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Rollenlager Zur Herstellung der bekannten Wälzläger, die mit Rollen
oder Kugeln als Wälzkörper versehen sind, verwendete man bisher in der Regel härtbaren
Stahl, der zwecks hoher Belastungsfähigkeit der Lager durch einen thermischen Härtungsprozeb
nachträglich auf eine Brinellhärte von etwa 65o bis 7oo gebracht wurde. Nach dem
Härten war im allgemeinen eine nochmalige Feinbearbeitung der Wälzkörper und oder
Lagerteile nötig, die diese Wälzkörper zwischen sich aufnehmen, also eine Bearbeitung,
die wegen,der großen Härte nur durch Schleifen vorgenommen werden konnte. Die. Kosten
derartiger Lager sind besonders dann, wenn es o4ch um Lager mit verhältnismäßig
großen Durchmessern handelt, recht, hoch. Dies ist darin begründet, daß die Querschnitte
der gehärteten. Lagerteile wegen der Gefahr .des. Zerspringens verhältnismäßig groß
bemessen werden müssen, daß ferner wegen des Verziehens der Lagerteile beim Härten
bei größeren Abmessungen sehr viel Werkstoff durch den Schleifprozeß weggenommen
werden muß und daß außerdem für die Durchführung,des Härteverfahrens kostspielige
Vorrichtungen geschaffen wer@c#en müssen. Begnügt man sichdabei mit Einsatzhärtung
für die besonders beanspruchten Flächen, also die Laufflächen der Lagerteile, dann
können allerdings die Querschnitte
etwas kleiner gewählt und damit
M'erkstoffkosten erspart werden. Die Laufflächen so h; rgestellter Lager neigen
aber dazu, unter dem Druck der Wälzkörper Risse zu bilden.
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Die Erfindung geht aus von einem Rollenlager, dessen Durchmesser beliebig
groß sein kann und dessen Laufflächen ohne Anwendung eines Härteverfahrens genügend
hart sind und dabei nicht der Gefahr der Rißbildung unterliegen, wobei aber die
Lagerteile. welche die Rollen zwischen sieh aufnehmen. aus einem billigen @-erkstoff,
z. B. gewöhnlichem Baustahl. Rotguß od. dgl., hergestellt werden können, der sich
leicht bearbeiten läßt. Diese Vorteile lassen sich auch für hochbelastbare Lager
erzielen, wenn man ein Rollenlager, bei dem die genannten Lagerteile aus ungehärtetem
Werkstoff und die Laufflächen aus Teilen der Oberflächen von hartgezogenen Stahldrähten
bestehen, so ausbaut, daß nach der Erfindung die Drähte in Nuten der genannten Lagerteile
eingebettet und die Ränder der Nuten zwecl-s Sicherung der Lage der Drähte durch
Verstemmen oder Walzen plastisch verformt sind.
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Das Verfahren zur Herstellung der Rollenlager ist verhältnismäßig
einfach und ,wenig kostspielig. Nachdem die Nuten in die Lagerkörper eingedreht
und die Drähte eingelegt sind, können die Hutränder von Hand verstemmt ,werden.
und zwar mit Hilfe eines Körners. ,wenn punktweises 1'erstemmen genügt, oder mit
Hilfe eines Flachmeißels, dessen Schneide. die zweckmäßig etwas abgestumpft ist,
parallel zu den Drähten stehen muß. Bei Lagern mit sehr großem Durchmesser, beispielsweise
mit mehr als einem Meter Durchmesser, ist es zweckmäßig, beim Einlegen der Drähte
sofort eine punktweise Befestigung in Abständen von 5 bis '(-'cm vorzunehmen, ,während
man die endgültige Befestigung dann ausführt. wenn alle Drähte eingelegt und in
der genannten Weise vorläufig befestigt sind. 'Man kann die Befestigung der Drähte
in den Nuten auch in der Weise ausführen, daß man nach dem Einlegen der Drähte ein
Walzenrad unter so hohem Druck an den Huträndern entlangführt, da?) der aufgelvalzte
N,#Terkstoff sich mit Spannung an die Drähte anlegt und dies,- so in ihrzr Lage
sichert. Auf diese Weise ist ein Drahtlager Geschaffen ,worden, das sich auch bei
einer hohen Belastung für einen Dauerb°trieb. hei dem der gelagerte Teil oder der
Lagerkörper selbst einer dauernden Drehbe"-egung unterworfen ist, nutzbar anwenden
läßt. Die Erfindung beschränkt sich dabei nicht auf Lagerformen, die eine umlaufende
Belvegung vermitteln. Sie kann ebenso Verwendung finden, wenn zwei Körper geradlinig
gegeneinander beweglich sind, z. B. ,nenn der Tisch einer Hobelmaschine mittels
Rollenlagern eine hin und her gehende Bewegung auszuführen hat.
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Es ist zwar bekannt, bei dem der Erfindung zugrunde liegenden Wälzlager
den auf der Unterlage aufliegenden Draht an seinen bei-' den Enden umzubiegen und
diese Teile in entsprechende auf dem Lagerkörper an--brachte Vertiefungen
Vertiefungen zwecks Befestigung des Drahtes hineinzustecken. Die Tragfähig-' keit
eines solchen Lagers ist aber begrenzt, da sich der Draht bei zu großen Lagerdrücken
in seine Unterlage einbohrt. Außerdem wandert der Draht in Richtung der Drahtachse.
Hierbei entsteht an den Berührungsflächen zwischen dem Draht und seiner Unterlage
eine nicht unerhebliche das Lager nach kurzer Zeit betriebsunfähig machende Reibungsoxvdation.
Dieses Wandern des Drahtes wird ,weder durch den Reibungswiderstand der gleitenden
Reibung vermieden, noch läßt es sich durch an mehreren Stellen des Drahtes angebrachte
Haltestifte beseitigen. da diese abgeschert ,werden.
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Ferner ist es für Wälzlager bekannt, die aus Metallringen oder aus
schraubenförmig gewickelten 'Metallbändern bestehenden, für die Wälzkörper bestimmten
Laufflächen in Lagermetall einzugießen. Selbst wenn diese Ringe oder diese Bänder
mit Einfräsungen oder Ausböhrungen versehen sind, in ,welche sich die eingegossene
Metallmasse einlagert, so kann das eingegossene 'Metall es nicht verhindern. daß
die Ringe oder die Bänder auf der ,weichen Unterlage aus Lagermetall bei hoher Belastung
,während des Betriebes locker ,werden und zu wandern anfangen, ,wodurch dann eine
schnelle Abnutzung des Lagers eintritt, die es nach kurzer Betriebsdauer unbrauchbar
macht. Außerdem ist diese Ausführung für hochbelastbare Lager nicht geeignet, da
bei der Verwendung von harten oder gehärteten Laufringen die Härte dieser Ringe
durch das Eingießen des 'Metalls nicht erhalten bleibt.
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Im Gegensatz zu diesen bekannten Wälzlagern ,wird bei dem erfindungsgemäßen
Lager durch das Einbetten des Drahtes in eine auf seiner Unterlage vorgearbeitete
Nut und durch das plastische Verformen der Nutenränder unter Druck noch die Drahthärte
gesteigert und der Draht in seiner Lage so festgehalten, daß einerseits das Wandern
des Drahtes vermieden, andererseits ein sattes Anliegen des Drahtes in der Nut erreicht
wird. Hierbei ,wird gegenüber einem Aufliegen des Drahtes auf seiner Unterlage eine
,wesentlich kleinere Flächenpressung zwischen ihm und seiner Unterlage erzielt.
Weiterhin ,wird man bei einem solchen Lager von der Biegungssteifigkeit des Drahtes
unabhängig,
weil der Draht in ,dem von der Drahtfabrik gelieferten
Zustand vom Bund aus unmittelbar in die Nut eingelegt und gleichzeitig darin befestigt
werden kann, ohne ihn vorher erst auf den entsprechenden Krümmungsradius biegen
zu müssen. Es lassen sich daher bei großen Lagerdurchmessern ,dünne Drähte von beispielsweise
3 mm Durchmesser mit Vorteil verwenden. Werden sdhließl.ich die Drähte in Stahl
eingebettet, .so erhält man ein sehr hoch belastbares Lager von bisher nicht erreichter
Güte.
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Rollenlager zur Vermittlung umlaufender Bewegungen wird man zuweilen
so ausführen, daß die Nuten in ebenen Kreisen verlaufen. Diese Ausführung bedingt
eine Unterbrechung jedes in einer Nut eingebetteten Drahtes an der Stelle der zusammengebogenen
Drahtenden, die an sich nicht nachteilig ist, wenn der Zwischenraum zwischen den
Drahtenden nur wenige Zehntelmillimeter beträgt und die Lücken der verschiedenen
Drahtringe gegeneinander versetzt auf dem Umlange angeordnet werden. Die Unterbrechungen
der Laufflächen lassen sich jedoch vermeiden, wenn; die Nuten entlang Kurven mit
gleichförmiger Steigung verlaufen. Der benutzte Draht besteht dann aus! einem. Stück,
welches in einer Mehrzahl von Windungen gewunden ,ist. Bei zylindrischen Laufflächen
verlaufen, die Nuten in Form einer Schraubenlinie, bei ebenen Laufflächen, wie-
sie bei Stirnlagern; auftreten" in Form einer Spirale. Andere Farmen der Laufflächen,
z. B,. kegelförmige oder torische Laufflächen, sind natürlich auch möglich.
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Die OOuerschnkte der benutzten Drähte können beliebige Form haben.
Außer .den meist verwendeten Drähten mit kreisrundem Querschnitt kann man beispielsweise
auch Drähte mit trapezförmigem Querschnitt benutzen. Da solche Drähte jedoch meist
erst besonders hergestellt werden müßten, empfiehlt es sich, Drähte mit kreisförmigem
Querschnitt, zu wählen, die als Federdrähte oder Klaviersaitendrähte' handelsüblich
sind. Praktisch dürften die Durchmesser der für den Zweck geeigneten Drähte in der
Regel zwischen a und q. mm liegen, Bei diesen- Durchmessern genügt die Brinellhärte
ide:r Drähte den, Anforderungen; denn guter Klläviersai.tendraht von beispielsweise
3 mm Durchmesser hat etwa die Brinellhärte 570. Schwächere Drähte haben erheblich
größere Brinellhärte, während diese Härte bei Drähten von größerem Durchmesser kleiner
ist. Es empfiehlt sich nicht, Drähte-von kleinerem Durchmesser als a mm zu .wählen,
da -die Härte bei diesem Durchmesser bereits der\ Härte gehärteter Sta:hdkugeln
entspricht und, idie Flächenpressung zwisehen dem Draht und, dem Einbettungswerkstoff
unter dem Druck der Rollkörper örtlich so hohe Werte annehmen kann, daß plastische
Verformungen des Einbettungskörpers auftreten können, die zu einer Unbrauchbarmachung
oder gar Zerstörung des Lagers führen.
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Aus theoretischen Überlegungen und praktischen Versuchen hat sich
übereinstimmend das Gesetz ergeben, daß die Tragfähigkeit ,der Laufflächen eines
Wälzlagers unter sonst gleichen Bedingungen der zweiten Potenz der Brinellhärte
der Lagerteile an diesen Flächen proportional ist. Der als Einbettungswerkstoff
zweckmäßig verwendete gewöhnliche Baustahl hat etwa die Brinellhärte ioo,. Versieht
man ein aus diesem Stoff hergestelltes Lager .an Iden Laufflächen mit eingebetteten
Klaviersait@endrähten von 3 mm Durchmesser und nimmt man an, daß dabei wegen der
Unterbrechungen -der Laufflächen zwischen den Drähten die tragende Fläche um q.o
bis 5o % verkleinert wird, dann erzielt man eine tatsächliche Steigerung der Tragfähigkeit
des Lagers im Verhältnis von i002 zu 0,6o # 5702 bis 0,50 - 5702; d. h. ungefähr
auf das Zwanzigfache bis: Sechzehnfache.
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Bei der Anwendung von Drähten mit kreisförmigem Querschnitt wählt
man zweckmäßig die Breite der Nuten zum Einbetten der Drähte gleich dem Durchmesser
der Drähte, die Tiefe dieser Nuten gleich etwa drei Viertel dieses Durchmessers
und .gibt den Grundflächen der Nuten ein halbkreisförmiges Profil. Mit Rücksicht
auf eine möglichst geringe Verkleinerung der t-ragenden Fläche durch Anbrin:gung
der Drähte empfiehlt es .sieh, die Drähte durch teilweises Abarbeiten ihrer aus
Iden Nuten herausragenden Teile mit geradlinig profilierten Laufflächen zu versehen.
Es ist dann. zweckmäßig, die Drähte. nach dem plastischen Verformen der Nutränder
gemeinsam abzuschleifen, oder, wenn man sich mit einer Wesentlich, kleineren tragenden
Fläche begnügen; kann, mittels einer der Form der Rollenkörper angepaßten Walze
plasüsch .so zu verformen, daß eine tragende Fläche genügender Größe entsteht. Abgesehen
,davon, fdaß beim letztgenannten Verfahren wegen der Härte der Drähte sehr erhebliche
Walzdrücke erforderlich sind, ist dieses Verfahren aber aus folgendem Grunde weniger
zweckmäßig als das. Abschleifen. Es ist festgestellt worden, daß die äußere Sc'hic'ht
der in Frage kommenden Federstahldrähte wesentlich, @d. h. 30 bis 5oo/o geringere
Härte als der Kern der Drähte hat. Diese äußere Schicht ist bei Drähten von 3 mm
Durchmesser etwa 0,4 mm dick, bei stärkeren Drähten erheblich dicker. Bewirkt man
,die gewünschte Verbreiterung,der Laufbahn an den Drähten durch Walzen, dann bleibt
die weichere Außenschicht erhalten, während, sie
bei dem aus dem
gleichen Grunde vorgenommenen Abschleifen beseitigt wird. Im letzteren Falle ergibt
sich daher eine wesentlich härtere La:ufbalin als beim Walzen.
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In der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Abb. i zeigt das erste Beispiel, ein rechtwinklig zur Umdrehungsachse
belastetes Rollenlager im Mittelschnitt; Abb. a gibt in gleicher Darstellung eine
andere Ausführungsform des Lagers nach Abb. i als zweites Ausführungsbeispiel an:
in Abb.3 ist ein in Richtung seiner Umdrehungsachse belastetes Lager als drittes
Beispiel teilweise im Mittelschnitt wiedergegeben; Abb.4 veranschaulicht einen Schnitt
durch eine Geradführung, die als viertes Beispiel eines Rollenlagers nach der Erfindung
gewählt ist; die Herstellung der Nusführungsbeispiele ist an Hand der in vergrößertem
Maßstabe wiedergegebenen Abb. 5 bis 7 erläutert, und zwar zeigt Abb.5 in einem Teilschnitt
die Entstehung der Rollenlaufbahn und Abb. 6 die fertige Rollenlaufbahn, während
in Abb. 7 eine andere Art der Erzeugung der Rollenlaufbahn angegeben isst.
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Beim ersten Beispiel (Abt. i) ist eine Welle a mittels Rollen
b in einer Lagerbüchse c zu lagern. Sowohl die Welle a als auch die Lagerbüchse
c sind aus ungehärtet.ein Werkstoff hergestellt. Die als Laufflächen für die Rollen
b vorgesehenen Flächen dieser beiden Lagerteile sind mit Ringen d aus 3 mm starkem
Klaviersaitendraht versehen, die in Nuten der Lagerteile a und c eingebettet sind.
Die Nuten verlaufen parallel zueinander in Ebenen, die zur Umlaufachse der Welle
a senkrecht sind. Ihre Ränder sind zwecks Sicherung der Lage der Drahtringe d plastisch
verformt. Dabei ist das aus Abb. 5 ersichtliche Verfahren angewandt worden, bei
welchem die Lagerteile mit Nuten e von 3 mm Breite und ungefähr a,25 mm Tiefe versehen
sind. deren Grundflächen 'halbkreisförmige Profile haben. Nach dem Einlegen der
Ringe d in die Nuten e werden die beim Eindrehen der Nuten e stehengebliebenen Nutränder
f von Punkt zu Punkt :des Umfangs mittels eines Körners g plastisch so verformt,
daß die Drahtringe d in den Nuten c festgehalten tverd,en, wie aus dem rechten Teil
der Abb. 3 ersichtlich ist. Es ragt alsdann noch etwa ein Viertel des Durcdimessers
der Drähte über die Oberfläche des Lagerteils hinaus. Sind alle Drahtringe d, die
dabei an den Stoßstellen kleine Zwischenräume li. aufweisen. in den Lagerteilen
befestigt, dann i werden die herausragenden Drahtteile gemäß i Abb. 6 gemeinsam
abgeschliffen, so daß sich eine tragende Fläche ergibt, mit der die Rollen bin Linienberührung
sind.
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Beim zweiten Ausführungsbeispiel (Abt. z) sind: die Nuten e in der
Welle a und der Lagerbüchse c nicht wie beim ersten Beispiel angeordnet, sondern
verlaufen entlang einer Schraubenlinie mit gleichförmiger Steigung. Die eingelegten
Drähte haben demzufolge die Gestalt von Schraubenfedern i. Zur Sicherung der Drähte
in ihrer Lage ist hier das aus Abb.7 ersichtliche Verfahren gewählt. Ab-,veichend
von dem beim ersten Beispiel erwähnten Verfahren wird hierbei ein Walzenrad
k an den Nuträndern f unter Druck entlanggeführt und damit. diese
Nutränder gegen die Windungen der Schraubenfeder i gewalzt. Nach der Befestigung
der Schraubenfeder i «-erden die herausragenden Teile des Drahtes wieder gemäß Abb.
6 gemeinsam abgeschliffen.
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Beim dritten Ausführungsbeispiel (Abt. 3) ist auf einer Grundplatte
L ein Körper yn um eine lotrechte Achse drehbar gelagert. Als Rollkörper
dienen. kegelförmige Walzen n, denen die Neigung der Laufflächen angepaßt ist. In
die Laufflächen sind Nuten eingedreht, die nach kegeligen Spiralen verlaufen. In
diese Nuten sind entsprechend den ersten beiden Beispielen Drahtspiralen o eingelegt
und befestigt und nach ihrer Befestigung abgeschliffen. Beim vierten Ausführungsbeispiel
(Abb..I) sind die Rollkörper Doppelkegel p. Die Laufflächen :.der geradlinig aufeinanderzuführenden
Lagerteile q und y haben V-förmige Profile. Die Nuten für die in gleicher
`'eise eingelegten und befestigten Drähte s verlaufen geradlinig und parallel zur
Richtung der Bewegung der beiden Teile q und r
gegeneinander. Auch,die
Drähte s dieses Beispiels sind nach der Befestigung in den Nuten gemeinsam abgeschliffen.
Die Ausführung des Beispiels hat den Nachteil, daß nicht nur rein rollende Reibung
zwischen den Rollkörpern und den Laufflächen auftritt, sondern auch gleitende Reibung
zu überwinden ist. Bei den übrigen Beispielen tritt dagegen gleitende Reibung nicht
auf. Man kann sie auch bei der Geradführung des vierten Beispiels vermeiden, indem
man den Rollkörpern die Form von Zylindern gibt.