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Welle für Präzisionslager Die Erfindung bezieht sich auf eine für
Gleitlager bestimmte Welle mit einem auf dem Wellenkern mit Vorspannung aufgebrachten
geschlossenen Ring, der aus hartem oder gehärtetem Werkstoff besteht und an dem
über die Breite der tragenden Lagerfläche die Lagerlauffläche ausgebildet ist.
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Nach der Erfindung soll der Wellenkern ohne Rücksicht auf Härte oder
Härtbarkeit aus einem Werkstoff- bestehen, dessen Wärmeausd:ehnungsziffer um so
viel kleiner ist als die des Ringes, daß für ein Lager mit einstellbarem kleinstem
Lagerspiel, für Präzi- -sionsw erkzeugmaschinen von hoher Drehzahl, eine Welle zur
Verfügung steht, deren Ausdehnung bei der Erwärmung des Lagers nicht größer ist
als die der Lagerteile, so daß trotz der Erwärmung keine unzulässige Veränderung
des Lagerspiels auftritt. Die Bedeutung dieser Erfindung ergibt sich aus folgenden
Erwägungen: Die auch bei reiner Flüssigkeitsreibung unvermeidliche Wärme, die infolge
des Hindurchströmens des Schmiermittels durch enge Spalte entsteht, fließt zum Teil
in die Welle, zum, Teil in die Lagerteile und bewirkt Ausdehnung. Wie Versuche gezeigt
haben, erfährt bei den üblichen Ausführungen (Welle aus Stahl, Lagerbüchsen aus
Bronze, Lagergehäuse aus Gußeisen ) die Welle die größere Ausdehnung, so daß beim
Lauf der Welle das Lagerspiel immer kleiner wird und also die Spalte sich verengen.
Dadurch steigt das Maß der erzeugten Wärme und, wie die Erfahrung gelehrt hat, kann
dieser Aufschaukelprozeß, -wenn man ihm nicht von vornherein mit besonderen Mitteln
begegnet, zum Klemmen der Welle im Lager führen. Das einfachste, aber auch das schlechteste
solcher Mittel ist, das Lagerspiel so groß zu halten, daß man außerhalb jenes kritischen
Gebietes bleibt. Ein anderes Mittel ist, die Wärme 'von der Welle for tzuleiten,
sei @es durch Spülschmierung oder durch Kühlung der zu diesem Zweck durchbohrten
Welle von innen her.
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Der Kernpunkt der Erfindung liegt in der besonderen Auswahl des Werkstoffes.
aus dem ohne Rücksicht auf Härte oder Härtbarkeit der Wellenkern hergestellt «>erden
soll.. Wesentlich dabei sind wärmütechnische Rücksichten, im Hinblick auf welche
es gelungen ist, durch geeignete Ausbildung der Welle ein Lager zu erhalten, bei
dem der oben :erwähnte Aufschaukelprozeß nicht stattfinden kann, weil die Welle
sich nicht schneller
ausdehnt als die sie umgebende Lagerstelle
und infolgedessen das Lagerspiel nicht kleiner werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist ili Abb. i
der Zeichnunlr schematisch im Längsschnitt, in Abb. a im Querschnitt gezeigt.
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Die Welle hat zwei Lagerstellen c, und b. An diesen sind auf die Welle
aus Werkstoft mit niederer Ausdehnungsziffer zwei dünnwandige Buchsen e. (l aus
härtbarem Stahl aufgeschrumpft.
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Fei der Herstellung wird z. B. die Welle aus einem Stück Nickelstahl
vorgedreht, dessen Ausdehnun-szilfer man bekanntlich durch entsprechenden Nickelgehalt
bis auf o lierabdrücken kann. Da dieser Werkstoff aber keine Lauffläche für die
Lagerstellen abzugeben vermag, werden an diesen Stillen geschlossene, dünne Ringe
aus hartem und polierbar in Werkstoff aufgeschrumpft bei einer Temperatur, die bestimmt
höher liegt als die zu erwartende Lagertemperatur beim Lauf der Welle. Der Innendurchmesser
dieser Ringe bestimmt sich auf Grund dieser Forderung; die Außenflächen werden nach
dem Aufschrumpfeli auf das gewünschte Lagermaß fertiggeschliffen und geläppt.
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Solange die Lagertemperatur niedriger bleibt als die Temperatur, bei
der die Ringe aufgeschrumpft worden sind, sitzen die Ringe auf der Welle also fest
und nur die Span -nungsverhältnissc ändern sich. Aber wenn eine solche Welle inm
in einem Lager norma-Ier Ausführung läuft, und dass Schmiermittel erwärmt sich und
gibt die Wärme ab, dann tritt genau der umgekehrte Prozeß ein wie bisher beim Lauf
einer Welle etwa aus massivem Nitrierstahl. Da nämlich das Lagerspiel beim Erwärmen
jetzt größer wird, wächst die Erzeugung der Wärme nicht mehr, sondern nimmt mit
der Erwärmung ab; man hat kein Aufschaukeln mehr, sondern ein Abschaukeln, ein Klemmen
kann nicht stattfinden, und man hat !es durch richtige Demessung und Auswahl der
Werkstoffe des Kernes und der Ringe der Welle in der Hand, das Lagerspiel annähernd
konstant zu halten. Denn vergleicht man die Ausdehnung beispiuls«-eise einer Invarwelle
von 361n111 Kern mit einem aufgeschrumpften Ringe aus Nitrierstalil von 2 MM Wandstärke
mit der einer massiven Nitrierstahlwelle von aomm Durchmesser, so ist die Ausdehnun--
der Welle ungefähr im Verhältnis t 10 - i, ,o kleiner. Nimmt man einen Nickelstahl
mit niedrigerem C=elialt an Nickel, so steigt dieses Verhältnis.
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Anstatt die Ringe auf die Welle aufzuschrumpfen, kann man sie auch
durch Aufpressen auf die Welle unter Spannungsverhältnissen aufbringen, die etwa
dem Proze13) beim Aufschrumpfen entsprechen würden.
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Eine Wcll^ gemäß der Erfindung hat aber auch noch wesentliche weitere
Vorzüge. Der Härteverzug fällt fast ganz fort; man kann das Stirnlager an das Ende
legen in Fällen, in denen die Längsausdehnung, die nunmehr viel kleiner ist, dies
bisher verhinderte. Endlich ist die Anordnung die Ideallösung für ein Lager beispielsweise
nach Patent 593 5b', bei welchem nicht die Lagerbüchse, sondern eine auf der Welle
sitzende Büchse verspannt wird.