571565A1; AU2758692A; AU649597B2; EP0571565B1; CA2098311A1; DE69207383D1; WO1993012353A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf an Wellen angebrachte Lager und insbesondere auf Lager mit hexagonalen und quadratischen Bohrungen zum Anbringen an hexagonalen und quadratischen Wellen.
Lager mit hexagonalen Bohrungen und quadratischen Bohrungen werden allgemein in landwirtschaftlichen Maschinen verwendet, beispielsweise in Scheibeneggen. Die hexagonale oder quadratische Bohrung innerhalb des inneren Rings solcher Lager wird über einem Mittelabschnitt einer komplementären hexagonalen oder quadratischen Welle angeordnet, um eine Bewegung des inneren Rings relativ zu der Welle zu verhindern. Solche Lager werden auch in Anwendungen außerhalb des Gebiets der landwirtschaftlichen Maschinen verwendet, um eine sich drehende oder rotierende hexagonale oder quadratische Welle zu montieren.
Typischerweise haben Lager dieser Art, die zur Verwendung in landwirtschaftlichen Maschinen hergestellt werden, eine Dimensionstoleranz von etwa 0,127 mm (0,005 Zoll) an der hexagonalen oder quadratischen Bohrung. Variationen in den Dimensionen können zurückgeführt werden auf Verformungen, die durch das Räumen der Bohrungen im weichen Zustand vor dem Härten verursacht werden, oder auf ein Wachsen während der Wärmebehandlung nach dem Räumen. Auch können Toleranzen der Räumwerkzeuge, Werkzeugverschleiß und Meßfehler zu einem Toleranzaufbau beitragen.
Gegenwärtig besteht die Praxis, eine volle Austauschbarkeit der Wellen und der Lager zu haben; das heißt alle Lager werden mit einer Bohrung größer als die maximale Größe der Welle hergestellt, für die sie passen sollen. Die Welle wird allgemein kalt gezogen und hat eine zugehörige Dimensionstoleranz von etwa 0,1016 mm (0,004 Zoll). Wenn eine bestimmte Welle um 0,1016 mm (0,004 Zoll) unter der nominalen Größe und eine Lagerbohrung um 0,127 mm (0,005 Zoll) über der normalen Größe ist, würde somit das sich ergebende maximale Spiel 0,2286 mm (0,009 Zoll) sein. Das durchschnittliche Spiel würde 0,1143 (0,0045 Zoll) betragen.
Dieses Herstellungsspiel kann die Lagerlebensdauer, das Geräusch, das Fressen der Welle und die maximale Drehgeschwindigkeit des Lagers negativ beeinflussen. Ein zusätzliches Spiel kann sich aus Verschleiß der Welle oder der Bohrung des Lagers während des Betriebs ergeben, wodurch sich die negativen Wirkungen verstärken.
Ein Herstellen der Bohrung oder der Welle mit engeren Dimensionstoleranzen durch Schleifen statt durch standardisierte Bearbeitungstechniken würde wesentlich erhöhte Kosten zur Folge haben. Andere Mittel zum Verhindern einer Bewegung des inneren Rings relativ zu der Welle, wie beispielsweise ein exzentrischer Bund, eine Nockenverriegelung oder eine Einstellschraube an einem Bund, haben auch erhöhte Kosten zur Folge und erfordern zusätzliche axiale Länge. Zusätzlich können solche alternative Haltevorrichtungen sich während des Gebrauchs lösen und gestatten es dem inneren Ring, sich mit der Welle zu drehen.
Die gattungsgemäße EP-A-0 330 975 offenbart eine Maschine zum Bilden zylindrischer Ballen von Erntegut, die einen drehbaren Zylinder aufweist, der um eine stationäre hexagonale axiale Welle herum mittels eines Lagers an jedem Ende montiert ist. Gelegentlich ist die Welle relativ zu dem Zylinder fixiert, aber es ist vorauszusehen, daß eines oder mehrere der oben diskutierten Probleme auftreten könnten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Lager zur Montage an einer mehrseitigen Welle geschaffen, wobei das Lager einen äußeren Ring und einen inneren Ring aufweist, der koaxial mit und relativ drehbar zu dem äußeren Ring ist, wobei der innere Ring mit einer zentralen Bohrung ausgebildet ist, um die mehrseitige Welle in wenigstens zwei Stellungen aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Bohrung die Welle in diesen Stellungen mit unterschiedlichem Sitz (unterschiedlicher Passung) zwischen dem inneren Ring und der Welle aufnehmen kann, wobei die Stellungen winkelmäßig relativ zueinander versetzt sind.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese zur Wirkung gebracht werden kann, wird nun anhand eines Beispiels auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen:
Fig. 1 ist eine Endansicht eines Lagers mit einer hexagonalen Bohrung nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 ist eine Endansicht, teilweise im Schnitt, eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist eine geschnittene Seitenansicht des Ausführungsbeispiels von Fig. 2 und zeigt bei 2-2 den Schnitt von Fig. 2; und
Fig. 4 ist eine Ansicht, ähnlich der Fig. 2, eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
In dieser Beschreibung tragen ähnliche Elemente in verschiedenen Ausführungsbeispielen gleiche Bezugszeichen.
Unter Bezugnahme nunmehr auf die Zeichnungen veranschaulicht Fig. 1 ein Lager 10 einer Art, wie sie gegenwärtig in landwirtschaftlichen Maschinen verwendet wird, um eine drehbare hexagonale bzw. sechseckige Welle zu lagern. Das Lager 10 weist einen äußeren Ring 12, einen inneren Ring 14 und eine Dichtung 16 auf, die die nicht gezeigten Wälzelemente abdeckt. Der innere Ring 14 hat eine zentrale Bohrung 18 zur Aufnahme der hexagonalen oder sechseckigen Welle derart, daß eine relative Drehung zwischen dem inneren Ring 14 und der sechseckigen Welle verhindert ist.
Die zentrale Bohrung 18 des Lagers 10 nach dem Stand der Technik ist in der Endansicht im wesentlichen hexagonal oder sechseckig, um zu der hexagonalen oder sechseckigen Welle zu passen. Der Abstand zwischen gegenüberliegenden flachen Oberflächen der zentralen Bohrung 18 ist als Dimension A in Fig. 1 angedeutet. Wie oben diskutiert, wird die Dimension A typischerweise mit einer Toleranz von 0,127 mm (0,005 Zoll) hergestellt und ist in der Größe so bemessen, daß sie über die sechseckige Welle mit einer Spielpassung paßt.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist als Lager 20 in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Das Lager 20 weist einen äußeren Ring 22, einen inneren Ring 24 und eine Dichtung 26 auf, die Wälzelemente 28 abdeckt. Eine äußere Laufbahn 30 und eine innere Laufbahn 32 sind innerhalb der äußeren und inneren Ringe 22 und 24 vorgesehen. Die Wälzelemente 28 können ein voller Satz sein oder sie können durch einen Käfig oder Halter 34 voneinander getrennt sein.
Der innere Ring 24 hat eine zentrale Bohrung 36, die eine sternförmige Gestalt mit 12 Spitzen hat, die durch die Überlagerung von zwei Sechsecken von geringfügig unterschiedlichem Maßstab gebildet ist, wobei die beiden Sechsecke relativ zueinander um einen Winkel C versetzt sind, der 30º beträgt, wie es Fig. 2 zeigt. Der Abstand zwischen gegenüberliegenden flachen Oberflächen des ersten Sechsecks ist als Dimension A gezeigt und ist ähnlich dem von Fig 1. Der Abstand zwischen gegenüberliegenden flachen Oberflächen des zweiten Sechsecks ist als Dimension B gezeigt und ist geringfügig kleiner als die Dimension A.
Die sternförmige Gestalt mit 12 Spitzen der zentralen Bohrung 36 schafft zwei Stellungen zur Montage des Lagers 20 auf der sechseckigen Welle. Wenn die Passung an der Stellung mit der Dimension A aufgrund von Herstellungstoleranzen der zentralen Bohrung 36 oder der sechseckigen Welle lose ist, kann ein engerer Sitz durch Montage des Lagers 20 an der Stelle mit der Dimension B erreicht werden. Der Unterschied zwischen der Dimension A und der Dimension B ist so gewahlt, daß er dem Bereich der vorherzusehenden Dimensionstoleranzen entspricht.
Wenn die Herstellungstoleranzen der zentralen Bohrung 36 und der sechseckigen Welle vergleichbar mit denjenigen sind, die für den Stand der Technik nach Fig. 1 beschrieben wurden, kann der durchschnittliche Freiraum (das Spiel) gemaß vorläufigen Studien von 0,1143 mm (0,045 Zoll) auf 0,0508 mm (0,002 Zoll) vermindert werden. In ähnlicher Weise zeigen diese Studien, daß das maximale Spiel von 0,2286 mm (0,009 Zoll) auf 0,127 mm (0,005 Zoll) vermindert werden kann.
Jedoch wird die Herstellungstoleranz der zentralen Bohrung 36 durch die neue Gestaltung verbessert, so daß selbst eine noch engere durchschnittliche Passung möglich wird. Eine geringere Verformung aufgrund der Wärmebehandlung tritt auf, weil der Querschnitt des inneren Rings 24 gleichförmiger ist im Vergleich zu dem inneren Ring 14 nach dem Stand der Technik. Zusätzlich kann die Geometrie des inneren Rings 24 modifiziert werden, um größere Starke zu bieten und um ein Schmieden des inneren Rings 24 möglich zu machen.
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist als Lager 40 in Fig. 4 gezeigt. Das Lager 40 weist einen äußeren Ring 42 und einen inneren Ring 44, eine Abdichtung 46, Wälzelemente 48 und einen Käfig oder Halter 50 auf. Der innere Ring 44 hat eine zentrale Bohrung 52, die eine sternförmige Gestalt mit acht Spitzen hat, die durch die Überlagerung von zwei Quadraten von geringfügig unterschiedlichem Maßstab gebildet ist, wobei die beiden Quadrate relativ zueinander um einen Winkel C' gegeneinander versetzt sind.
Der Abstand zwischen gegenüberliegenden flachen Oberflächen des ersten Quadrats ist als Dimension A' gezeigt, und der geringfügig größere Abstand zwischen gegenüberliegenden flachen Oberflächen des zweiten Quadrats ist als Dimension B' gezeigt. Die sternförmige Gestalt mit acht Spitzen der zentralen Bohrung 52 bietet zwei Stellungen zur Montage des Lagers 40 an einer quadratischen Welle. Wenn der Sitz an der Stelle mit der Dimension A' lose ist, kann ein engerer Sitz erreicht werden, indem man das Lager 40 an der Position mit der Dimension B' montiert.
Obwohl nur Lager zur Montage an sechseckigen und quadratischen Wellen speziell in den Zeichnungen dargestellt sind, ist es ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung auf Lager zur Montage an anderen mehrseitigen Wellen geeignet ist, einschließlich z.B. Keilwellen und Wellen mit einem D-förmigen Querschnitt. Auch kann die Anzahl der alternativen Stellungen drei oder mehr sein, und der Versatzwinkel kann verschieden von 30º und 45º sein, wie es als C und C' in den Fig. 2 und 4 gezeigt ist. Zusätzlich ist die Erfindung auf Gleitlager wie auch auf Lager mit Wälzelementen anwendbar.
Es ist einzusehen, daß jedes der vorliegenden Ausführungsbeispiele eine engere Passung zwischen einer mehrseitigen Welle und dem Lager ohne eine Änderung in den Herstellungs- Dimensionstoleranzen zur Folge hat. Die Lagerlebensdauer und die Tragfähigkeit ist verbessert; Geräusch und Fressen der Welle ist vermindert. Die vorliegende Konstruktion gestattet eine stärkere Konstruktion, vermindert eine Verformung aufgrund von Wärmebehandlung und hat geringere Herstellungskosten zur Folge. Solche Lager können mit höheren Geschwindigkeiten und mit vermindertem Verschleiß der Lagerbohrung und der Welle arbeiten.
Andere Verwendungen des Lagers der vorliegenden Erfindung sind auch ersichtlich. Die den Dimensionen A und B der Zeichnungen entsprechenden Dimensionen können so gewählt werden, daß sie die Verwendung einer Welle mit Untergröße gestatten. In ähnlicher Weise können die Dimensionen so gewählt werden, daß sie einen anfänglichen Verschleiß nach der Installation kompensieren und die Gebrauchslebensdauer des Lagers erhöhen. So kann die Position mit der Dimension B mit einem Festsitz konstruiert werden, der anfänglich keine Installation gestattet, wobei diese Position zur Verwendung nur vorgesehen ist, nachdem die Welle ausreichend verschlissen ist, um eine Spielpassung zu bieten.

Claims

1. Lager (20) zur Montage an einer mehrseitigen Welle, wobei das Lager einen äußeren Ring (22) und einen inneren Ring (24) aufweist, der koaxial mit und relativ drehbar zu dem äußeren Ring ist, wobei der innere Ring mit einer zentralen Bohrung (36) ausgebildet ist, um die mehrseitige Welle in wenigstens zwei Stellungen aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Bohrung (36) die Welle in diesen Stellungen mit unterschiedlichem Sitz zwischen dem inneren Ring und der Welle aufnehmen kann, wobei die Stellungen winkelmäßig relativ zueinander versetzt sind.

2. Lager nach Anspruch 1, bei dem die zentrale Bohrung des inneren Rings eine sternförmige Gestalt hat, die durch die Überlagerung von wenigstens zwei Figuren gebildet ist, die den Querschnitt der mehrseitigen Welle annähern, wobei die Figuren einen geringfügig unterschiedlichen Maßstab haben.

3. Lager nach Anspruch 2, bei dem eine erste der Figuren so bemessen ist, daß sie eine Spielpassung zwischen dem inneren Ring und der mehrseitigen Welle über einen Bereich von Dimensionstoleranzen bietet, und wobei eine zweite der Figuren kleiner ist als die erste Figur und so bemessen ist, daß sie eine engere Passung zwischen dem inneren Ring und der mehrseitigen Welle bietet.

4. Lager nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die zentrale Bohrung des inneren Rings eine sternförmige Gestalt hat, die durch die Überlagerung von wenigstens zwei Sechsecken von geringfügig unterschiedlichem Maßstab gebildet ist.

5. Lager nach Anspruch 4, bei dem die beiden Sechsecke um dreißig Grad relativ zueinander versetzt sind.

6. Lager nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die zentrale Bohrung des inneren Rings eine sternförmige Gestalt hat, die durch die Überlagerung von wenigstens zwei Quadraten von geringfügig unterschiedlichem Maßstab gebildet ist.

7. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner eine mehrseitige Welle aufweist, wobei die mehrseitige Welle im Querschnitt sechseckig ist und die Positionen um einen Winkel von dreißig Grad versetzt sind.

8. Lager nach Anspruch 6, das ferner eine mehrseitige Welle aufweist, wobei die mehrseitige Welle im Querschnitt quadratisch ist und die Positionen um einen Winkel von fünfundvierzig Grad versetzt sind.

9. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Vielzahl von Wätzelementen (28) zwischen dem äußeren Ring und dem inneren Ring aufweist.