DE2306160A1

DE2306160A1 - Waelzlager-anordnung mit einem druckbelasteten beilagering und verfahren zur herstellung des beilageringes

Info

Publication number: DE2306160A1
Application number: DE2306160A
Authority: DE
Inventors: William George Degnan
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1973-02-08
Filing date: 1973-02-08
Publication date: 1974-08-15

Description

"Wälzlager-Anordnung mit einem druckbelasteten Beilagering und Verfahren zur Herstellung des Beilageringes" Die Erfindung betrifft eine Wälzlager-Anordnung mit mehreren nebeneinander auf einer Welle angeordneten Wälzlagern, einer auf der Welle angeordneten Druckmutter zum Einstellen einer axialen Vorlast an den Wälzlagern und einem Beilagering zwischen einem äußeren Wälzlager und der Druckmutter zum Entspannen der Vorlast bei Temperaturanstieg in der Wälzlageranordnung.
Nach der US-PS 3 528 713 ist eine schmelzbare Beilage für eine derartige vorbelastete Wälzlager-Anordnung bekannt. Die Erfindung bedeutet eine Verbesserung dieser bekannten Beilage, insbesondere im Hinblick auf Anforderungen, die die Luftfahrttechnik stellt.
Es wurde erkannt, daß die bekannte schmelzbare Beilage in dem Haupt-Kegelradgetriebe innerhalb der Nabe eines Hubschraubers schon während der normalen Betriebstemperatur einer Warmdehnung unterworfen wird, die unter Umständen zu einem Ausfall der Beilage führt, so daß diese ersetzt werden muß. Die Beilage gemäß der Erfindung vermeidet diesen Nachteil in Lösung der Aufgabe, mit dem Ausfall der Beilage Notlauf-Eigenschaften zu verbinden.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Der zusammenfaltbare Beilagering besteht zweckmäßig aus einem mit Kunstharz imprägnierten Glasfasergewebe und wird vorzugsweise zwischen zwei Ringplatten eingebettet, von denen eine mit einer Ringnut zu Teilweisen Aufnahme des Beilageringes versehen ist. Um den Umfang des Beilageringes kann ein Kohleband geschlungen werden, um zu verhindern, daß der Ring oder Bruchstücke von ihm beim Zusammenfalten unter erhöhter Axiallast in die Wälzlager-Anordnung gelangen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Wälzlager-Anordnung mit zwei verschiedenen Ausführungsformen für einen Beilagering dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine vorbelastete Lager-Anordnung, ausgestattet mit einem Beilagering gemäß der Erfindung, Fig. 2: einen radialen Schnitt durch den Beilagering mit seinen linken und rechten tragenden Ringplatten in vergrößertem Maßstab, Fig. 3: eine Draufsicht auf den linken Tragring, Fig. 4: einen vergrößerten Teilschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3, Fig. 5: eine Draufsicht auf den rechten Tragring, Fig. 6: einen vergrößerten Teilschnitt entlang der Linie 6-6 in Fig. 5, Fig. 7: eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines zusammenfaltbaren Beilageringes, Fig. 8: einen Teilschnitt in vergrößertem Maßstab entlang der Linie 8-8 in Fig. 7, und Fig. 9: einen vergrößerten Teilschnitt durch den rechten Tragring mit gegenüber Fig. 6 abgeänderter Konstruktion.
Fig. 1 zeigt eine mit einem Kegelrad 12 einheitliche Hohlwelle 10 als Teil eines Kegelradgetriebes. Die Welle 10 ist in zwei Lagern 14 und 16 drehbar gelagert, die zu beiden Seiten des Kegelrades 12 angeordnet sind.
Das Lager 16 ist ein typisches Zylinderrollenlager mit einem inneren Laufring 18 und einem äußeren Laufring 20, der von. einem Gehäuse 21 getragen wird. Zwischen den Laufringen l8 und 20 sind Laufrollen 22 in üblicher Weise angeordnet. Das Lager 16 ist ein handelsübliches Lager zur Aufnahme lediglich von Radiallasten.
Die Wälzlager-Anordnung 14 besteht aus einem Satz von 4 Kugellagern A, B, C und D mit langsgeteilten inneren Laufringen, die sowohl axiale wie auch radiale Lasten aufnehmen können. Jedes Einzellager besteht aus einem geteilten inneren Laufring 24, der auf Hohlwelleder aufgezogen ist, und einem äußeren Laufring 26, der in dem die Welletragenden Gehäuse .21 montiert ist. Die Laufringe 24 und 26 haben gegenüberliegende Ringnuten zur Aufnahme der Kugeln 28. Es ist festzuhalten, daß die vier Kugellager A bis D, die die Wälzlager-Anordnung 14 bilden, nebeneinander auf die Hohlwelle 10 mit ihren inneren und äußeren Laufringen aneinanderstoßend aufgezogen sind, wobei der innere Laufring des Lagers A an einer Schulter 32 der Welle 10 und der äußere Laufring des Lagers D an einer Schulter 33 des Gehäuses 21 anschlägt. Auf diese Weise wird der axiale Druck der Schulter 32 auf der Welle 10 durch die verschiedenen Lagereinheiten auf die Schulter 33 des Gehäuses 21 Übertragen. Der innere Laufring des Kugellagers D wird durch eine Spannmutter 36 gegen die inneren Laufringe der anderen Lagereinheiten verspannt, und zwar über eine neue Beilagen-Anordnung 34 (Fig. 2), indem die Spannmutter 36 auf den Gewindeteil 38 der Welle 10 aufgeschraubt wird. Die Spannmutter 36 greift eine Stirnfläche eines Zwischenringes 40 an, der eine gegenüberliegende flache Stirnfläche 4 zum Angriff an der Beilagen-Anordnung 34 aufweist. Über die Spannmutter 36 kann die Wälzlager-Anordnung 14 einer bestimmten Vorlast oder Vorspannung unterworfen werden.
Die Erfindung richtet sich auf die Beilagen-Anordnung 34 und insbesondere auf den Beilagering 42 sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. In Fig. 2 ist die Beilagen-Anordnung im Längsschnitt dargestellt, wobei der zusammenfaltbare Beilagenring rechteckigen Querschnittes mit 42, die linke ringförmige Tragplatte für den Beilagering mit 44 (Fig. 3 und 4), und die rechte ringförmige Tragplatte mit 46 (Fig. 5 und 6) bezeichnet sind. Der linke Tragring 44 hat eine flache kreisringförmige Stirnfläche 48 (Fig. 4),an der eine Stirnfläche des Beilageringes 42 anliegt. Ihre gegenüberliegende Stirnfläche 50, die an dem inneren Laufring des Kugellagers D anliegt, ist mit zwei Paaren von diametral gegenüberliegenden, gleichmäßig verteilten radialen Schmiernuten 52 versehen. Der rechte Tragring 46 hat eine Stirnfläche 54, die gegen die Stirnfläche 41 des Zwischenringes 40 anliegt, sowie eine gegenüberliegende Stirnfläche 56, die mit einer Ringnut 58 versehen ist, um einen größten Teil des Beilageringes 42 aufzunehmen.
Der Beilagering 42 ist jedoch in axialer Richtung dicker als die Tiefe der Ringnut 58, so daß zwischen der Stirnfläche 56 des rechten Tragringes 46 und der Stirnfläche 48 des linken Tragringes 44 ein kleiner Zwischenraum eingestellt ist, wenn der Beilagering in die Ringnut eingesetzt ist. Dieser Abstand ist in Fig. 2 mit 60 bezeichnet. Aufgrund dieser größeren Dicke des Beilageringes 42 wird dieser dem vollen Klemmdruck der Druckschraube 36 unterworfen, um die Wälzlager-Anordnung vorzubelasten, wobei er aber sowohl in axialer als auch in radialer Richtung abgestützt ist.
In Fig. 7 und 8 ist der Beilagering mit einem um seinen Umfang gelegten Kohleband 62 dargestellt, das beim Zusammenfalten des Beilageringes ein Eindringen von Ringmaterial zwischen die Lager-Laufringe verhindert. Dieses Band stellt somit sicher, daß der Beilagering nach innen zusammenbricht.
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Ringnut 58 a in radialer Richtung größer ist als die radiale Dimension des Beilageringes. Die radiale Dicke der Ringnut 58 a erlaubt es, daß der Abstand 60 vollständig verschwindet, wobei die Ringnut den vollständig zusammengefalteten Beilagering umschließt.
Der tragende Bestandteil der erfindungsgemäßen Wälzlager-Anordnung ist der Beilagering 42, ein aus einem Verbundwerkstoff aufgebauter Ring, der ähnlich wie ein Heizwiderstand durch mehrfaches Aufwickeln eines schmalen Glasgewebebandes auf sich selbst unter Imprägnierung und Stabilisierung mittels eines hochhitzebeständigen Athoxylenharzes hergestellt ist. Das Glasgewebe hat kurze parallele Säulen aus Glasgarn als Schußfäden, die von im rechten Winkel dazu verlaufenden kontinuierlichen Glasgarnen als Kettfäden unterstützt sind. Die kurzen Schußfäden wirken als knicksteife Säulen, die innerhalb des Kunstharzes stabilisiert sind und die Drucklast der Lager-Vorbelastung aufnehmen. Der schmale Streifen des vor-imprägnierten Glasgewebes wird mehrfach auf eine schmale Spule aufgewickelt.
Als Alternative kann auch ein handelsübliches Glasgewebe benutzt werden, das während des Aufwickelvorganges mit Kunstharz benetzt wird. Das aufgewickelte, imprägnierte Glasgewebe wird dann unter Wärme und Druck ausgehärtet. Das in der dargestellten Anordnung benutzte Kunstharz-System zum Stabilisieren des Glasgewebes ist vom Typ Hexell F-161, wie es in der Spezifikation MIL-R-9 300 definiert ist und das bei einer normalen Betriebstemperatur des Getriebes von ca. 150 °C verkettet und stabilisiert. Je nach den Temperatur- und Druckbedingungen in der Umgebung der Lager-Anordnung können auch andere Kunstharze verwendet werden. Nach dem Aushärten wird der Beilagering innen und außen auf eine Dimension bearbeitet, daß er innerhalb der Ringnut 58 im Tragring 46 eine angemessene Weite erhält, um einen vergleichsweisen Raum einzustellen, in den der zusammengefaltete Beilagering sich einpressen läßt.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Wälzlager-Anordnung ist folgende: Wenn die Schmierölversorgung innerhalb des Getriebegehäuses 21 ausfällt, steigen sowohl die Beanspruchungen als auch die Temperaturen im Beilagering 42 an, womit der Verbundring durch Zusammendrücken in einer Kurzzeit-Warmverformung ausfällt, und zwar aufgrund der ansteigenden Druckbeanspruchung und Temperatur. Die Temperatur steigt langsamer an als die Belastung, so daß - da der Temperaturanstieg zu einer Verschlechterung der Festigkeit der Fiberglas-Säulen führt - der Ring nicht durch Schmelzen, sondern durch Druck-Zerstörung ausfällt. Im normalen Betrieb wirken die kurzen Schußfäden als steife Säulen, die durch die Kettfäden und den Kunstharz stabilisiert sind. Unter anomalen Betriebsbedingungen nimmt die Knickfestigkeit der Säulen bei steigender Temperatur ab, so daß sie unter einer ansteigenden Druckbelastung knicken und sich zusammenfalten. Der Grund hierfür ist eine Entartung des Kunstharzes bei der höheren Temperatur, die - unter einer hohen Druckbelastung - den Zusammenbruch der Säulen begründet.
Das Kohleband 62, das auf den Ringumfang aufgebracht wird, ist vorzugsweise ein hochfester Strang aus Grafitwerg oder Grafitgewebe, das den offenen Zwischenraum 60 zwischen den beiden gegenüberliegenden Stirnflächen der Tragringe 44 und 46 abdeckt.
Hierdurch wird erreicht, daß keine Bruchstückchen von Fiberglas die Ring-Anordnung verlassen und die Kugellager in der Wälzlager-Anordnung verunreinigen, wenn der Ring sich zusammenfaltet.
Als neu ist der Einsatz wärmezerstörender Eigenschaften (Kurzzeit-Warmdehnung) eines Verbundwerkstoffes anzusehen, um den Ausfall eines Beilageringes herbeizuführen in der Weise, daß Bauteile der Kraftübertragung innerhalb eines Getriebes unter widrigen Betriebsbedingungen weiter ihren Dienst erfüllen können; zugeschnittene Eigenschaften der Beilagering-Anordnung dergestalt, daß eine kleine Differenz in den Betriebsbedingungen eine unstabile Betriebsbedingung und einen sofortigen Ausfall des Beilageringes verhindert, wodurch bei der Anwendung der Erfindung in der Luftfahrttechnik noch ein sicherer Landeflug ermöglicht ist; eine Kombination der Ausfallarten, um einen Ausfall in einem derartigen Ausmaß zu begründen, daß eine annehmbare Kraftübertragung auftritt und eine erforderliche Bewegung der inneren Laufringe der Lager erhalten wird; Beginn des Ausfalls des Beilageringes durch Wärme-Zerstörung (Kurzzeit-Warmdehnung) , indem bei der Herstellung eines Verbundstoff-Beilageringes die füllenden Schuß-Glasfäden verkettet werden, wobei der Ausfall des Beilageringes aufgrund der ungeordneten Lage der Glasfasern und der fortschreitenden Wärme-Zerstörung des Werkstoffes beschleunigt wird.
Naheliegende Abweichungen von Einzelheiten der dargestellten Konstruktion liegen im Rahmen der Erfindung. Z. B. können fortschrittlichere Bestandteile benutzt werden wie Gewebe aus Grafit oder andersartigen Stoffen. In dem beschriebnene Beilagering wird eine Atlasköper-Bindung benutzt, die es erlaubt, den füllenden Schußfäden eine maximale Festigkeit zu verleihen. Die übliche Viereck-Bindung kann verwandt werden, die dem Ausknicken der Schußfäden bei Belastung wenig Widerstand entgegensetzt. Es ist ebenfalls möglich, statt der billigen "E"-Glasfäden sogenannte "S"-Glasfäden zu benutzen, um einen höheren Elastizitätsmodul zu erhalten und damit bei gleichen Abmessungen höhere Kräfte zu übertragen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

Wälzlager-Anordnung mit mehreren nebeneinander auf einer Welle angeordneten Wälzlagern, einer auf der Welle angeordneten Druckmutter zum Einstellen einer axialen Vorlast an den Wälzlagern und einem Beilagering zwischen einem äußeren Wälzlager und der Druckmutter zum Entspannen der Vorlast bei Temperaturanstieg in der Wälzlageranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Beilagering (42) aus einem zusammenfaltbaren Verbundwerkstoff besteht und bei normalen Betriebstemperaturen stabil ist, bei höherer Temperatur jedoch unter einer Kurzzeit-Warmdehnung unstabil wird und sich zusammenfaltet.
2. Wälzlager-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusammenfaltbare Beilagering (42) aus einem mit Kunstharz imprägnierten Glasfasergewebe besteht.
3. Wälzlager-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beilagering (42) aus einer Mehrzahl von aufgewickelten Gewebelagen besteht, wobei die Schußfäden des Gewebes kurz sind und quer zu den gegenüberliegenden Stirnflächen des Beilageringes verlaufen, so daß sie unter der Vorlast als knicksteife Säule wirken.
4. Wälzlager-Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Beilagering (42) im Querschnitt im wesentlichen rechteckig ist.
5. Wälzlager-Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Beilagering (42) zwischen gegenüberliegenden Stirnflächen (48, 56) von zwei Tragringen (44, 46) angeordnet ist, von denen ein Tragring (46) an seiner Stirnfläche mit einer Ringnut (58) zur Aufnahme des Beilageringes versehen ist, wobei die Tiefe der Ringnut geringer ist als die axiale Abmessung des Beilageringes.
6. Wälzlager-Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Abmessung der Ringnut (58 a) größer ist als die radiale Abmessung des Beilageringes (42).
7. Wälzlager-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beilagering (42) an seinem Umfang mit einem Kohleband (62) belegt ist, das Bruchstücke des zusammengefalteten Beilageringes nach innen abweist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Beilageringes nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein schmales Glasfasergewebe mehrfach auf sich selbst zu einem zusammengesetzten Ring aufgewickelt wird, der aus einer Mehrzahl von mit Kunstharz imprägnierten Gewebelagen besteht, in denen die kurzen parallelen Schußfäden axial gerichtet sind, wonach der Ring unter Wärme und Druck ausgehärtet und auf Maß bearbeitet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8 für einen Beilagering nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohleband (62) auf den Ringumfang aufgebracht wird, in im vor dem Aushärten ein hochfester Strang aus Grafitgewebe auf den Ringumfang aufgewickelt wird.

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