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Stoßfeste Zapfenlagerung Bei der Lagerung einer Welle ist der eigentliche
Lagerzapfen, der in einem Gleitlager laufen oder auch ein Wälzlager tragen kann,
im Durchmesser meistens kleiner als die Welle selbst.
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Die Übergangsstelle von der dicken Welle zum vergleichsweise dünnen
Zapfen ist insofern eine Schwachstelle, als hier besonders bei wechselnder oder
stoßweiser Belastung Dauerbrüche auftreten. Meistens ist diese Stelle am höchsten
gefährdet, da hier das größte Biegemoment des Zapfens entsteht. Es ist bekannt,
daß bei einer plötzlichen Querschnittsveränderung, wie sie ja beim Abdrehen einer
Welle auf den Zapfendurchmesser entsteht, Kerbwirkung auftritt. Durch Abrundungen,
Entlastungskerben usw. kann man gewisse Verbesserungen erzielen.
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Daß man allein durch diese Maßnahmen nicht immer zum Ziel kommen kann,
zeigt die Stoßempfindlichkeit der Unruhlagerung von Uhren und der Schwingspullagerung
elektrischer Meßgeräte. Zur Verringerung der Lagerreibung ist hier der Durchmesser
des Lagerzapfens meist sehr klein (etwa o,i mm), so daß sich ein großes Verhältnis
zwischen Wellen- und Zapfendurchmesser ergibt (Größenordnung io : i), wodurch Spannungsanhäufungen
und Steigerung der Kerbempfindlichkeit entstehen. Es ist bekannt, durch federnden
Einbau der Lager bzw. Lagersteine die Stöße abzufangen und dadurch das Meßgerät
stoßfester zu machen. Die Lösung erfordert aber eine teure und komplizierte Konstruktion.
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Ein anderer Vorschlag besteht darin, einen dünnen Stahldraht beidseitig
einzuspannen und die eigentliche Welle als Hohlwelle auf dem gespannten Draht laufen
zu lassen. Diese Konstruktion ist ebenfalls kompliziert. Sie macht in den
meisten
Fällen eine völlige Umkonstruktion erforderlich und ergibt große Reibung bei axialer
Belastung.
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Bei dem Gegenstand nach der Erfindung wird zwar auch eine Hohlwelle
und eine Drahtseele aus hochelastischem, hartem Material benutzt, im Gegensatz zu
bekannten Ausführungen wird die Seele jedoch mit der Hohlwelle fest verbunden. Der
Durchmesser der Seele wird so bemessen, daß die aus der Hohlwelle herausragenden
freien Enden ohne wesentliche Bearbeitung direkt als Lagerzapfen dienen. Hierdurch
werden die Kerbwirkung bzw. auch die Spannungsanhäufungen weitgehend verhindert.
Eine Welle dieser Art kann auch ohne jede Änderung an den Lagern auf dem Austauschweg
eingebaut werden.
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Bei einer nach diesem Verbundverfahren hergestellten Unruhwelle, bei
der als Seele gezogener Stahldraht von 1/1o mm 0 und etwa ioo kg/mmE Zugfestigkeit
benutzt wurde, lassen sich die Zapfen bis zu 3o Grad zur Seite drücken, ohne abzubrechen
oder zu verbiegen. Bei einer gleichdimensionierten Welle aus Stahl mit angedrehten
Zapfen führt der gleiche Versuch schon bei einigen Grad zu Bruch oder Verbiegung,
je nach Härtung des Materials.
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Die Wirkung bleibt erhalten, wenn die Lagerzapfen zur Verbesserung
von Rundlauf oder Oberflächengüte in geringem Maß nachgeschliffen werden müssen.
, Da das Ausbohren von Massivwellen zur Aufnahme der Drahtseele in der Herstellung
teuer kommt, ist nach der Erfindung vorgesehen, gezogenes Rohr zu benutzen, in das
die Seele eingeschoben werden kann. Die Befestigung der Seele im Rohr erfolgt durch
Ziehen des Rohres, wodurch dieses sich im Durchmesser verringert und hierbei die
Drahtseele festsetzt.
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Bei sehr dünnen Drahtseelen und bei der Herstellung von Meterware,
die bei der Herstellung von Wellen auf Automaten vorteilhaft ist; kann es schwierig
werden, beim Einschieben der Drahtseele ein Ausknicken derselben zu verhindern.
Nach der Erfindung werden dann zwei sich drehende, unter Federdruck stehende Rollen
benutzt, die den dazwischenliegenden Draht transportieren. Das an seinem Ende etwas
aufgedornte und der Rollenform entsprechend zugespitzte Rohr kann so nahe an die
Rollen herangebracht werden, daß ein Ausknicken nicht möglich ist.
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Fig. i zeigt eine Zapfenlagerung nach der Erfindung. a ist die Hohlwelle,
deren äußere Form den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden kann, b ist die Drahtseele
mit den Zapfen c, die sich in den feststehenden Lagern d drehen.
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Fig. 2 zeigt zwei unter dem Druck der Feder i stehende Rollen 2 und
3, die eine Rille 4 haben können. In der Rille 4 läuft vorzugsweise der Draht 5,
der in das Rohr 6 beim Drehen der Rollen in Pfeilrichtung eingeschoben wird. Das
. Ende des Rohres 6 ist so aufgedornt und zugespitzt, daß es sehr nahe an die Rollen
herangebracht werden kann, so daß das Einschieben leicht möglich ist.
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Neben dem betriebstechnischen Vorteil der Stoßfestigkeit ergibt dieses
Material noch den herstellungsmäßigen Vorteil kürzerer Bearbeitungszeiten dadurch,
daß die harte Seele das umgebende weiche Hüllenmaterial stützt. Dies ist besonders
für die Herstellung sehr dünner Zapfen wichtig, wo die Schnittgeschwindigkeit gesteigert
. werden kann. Der letzte Span fällt gewissermaßen als weiche Hülle von der harten
Seele ab.
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Vorteile nach der Erfindung treten natürlich auch dann auf, wenn die
Seele nicht durchgehend ist, sondern nur etwa ein kurzes Stück eingelassen ist und
dann durch bekannte Maßnahmen, wie Schrumpfen usw., mit der Welle fest verbunden
wird, oder wenn das Radiallager so schmal ist, daß die Lagerung eher als Spitzenlager
anzusprechen ist.