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Verfahren zur Herstellung von mehrteiligen büchsenlosen Lagerkörpern
Die Erfindung bezieht sich -auf ein Verfahren zur Herstellung von mehrteiligen büchsenlosen
Lagerkörpern,- insbesondere für Wälz-und Kugellager, und bezweckt eine- Verbesserung
und Vereinfachung dieser Lager. Die Erfindung besteht darin, daß ein einstückiger
Lagerkörper auf die gewünschte Anzahl von Teilen zerschnitten, an den Schnittflächen
mit ineinandergreifenden Rippen und Nuten versehen, dann, damit in zusammengefügter
Lage" gesichert, Abis fast auf Fertigmaße bearbeitet, an den Laufflächen in geringer
eines induktiven f Oberflächenhärteverfahrens gehärtet und schließlich durch Schleifen
o. d@gl. auf ;genaues Endmaß bearbeitet wird.
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Eine weitere vorteilhafte Einzelheit der Erfindung besteht darin,
@daß zwischen Werkstück und Induktor beim Härtevorgang eine relative Drehbewegung
erfolgt. Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind im nachfolgenden beschrieben.
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Es war bereits bekannt, mehrteilige Lager mit Rippen und Nuten zur
Fixierung der gegenseitigen Lage der einzelnen Lagerteile zu versehen, wobei es
auch bekannt war, die Lagerkörper nur aus einem Werkstoff herzustellen. Es war auch
bekannt, für solche Lager, bei denen eine besonders harte Lauffläche erforderlich
war, besondere Laufbüchsen aus einem härteren Werkstoff vorzusehen als der Werkstoff
des Lagerkörpers selbst.
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Bekannt war auch, @daß Oberflächenhärten durch Erhitzen mit Gasflammen
und anschließendes Abschrecken sowie das induktive Erhitzen mittels einer durch
Hochfrequenzstrom gespeisten Induktionsspule oder eines Induktors durchzuführen,
dessen
induzierender, dem Werkstück benachbarter Teil als eine einzige
Windung oder als ein einzelner linearer Leiter ausgebildet ist.
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Die Erfindung hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Anwendung
des induktiven Oberflächenhärteverfahrens zum Härten der Lauffläche des Lagers im
Zusammenhang mit den anderen Merkmalen des neuen Verfahrens ein Lager geschaffen
wird, das durchweg aus dem gleichen Werkstoff besteht, trotzdem aber eine gehärtete
Lauffläche besitzt, wobei aber die gehärtete Oberfläche dünn ist, so :daß der Lagerkörper
im Innern seine Festigkeitseigenschaften im. vollen Umfang beibehält. Das neue Lager
ist somit ein vollwertiger Ersatz fürmehrteilige Lager, bei denen die besonders
harte Lauffläche dadurch :erzielt wird, daß eine besondere Laufbüchse aus einem
härteren Werkstoff vorgesehen wird. Bei dem neuen Lager ist trotz der harten Lauffläche
das Innere des Lagerkörpers nicht spröde, es neigt somit auch nicht ?u Sprüngen
und Brüchen.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, @daß es nunmehr
möglich ist, Lagerkörper aus einem einzigen Werkstoff, jedoch mit verschiedenen
Härtegraden an der Lauffläche und im Innern des Werkstoffs herzustellen. Dies wird
dadurch ermöglicht, .daß das induktive Oberflächenhärten eine weit= gehende Anpassung
an die geforderte Tiefe und den gewünschten Grad der Härtung ermöglicht. Von besonderer
Bedeutung ist auch, daß es erst durch ;die Anwendung :des induktiven Härteverfahrens
möglich geworden ist, die Erhitzung so schnell durchzuführen, daß ein Eindringen
der Hitze über das gewünschte Maß hinaus in das Werkstück zuverlässig vermieden
werden kann.
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Die Erfindung hat somit auch den wesentlichen Vorteil, d:aß die teuren
Laufbüchsen aus hochwertigem Stahl in Fortfall kommen, ferner, daß das Herstellungsverfahren
einfacher,i:st, da kein sorgfältiges Einpassen der Laufbüchsen in die Lagerkörper
erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ,die Lagerkörper genau
an den Stellen oberflächengehärtet werden können, -die tatsächlich hart sein müssen,
während beim Einsetzen .der Laufbüchsen nicht vermieden. werden konnte, daß die
Laufbüchsen unter Umständen größer wurden, als die harte Lauffläche zu sein braucht.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht schließlich
@darin"daß ,die einzelnen Lagerteile beim Auseinandernehmen und abermaligem Zusammensetzen
stets die gleiche genaue gegenseitige Lage wieder einnehmen müssen.
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Die Zeichnung veranschaulicht mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Es zeigt Fig. i die Erfindung in Anwendung auf eine Schubstange, und zwar in -einem
Schnitt nach Linie i-i in Fig. 2; Fi,g. 2 ist ein Schnitt nach Linie 2-2 in Fig.
i; Fig. 3 eine Aufsicht auf den Lagerbügel der Schubstange nach Fig. i und 2, Fig.
q. eine Darstellung, ähnlich Fig. 2, jedoch mit Abänderung der Schubstange; Fig.
5 zeigt die Anwendung der Erfindung auf ein Hauptlager einer Kraftmaschine; Fig.
6 ist ein Schnitt nach Linie 6-6 in Fig. 5; Fig. 7 zeigt einen Längsschnitt durch
Wälzlagerkörper, und zwar oben für ein Rollenlager, unten für ein zweireihiges Kugellager;
Fig. 8 ist ein Schnitt durch ein einreihiges Kugellager unter Andeutung -der gehärteten
Zone gegenüber ,den Kugeln; Fig. 9 das gleiche für ein K :egelrollenlager; Fig.
io ist die Ansicht einer Schubstange und zeigt die Anbringung der Heiz- und Abschreckvorrichtungen;
Fig. i i ist ein Schnitt nach Linie i i-i i in Fig. io; Fig.12 ein ähnlicher Schnitt
für eine andere Ausführung der Heiz- und Abschreckvorrichtungen; Fig. 13 zeigt eine
andere Ausführung des Schubstangenköpfes.
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Nach Fig. i bis 3 ist an einer Schubstange 15 der Schubstangenbügel
16 durch Bolzen 17 und Muttern 18 befestigt. Parallel zur Achse des Schubstangenkopfes
verlaufen Rippen 19 am Bügelteil in entsprechende 1@Tuten am Stangenteil .und Querrippen
2o am Stangenteil in Nuten 2i am Bügelteil. Stange 15 und Bügel 16 werden als Einheit
aus Stahl geschmiedet und vergütet, wobei der Werkstoff der Stange ausreichend geschmeidig
bleibt, um leicht bearbeitet werden zu können. -Nach der Wärmebehandlung wird der
Bügel vom Stangenkörper .durch Säge- oder Fräsarbeit abgetrennt, und die Nuten und
Rippen, wie i(9 bis 21, werden hergestellt. Das Werkzeug dazu wird mit Schneidekanten
versehen, die auch die innere zylindrische Fläche des Lagers angenähert herstellen.
Danach wird der Bügel auf ,der Stange so angebracht, daß Nuten und Rippen in:einandergreifen.
Die Bolzen 17 werden in Löcher in Stange und Bügel eingesetzt und die Muttern i8
angezogen, so daß der Bügel fest gegen den Stangenkörper gedrückt wird. Dann wird
die Stange an ,der Innenfläche gehärtet. Mit noch an der Stange festgehaltenem Bügel
wird dann die zylindrische Innenfläche durch Schleifen oder sonstige Fertigarbeit
auf genaues Maß bearbeitet.
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Ist die Stange so fertiggestellt, so kann
durch Lösen
der Muttern i8 der Bügel abgenommen wenden, um den Kopf zu einem Kurbelzapfenlager
22 zusamuienzüsetzen.; dabei ist auch die Lagerfläche des Kurbelzapfens an der Oberfläche
gehärtet. Zwischen Stangenkopf und Kurbelzapfen werden Wälzkörper 23 gebracht. Rippen
und Nuten werden wieder in ihre frühere Eingriffsstellung gebracht; hierdurch wird
ein genaues Zusammenpassen der Stücke und die Wiederherstellung,der genauen zylindrifschen
Umrißforxn, des Stangenkopfes sowie der genaue Arbeitsraum zwischen Innenfläche
und zylind.rischer Außenfläche des Kurbelzapfens 22 gesichert, so @daß die Wälzkörper
23 ruhig und richtig arbeiten können.
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Am Schnitt von Kurbelzapfen mit Kurbelwange werden Ausrundungen, wie
leei 24 und 25 (Fi,g.2) gezeigt, vorgesehen. Die Enden der Wälzkörper 23 werden
in der .bei 26 dargestellten Weise dann so gestaltet; d:aß sie mit den Ausrundungen
mit geeignetem Arbeltsspiel zusammenwirken. Stahlkugeln 27 können den Axialschub,
aufnehmen. Die in Umfangsrichtung verlaufende Nut 28 wird in roher Form vor der
Härtung hergestellt und kann gleichzeitig mit der inneren Zylinderfläche gehärtet
werden. Nach dem Härten wird die Nut durch Schleif- oder Poliervorgang fertig bearbeitet,
vorzugsweise gleichzeitig mit der Fertigbearbeitung der inneren Zylinderfläche.
Ein Abstandsring 25 schließt .Störungen zwischen den Rollenenden und den Stahlkugeln
aus, die sich aus einem wesentlichen Unterschied in ihren Durchmessern ergeben könnten.
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Nach Fig. 4 ist die innere .Zylinderfläche der Schubstange
30 vor der Härtung bei 31
ausgespart, und nach der Härtung wird diese
Innenfläche wiederum durch Schleifen o. dgl. fertiggestellt, so d:aß eine geeignete
Arbeitspassung für .die Rollen 32 entsteht: Hierbei ist die Ausrundung am Kurbelzapfen
33 von ,den Kurbelwangen 34 :ausreichend nach innen gerückt, um den erforderlichen
Raum für die Seiten der Schubstange zu erzeugen, und es dient eine zweite Ausrundung
bei 35 dazu, die abgesetzte Schulter 36 in die Kurbelwange überzuleiten. Ein Schubring
37, z. B. aus Bronze, sichert die Läge.
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Bei einem Hauptlager für Kurbelwellen (Fig. 5 und 6) entspricht der
obere Lagerkörper 38 der beschriebenen oberen Hälfte der Verbindungsstange, während
der Lagerteil 39 ,dem Schubstangenbügel 16 entspricht. Die Nuten und Rippen 40,
41 entsprechen den Teilen i9 und 2o -bei der Schubstange. Die Teile 38 und 39 sind
durch Röhrschrauben 42 zusammengehalten. Dadurch, daß man nachher diese Teile zusammen
:mit :den Rollen 43, 44 sowie Stahlkugeln 45 auf der Welle zusammensetzt, kann man
einen ganzen Satz von Lagern auf der Kurbelwelle anbringen, :bevor sie in das Kurbelwellengehäuse
oder den sonstigen sie aufnehmenden Maschinenteil eingebaut werden. Beim Einbau
in ein Kurbelwellengehäusegreift die teilzylindrische Fläche 46 in entsprechende
.Aussparungen im Kurbelwellengehäuse, und die Stirnflächen 47 der Lagerkörper wirken
zusammen mit Vorsprüngen 48 des Gehäuses, so -daß nach der Zusammensetzung eine
Querv erschiehung ausgeschlossen ist. Durch :die Rohrschrauben 42 sind dann Bolzen
49 hindurchgezogen, und Muttern 5o ,halten das zusammengesetzte Lager an der richtigen
Stelle im Gehäuse. Auf diese Weise wird das Lager 5 1 der Welle auf Rollen
abgestützt, die mit gehärteten und genau bearbeiteten und in ihrer Lage gesicherten
Laufflächen zusammenarbeiten. Kugeln 86 können den Axialschub aufnehmen.
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Es kann für Lager eine Buchse oder Futterteil benutzt werden, wie
in der unteren Hälfte der Fi.g. 7 dargestellt, der einen solchen Durchmesser und
solche ausgesparte Umrißform aufweist, daß er mit Stahlkugeln zusammenarbeiten kann.
Nach maschineller Rohbearbeitung können Teile der Oberfläche gehärtet werden, um
dann auf die gewünschte Glätte, Umrißform und Genauigkeit, z. B. durch Schleifen,
fertigbearbeitet zu werden. Gleiches :gilt für :die obere Hälfte der Fig. 7, nur
daß es sich dort um einen Laufkranz für ein Rollenlager handelt.
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Nach Fig. 8 ist der Innenteil des äußeren Laufkranzes 52 eines Kugellagers
ebenso zu härten wie der Außenteil des inneren Laufkranzes 53, und zwar derart,
daß eine gehärtete -Zone :entsteht, deren Verlauf durch -die punktierten Linien
54 und 55 angedeutet ist.
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Bei Rollenlagern nach Fig. 9 können Innenflächen des äußeren Laufkranzes
56 und Außenflächen des Innenkranzes 57 ebenfalls gehärtet und geschliffen werden,
um die gewünschten physikalischen Eigenschaften zu erzielen. Weiter kann auch die
Rolle 58 durch ein solches Verfahren an der Oberfläche gehärtet werden.
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Die Fig. to und i i zeigen ein Gerät zum Härten der Innenflächen von
Lagern u. dgl. Die Schubstange 15 und Bügel 16 werden durch Bolzen 17 und Muttern
18 zusammengehalten. Ein induzierender zylindrischer Leiter 59 besitzt Anschlußleitungen
6o und 61, zwischen denen bei 62 ein axialer Schlitz vorhanden ist. Die durch Leitungen
63 und 64 zugeführten Hochfrequenzströme erhitzen induktiv schnell die Innenfläche
65 von Schubstange und Bügel. Isolierende Abstandshalter 66 aus feuerfestein Werkstoff
sichern- die richtige gegenseitige Lage von
Heizgerät und Werkstück.
Durch ein Rohr 67 wird ein Abschreckmittel in den Mantelraum 68 nach der Erhitzung
eingeleitet und durch Löcher 69 mit kräftigem Druck gegen die Fläche 65 unmittelbar
nach erfolgtem Erhitzen gespritzt, womit die Härtung. erfolgt.
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Gleichzeitig mit der Härtung der Oberfläche 65 kann eine Fläche
70 am anderen Ende der Schubstange durch den Leiter 71
gehärtet werden,
der einen Mantelraum 7-2 besitzen kann, aus dem das Abschreckmittel gegen die Fläche
70 gespritzt wird.
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Um eine völlig gleichmäßige Temperatur in allen Teilen der Fläche
zu sichern, kann eine Relativdrehung oder -schwingung zwischen Werkstück und Leiter
während der Heizung ausgeführt werden. Hierzu kann die Schubstange durch neinschwingendes
oder drehendes Glied getragen werden, das sie bei 73, 74 und 75 abstützt
und hält. Ferner kann diese Einrichtung noch Anschlußteile tragen, die die Elemente
76 und 77 bewegen, die die Induktionsvorr,ichtu.ng 71 tragen, um zu bewirken, daß
eine Relativbewegung -der Heizvorrichtung 71 gegen die Fläche 70 gleichzeitig
mit der Relativbewegung zwischen dem anderen Stangenende und der Heizvorrichtung
59 stattfindet. Man kann aber auch die Stange in Ruhe halten und den beiden Heizvorrichtungen
die erforderliche Dreh- oder Schwingbewegung um (die Achse der zu beheizenden Umdrehungsfläche
65 bzw. 70 erteilen. Durch Ausbildung des Heizgerätes, wie in Fig. i i bei
89 gezeigt, kann auch an der Seite 9o eine Härtung der Oberfläche erzielt werden
zur Aufnahme . eines Axialschubes.
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Der induzierende Leiter 59 kann auch durch eine Spule 78 nach Fig.
12 ersetzt werden. Der Hochfrequenzstrom wird durch Anschlüsse 79 und 8o zugeführt.
Gleichzeitig erfolgt durch diese Anschlüsse die Zufuhr eines Kühlmittels. Durch
Öffnungen bei 81 kann das Kühlmittel gleichzeitig dazu dienen, die Fläche 82 abzuschrecken.
Soll ein besonderes Abschreckmittel benutzt werden, so wird eine Trommel 83 in die
Stromleitungsspule eingelegt, die das Abschreckmittel durch Düsen 84 zwischen den
Windungen des Spule hindurch gegen die Fläche 82 spritzt. In der Zuleitung 85 für
das Abschreckinittel ist dann ein gesteuertes Ventil o. dgl. vorgesehen. Die durch
die Düsen 8.4 zugeführte Abschreckflüssigkeit kann wiederum auch dazu dienen, die
induzierende Leiterspule zu kühlen; dann kann die Spule 78 aus einem massiven Leiter
bestehen. In die Iriduktionsheizvorrichtungen nach Fig. to und 12 kann inan zur
Verbesserung der magnetischen Bahn für den Kraftfluß einen Kern aus magnetischem
Werkstoff, vorzugsweise einen Draht- oder Lamellenkern, einsetzen. Durch eine Abstandsbemessung
der Heizspulen läßt sich eine gleichförmige Tiefe der gehärteten Zone entsprechend
87 erreichen, während man durch eine andere Abstandsbemessung der Härtungszone den
Verlauf entsprechend der Linie 88 geben kann.
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Die Fuge zwischen Stange und Bügel, bei der Bauart nach Fig. 2, an
denen die Rippen 2o und Nuten 21 angebracht sind, kann auch im Winkel zur Achse
Linie 3-3 in Fig. i und 2 der Stangenbohrung derart liegen, daß die Rollen .die
Trennlinie nacheinander überlaufen, wodurch Stöße und Abnutzung oder Bruchgefahr
an .der Fuge verhütet werden. Um die Kräfte auszugleichen, die die Axialbewegung
des Bügels gegen die Stange herbeizuführen suchen, kann die Abschrägung der Fuge
zu beiden Seiten der Stange im entgegengesetzten Sinne verlaufen. Bei diesen zuletzt
erwähnten Ausführungen läßt sich auch die Fugenanordnung so wählen, daß keine Eingriffsteile
an solchen Stellen der Lagerfläche in Erscheinung treten, die mit den Rollen zusammenarbeiten.
Nuten und Rippen in der Fugenfläche sind derart angeordnet, .daß der Bügel immer
in der gleichen Weise aufgelegt werden muß. Wenn also die Stange einmal richtig
mit zusammengesetztem Teil bearbeitet ist, so dürfen die aufeinandertreffenden Teile
immer nur in einer Weise aufeinanderpassen und vor allein in der gleichen Relativstellung,
in der die Fertigbearbeitung der Bohrung erfolgte.
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Um die Drücke der Rollen gegen die Lagerfläche an der Fuge in der
Zeit herabzusetzen, wo die Rollen -die Fuge überlaufen, kann man die Fugenfläche
auch in einem Winkel zur Stangenachse legen, wie bei 4-4 in Fig. 13
angedeutet.
Die Winkellage hängt ab von den Arbeitsdrücken, Trägheitskräften und Abmessungen
der zugehörigen beweglichen Teile.
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Die ineinander eingreifenden Nuten und Rippen können durch zahlreiche
ähnliche Hilfsmittel ersetzt werden, z. B. besonders eingelegte Leisten oder Dübel
oder in genau maschinell bearbeitete Löcher passende Bolzen.
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Die gehärteten Lagerflächen können -natürlich auch zum Zusammenarbeiten
mit gleichen Lagerflächen statt mit Wälzlagern dienen. Die glatt bearbeiteten Flächen,
die mit den gehärteten Teilen zusammenwirken, können aus Bronze oder einem sonstigen
Lagermetall bestehen und ein- oder mehrstÜckig .sein und sowohl an der äußeren konvexen
wie an .der inneren konkaven Fläche fertigbearbeitet sein, derart, daß sie zwischen
i den beiden gehärteten Flächen schwebend angeordnet sind, d. h. daß sie sich gleichzeitig
oder
wechselnd gegenüber ihren beiden (inneren und äußeren) Stützflächen bewegen. Dabei
kann auch dafür gesorgt werden, daß ,die Tragwirkung der Ölfilme an den Lagerschichten
unterstützt wird.