CH446847A - Fassungs- bzw. Lagerring für einen Rotationskörper aus vorbestimmtem Material - Google Patents

Description

      Fassungs-        bzw.    Lagerring     für        einen        Rotationskörper    aus     vorbestimmtem    Material    Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein äusserer  oder innerer     Fassungs-    bzw. Lagerring für einen Rota  tionskörper aus vorbestimmtem Material, insbesondere  für drehbare     Winkelmessscheiben    aus Glas, aber auch für  Linsen, Spiegel und andere     scheibenförmige    Glaskörper.  Bei derartigen     Fassungs-    bzw.

   Lagerringen     sollte    der       thermische    Ausdehnungskoeffizient zwecks Vermeidung       ungleichmässig    verteilter und/oder übermässiger Span  nungen im gefassten     Körper    bei Temperaturveränderun  gen möglichst gleich gross sein wie derjenige des gefass  ten Körpers. Anderseits muss     vielfach    für den Fassungs  ring ein Material besonderen Anforderungen an die Be  arbeitungsfähigkeit, die     Erzielbarkeit    bestimmter Ober  flächengüten, die     Festigkeits-    und Zähigkeitseigenschaf  ten u. a. genügen.

   Diese Anforderungen werden aber  vielfach nur von     Materialen    mit ganz anderem ther  mischen Ausdehnungskoeffizienten erfüllt. So haben zwar  Nickellegierungen mit sehr hohem Nickelgehalt, z. B.       45        %,        ähnliche        thermische        Ausdehnungskoeffizienten     wie viele Gläser; sie sind aber wegen ihrer Weichheit  und schlechten     Bearbeitbarkeit    mit spanabhebenden Ver  fahren, wegen ihrer schlechten Wärmeleitfähigkeit und  aus anderen Gründen nur schlecht zur Herstellung von       Fassungs-    bzw. Lagerringen geeignet.  



  Gemäss vorliegender Erfindung wird das Problem  dadurch auf     vorteilhafte    Weise gelöst, dass der Ring aus  mindestens zwei     konzentrischen,    paarweise längs je einer  gemeinsamen     Berührungs-Ringfläche    im Gleichgewichts  zustand unter Druck bzw. Zug ineinander verspannten  Ringen aus Materialien mit verschiedenen     thermischen     Ausdehnungskoeffizienten zusammengesetzt ist, deren  Dicken und Festigkeitseigenschaften derart aufeinander  abgestimmt sind, dass sich auf dem Radius des gefassten  Rotationskörpers der Ausdehnungskoeffizient des Mate  rials des gefassten Rotationskörpers ergibt.  



  Man wird z. B. mit Vorteil     für    den am gefassten  Rotationskörper aus Glas     anliegenden,    einen Teilring des       zusammensgesetzten        Fassungs-    bzw. Lagerringes aus  Material mit kleinerem Ausdehnungskoeffizient als das  Glas, z. B.     Invar-Legierung,    und für den     andern    Teilring    ein Material mit grösserem thermischen Ausdehnungs  koeffizienten als das Glas,     z.B.    Aluminium, Messing,  Stahl, mit entsprechend günstigen Bearbeitungseigen  schaften wählen.  



  Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes  ist als     Axialschnitt    durch ein     Fassungs-    und Drehlager  für eine     Winkelmess-Scheibe    in der Zeichnung darge  stellt.  



  Die Glasscheibe G ist dabei mit einer kreisrunden  Zentrumsöffnung versehen, in deren Umfang ein aus  zwei koaxial ineinander verspannten Teilringen     Ml,        M2     bestehender     Fassungs-    bzw. Lagerring     spielfrei    eingesetzt  ist. In axialer Richtung wird die Glasscheibe G von  zwei angeschraubten Halteringen H gehalten.  



  Die Innenseite des     zusammengesetzten    Ringes     Ml,          M.    dient zur Aufnahme eines Kugellagers L, über wel  chem die Glasscheibe G     drehbar    auf der Welle W gelagert  ist.

   Die Kombination der beiden ineinander verspannten  Ringe     Ml,        M,    aus Materialien mit verschiedenen ther  mischen Ausdehnungskoeffizienten<I>a,</I> bzw.     a2        (al < a2)     ergibt auf dem Radius     r1    der     Fassungs-Ringfläche,    also  am Glas, einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten       a""    welcher je nach der Bemessung der Ringstärken     dl     bzw.     d2    und der     Elastizitätsmodule        El    bzw.

       E2    der beiden       Ringmaterialien    irgend einen Wert     areg        ag    zwischen  den Werten     a1    und     a2        annimmt.    Vorausgesetzt muss  dabei aber sein, dass     dl,        d2 < rm    und dass der Innenring       M2    dem äusseren Ring     Ml    im gesamten brauchbaren  Temperaturbereich unter Druck     anliegt        (a2> 1).     



  Zur Realisierung des gesteckten Zieles sind zwei Be  dingungen zu erfüllen.  



  a) Kontaktbedingung:     r.    für beide Ringe gleich  
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         (6l,        a2    =     Tangentialspannungen)     b) Gleichgewichtsbedingung: beide Ringe müssen in     rm     gleiche Kraft ausüben: in     Ring    1 Zug, in     Ring    2 Druck           ss1.        dl    =     -a2.    d2  Mit
EMI0002.0004  
   x > 1 erhalten wir die Gleichung für das  resultierende arm:

    
EMI0002.0005     
  
EMI0002.0006     
         (QT    = Temperaturdifferenz)    Wie man sich leicht überzeugt, geht die Formel für       dl    = 0, bzw.     d2    = 0 in die Grenzwerte     a"        resp.        a1    über.  



  Die effektive Wärmeausdehnung im Radius     r1        ergibt     sich mit der Berücksichtigung der Querdehnung des  Ringes 1 wie folgt:       (brl,        br""   <B>öd,</B> = Dehnungen)  
EMI0002.0017     
  
EMI0002.0018     
  
EMI0002.0019     
    (v =     Poissonzahl)     In praktischen Fällen ist v .     a1    .

   (. . . . .)     G    1, so dass mit  genügender Genauigkeit gesetzt werden kann:  
EMI0002.0023     
    Auf ähnliche Weise lässt sich auch für eine Variante  mit aussen auf einer Glasscheibe aufgespannten doppel  ten Fassungsringen     Ml,        M2    der an der dann innen liegen  den     Fassungs-Ringfläche    wirksame resultierende     thermi-          sehe    Ausdehnungskoeffizient a     res*    vorausberechnen.

    Zusatz     Wärmedehnungsformel:    für Innenradius  
EMI0002.0031     
    Glaskörper können mit in beschriebener Weise zu  sammengesetzt ausgebildeten Fassungsringen nach be  kannten     Aufschrumpf-Verfahren    praktisch     exzentritäts-          frei    verbunden werden.  



  In allen Ausführungsbeispielen muss darauf geachtet  werden, dass die konzentrischen, zusammen den Fas  sungsring bildenden Ringe, z. B.     Ml,        M2,    einander im  ganzen     nutzbaren    Temperaturbereich unter     Vorspannung     anliegen. Man kann dabei von einer untersten Betriebs  temperatur ausgehen, für welche die genannte Bedingung  noch knapp erfüllt ist, während mit steigender Betriebs  temperatur die gegenseitige     Anpressung    der beiden Ringe  immer stärker wird. Dann muss stets der Ausdehnungs  koeffizient des inneren Ringes grösser sein als der des  äusseren Ringes.

   Sofern man von einer maximalen Be  triebstemperatur ausgeht, muss der Ausdehnungskoeffi  zient des äusseren Ringes grösser sein, damit mit zuneh  mender Abkühlung die beiden Ringe zunehmend     anein          andergepresst    werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Äusserer oder innerer Fassungs- bzw. Lagerring für einen Rotationskörper aus vorbestimmtem Material, ins besondere für drehbare Winkelmessscheiben aus Glas, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring aus mindestens zwei konzentrischen, paarweise längs je einer gemein samen Berührungs-Ringfläche im Gleichgewichtszustand unter Druck bzw.

   Zug ineinander verspannten Ringen (Ml, M..) aus Materialien mit verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (a1, a2) zusammengesetzt ist, deren Dicken (dl, d2) und Festigkeitseigenschaften (El, E.) derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich auf dem Radius (r1) des gefassten Rotationskörpers (G) der Ausdehnungskoeffizient (a...') des Materials des gefassten Rotationskörpers ergibt.