CN109563881A - 用于轴承装置的补偿套筒、具有补偿套筒的轴承装置和用于装配补偿套筒的方法 - Google Patents

用于轴承装置的补偿套筒、具有补偿套筒的轴承装置和用于装配补偿套筒的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于轴承装置(100)的补偿套筒(105)，所述轴承装置具有至少一个用于接收轴承套筒(115)的壳体(110)、用于接收轴(120)的轴承套筒(115)和所述轴(120)。所述补偿套筒(105)构造为，用于能被接收在所述轴承套筒(115)和所述壳体(110)之间并且能导热。为此，所述补偿套筒(105)的外壁(125)具有至少一个外凹部(135)，所述外凹部构造为用于在所述补偿套筒(105)被接收在所述轴承装置(100)中的状态下在所述补偿套筒(105)和所述壳体(110)之间产生外腔(140)，和/或，所述补偿套筒(105)的内壁(130)具有至少一个内凹部(145)，所述内凹部构造为，用于在所述补偿套筒(105)被接收在所述轴承装置(100)中的状态下在所述补偿套筒(105)和所述轴承套筒(115)之间产生内腔(150)。

Description

用于轴承装置的补偿套筒、具有补偿套筒的轴承装置和用于 装配补偿套筒的方法
技术领域
本发明从根据独立权利要求类型的设备或者方法出发。本发明的主题还包括一种计算机程序。
背景技术
存在动态和静态的流体轴承。两种轴承类型至少由轴和轴承套筒构成，其中，后者被接收在壳体中。尤其在具有大于100000U/min的高速转动轴的动压空气轴承中，发生在轴承中的值得重视的摩擦功率，由此，轴、轴承套筒和壳体发热。为了补偿构件之间不均匀的热膨胀，将需要补偿和减振元件，该补偿和减振元件是能导热的，使得轴和轴承之间的轴承间隙不改变或者仅略微改变。
发明内容
在此背景下，借助在这里所提出方案提出一种根据独立权利要求的用于轴承装置的补偿套筒、一种具有补偿套筒的轴承装置、一种用于装配补偿套筒的方法，此外提出一种使用该方法的控制器以及最后提出一种相应的计算机程序。通过在从属权利要求中列举的措施能够有利地扩展和改进在独立权利要求中给出的补偿套筒。
提出一种用于轴承装置的补偿套筒，所述轴承装置至少具有接收轴承套筒的壳体、用于接收轴的轴承套筒以及轴。所述补偿套筒构造为用于能接收在轴承套筒和壳体之间并且能导热。为此，补偿套筒的面向壳体的外壁具有至少一个外凹部，该外凹部构造为用于在补偿套筒被接收在轴承装置中的状态下在补偿套筒和壳体之间产生外腔，和/或补偿套筒的面向轴承套筒的内壁具有至少一个内凹部，该内凹部构造为用于在补偿套筒被接收在轴承装置中的状态下在补偿套筒和轴承套筒之间产生内腔。
在这里所提出的补偿套筒例如可以由材料决定地将在轴运行时在轴上形成的热导出到壳体上，以便防止在轴和/或轴承套筒区域中的例如200℃以上的高温。
该轴承装置例如可以是用于流体机械的轴承或者轴承的一部分。通过所说明的外腔形成的在补偿套筒和壳体之间的空腔和/或通过所说明的内腔形成的在补偿套筒和轴承套筒之间的空腔使得能够实现补偿套筒在轴承装置中的弹性布置。此外，所说明的空腔也可以为流体、如冷却流体、如冷却剂提供空间。
当补偿套筒的各个空腔与孔连接时，可以通过补偿套筒给静压空气轴承或者压力辅助的动压空气轴承供给流体。在此，环绕的空腔能够实现将流体分配到轴承套筒中的多个孔上。
为了能够导出热，根据一个实施方式，补偿套筒的外壁可以在外凹部边缘区域中成型为，用于在补偿套筒被接收在轴承装置中的状态下至少部分地环绕和/或密封地贴靠在壳体上，和/或，在该补偿套筒中，补偿套筒的内壁在内凹部边缘区域中成型为，用于在补偿套筒被接收在轴承装置中的状态下至少部分地环绕和/或密封地贴靠在轴承套筒上。通过至少一个这样形成的接触面可以导出热。此外，通过密封的接触面能够将流体密封地接收到内腔和/或外腔中。
当补偿套筒具有多个绕着整个外壁延伸的外凹部和/或多个绕着整个内壁延伸的内凹部时，能够实现补偿套筒在壳体和轴承套筒之间的径向可弹动的接收。在此，补偿套筒例如可以环绕地成型为波形。在轴运行时，从轴出发的轴向力和/或径向力因此可以至少部分地被补偿套筒接收。例如可以通过轴承套筒的钻孔形成的力因此也可以被补偿套筒接收。
根据一个实施方式，为了使流体能够从壳体中的至少一个壳体孔导入到轴承套筒中的至少一个轴承套筒孔中，至少一个外凹部可以通过补偿套筒中的至少一个开口与至少一个内凹部以流体方式连接。这样的开口使得能够实现，冷却流体可以密封地通过壳体进入到轴承套筒中。流体也能够通过该开口仅导入到内腔中，以便在那里能够实现对轴承套筒的冷却作用。
例如为了将在轴承套筒钻孔时或者在轴运行时从轴作用到轴承套筒上的力限制到壳体上，补偿套筒有利地可以具有构造为用于至少部分地接收力的材料。
为了在补偿套筒和壳体之间产生摩擦锁合和/或力锁合的连接，根据一个实施方式，补偿套筒可以成型为，用于被压入到壳体中和/或用于在补偿套筒和轴承套筒之间产生摩擦锁合和/或力锁合的连接，补偿套筒可以成型为，用于被压入到轴承套筒中。
轴承装置至少具有用于接收所说明的补偿套筒中的一个补偿套筒的壳体、用于接收轴承套筒的补偿套筒、用于接收轴的轴承套筒和所述轴，其中，补偿套筒布置在壳体和轴承套筒之间。这样的轴承装置可以用作对已知轴承装置的替代装置，其中的差异在于，在这里所提出的轴承装置有利地构造为用于将在轴上形成的热导出到壳体上。
此外，借助补偿套筒可以影响轴的转动体动态特性。尤其，可以通过补偿套筒的几何构型和材料选择影响该补偿套筒的刚性和减振特性并且因此影响由转动体、轴承和弹簧套筒构成的整个能振动系统的刚性和减振特性。
提出一种用于装配补偿套筒的方法，其中，该方法至少具有以下步骤：
提供所提出的补偿套筒中的一个补偿套筒；和
将补偿套筒布置在轴承装置的轴承套筒和壳体之间，所述轴承装置至少具有轴、用于接收所述轴的轴承套筒、用于接收所述轴承套筒的补偿套筒和用于接收所述补偿套筒的壳体。
该方法例如可以以软件形式或者硬件形式或者以由软件和硬件的混合形式例如在控制器中执行。
此外，在这里所提出的方案实现一种控制器，该控制器构造为用于在相应的装置中执行、操控或者实施在这里所提出的方法的步骤。通过本发明呈控制器形式的实施变型也可以快速和有效地解决本发明所基于的任务。
为此，控制器可以具有至少一个用于处理信号或者数据的计算单元、至少一个用于存储信号或数据的存储单元、至少一个连接到传感器或者促动器的用于读取来自传感器的传感器信号或者用于将控制信号输出给促动器的接口和/或至少一个用于读取或者输出数据的通信接口，所述数据嵌入到通信协议中。所述计算单元例如可以是信号处理器、微控制器或者类似装置，其中，所述存储单元可以是闪存、EEPROM或磁性存储器。所述通信接口可以构造为，用于无线地和/或有线地读取或者输出数据，其中，可以有线地读取或者输出数据的通信接口能够例如以电或者光学的形式从相应的数据传递线路读取这些数据或能够将这些数据输出到相应的数据传递线路中。
在本发明中，控制器可以理解为电器，所述电器处理传感器信号并且根据所述传感器信号输出控制信号和/或数据信号。控制器可以具有能够以硬件和/或软件形式构造的接口。在硬件形式的构造方式中，所述接口例如可以是所谓的系统ASIC的一部分，该部分包含控制器的不同功能。然而也能够是，所述接口是本身的集成电路或者至少部分地由离散的结构元件组成。在软件形式的构造方式中，所述接口可以是软件模块，所述软件模块例如除了其它软件模块外也存在于微控制器上。
在一个有利的构型中，通过所述控制器控制装配设备，所述装配设备用于将补偿套筒装配在轴承装置的壳体和轴承套筒之间。为此，控制器例如可以调用传感器信号，如提供信号和布置信号。通过促动器(如提供装置和布置装置)进行操控。
计算机程序产品或者具有程序代码的计算机程序也是有利的，所述计算机程序可以存储在机器可读的载体或者存储介质，如半导体存储器、硬盘存储器或者光学存储器上并且用于执行、实施和/或操控按照前面所说明的实施方式之一的方法步骤，尤其当程序产品或者程序在计算机或者设备上被实施时。
附图说明
在附图中示出并且在下面的说明中详细阐述在这里所提出的方案的实施例。附图示出了：
图1示出具有根据一个实施例的补偿套筒的轴承装置的立体横截面；
图2示出根据一个实施例的补偿套筒的立体侧视图；
图3示出根据一个实施例的补偿套筒的立体横截面；
图4示出根据一个实施例的轴承装置的侧向横截面；
图5示出根据一个实施例的轴承的侧向横截面；
图6示出根据一个实施例的轴承装置的侧向横截面；
图7示出根据一个实施例的轴承装置的侧向横截面；
图8示出根据一个实施例的轴承装置的侧向横截面；
图9示出根据一个实施例的轴承装置的侧向横截面；
图10示出根据一个实施例的轴承装置的侧向横截面；
图11示出根据一个实施例的轴承装置的侧向横截面；和
图12示出用于装配根据一个实施例的补偿套筒的方法的流程图。
在下面本发明的有利实施例的说明中，对于在不同附图中所示的并且类似作用的元件使用相同或者相似的附图标记，其中，省去对这些元件的重复说明。
具体实施方式
图1示出具有根据一个实施例的补偿套筒105的轴承装置100的立体横截面。
轴承装置100具有壳体110、补偿套筒105、轴承套筒115和轴120。轴120布置在轴承装置100的中心处并且被轴承套筒115接收。轴承套筒115又被补偿套筒105接收，该补偿套筒构造为能导热的。壳体110接收补偿套筒105。
补偿套筒105具有面向壳体110的外壁125和面向轴承套筒115的内壁130。外壁125具有至少一个外凹部135，该外凹部在补偿套筒105被接收在轴承装置100中的状态下在补偿套筒105和壳体110之间产生外腔140。根据该实施例，补偿套筒105的内壁130具有至少一个内凹部145，所述内凹部在补偿套筒105被接收在轴承装置100中的状态下在补偿套筒105和轴承套筒115之间产生内腔150。
在没有在这里所提出的补偿套筒105的轴承装置中(在该轴承装置中，轴承套筒115固定地夹紧在壳体110中)，轴承套筒115不能够相应于其温度自由地膨胀。该膨胀阻碍又对轴承套筒115和轴120之间的功能重要的轴承间隙有影响，所述轴承间隙通常仅为几个微米。轴承套筒115和壳体110的不同膨胀可以由不同温度或者具有不同热膨胀系数的材料引起。与例如通常被用作补偿和减振元件的O型圈相反地，在这里所提出的补偿套筒105有利地是能导热的。因此可以防止，轴承套筒115和轴120承受不允许高的热负荷。此外，在这里所提出的补偿套筒105能够在例如超过200℃的高温下使用，并且能够实现补偿套筒105的几年的使用寿命。不同于在其它轴承装置中，在这里，通过补偿套筒105例如也防止轴承套筒115在壳体110中由老化引起的位置改变。
图2示出根据一个实施例的补偿套筒105的立体侧视图。在此可以涉及根据图1所说明的补偿套筒105。
在补偿套筒105的中间，补偿套筒105根据该实施例具有贯通开口200。根据该实施例，外壁125环绕地具有三个外凹部135并且内壁130环绕地具有两个在图3中可完全看到的内凹部145。外凹部135和内凹部145构造为用于能够实现补偿套筒105在壳体110和轴承套筒115之间的径向可弹动的接收。
根据该实施例，布置在外凹部135边缘区域中的四个外接触面205构造为，当补偿套筒105被接收在壳体110中时，密封地贴靠在壳体110上。根据该实施例，在图3中可完全看到的、布置在内凹部145边缘区域中的三个内接触面210构造为，当轴承套筒115被接收在补偿套筒105中时，密封地贴靠在轴承套筒115上。可选地，根据该实施例，三个外凹部135中的中间那个外凹部具有多个开口215，所述开口将外凹部135或者与两个内凹部145中的一个内凹部以流体方式连接或者与两个内凹部145中的另一个内凹部以流体方式连接。
图3示出根据一个实施例的补偿套筒105的立体横截面。在此可以涉及根据图2所说明的补偿套筒105。
图4示出根据一个实施例的轴承装置100的侧向横截面。在此可以涉及根据图1所说明的具有在图2和3中所说明的补偿套筒105中的一个补偿套筒的轴承装置100。
换言之，在图4中示出具有轴承套筒115和补偿套筒105的轴-轴承系统。在该实施例中，补偿套筒105被压入到壳体110中。然后，轴承套筒115被压入到补偿套筒105中。由于压配合，轴承套筒105与壳体110摩擦锁合并且因此防止扭转地连接。
该方案说明了一种补偿套筒105，该补偿套筒被安装在轴承套筒115和壳体110之间。在此，补偿套筒105具有补偿轴承套筒115和壳体110的热膨胀的任务。此外，通过补偿套筒105可以调整轴承套筒115和壳体110之间的热阻抗。由此，通过补偿套筒105可以将在轴120和轴承套筒115之间的轴承间隙400中形成的热有针对性地导出到壳体110中。在此，轴承间隙400例如可以是流体薄膜。此外，在补偿套筒105足够刚性设计的情况下，可以接收在制造轴承套筒115的内孔时可能形成的力。尤其，径向的加工力不导致轴承套筒115的偏转。因此，能够以高精度制造轴承套筒115的内孔。补偿套筒105构成呈外腔140和内腔150形式的不同的腔，在静压空气轴承装置100或动压空气轴承装置100(所述轴承装置也被称作轴承)中，所述不同的腔可以借助压力辅助有针对性地被利用。流体例如可以从壳体110的中央壳体孔被分配到轴承套筒115中的多个孔上。通过呈补偿套筒105的与壳体110接触的外接触面205和与轴承套筒115接触的内接触面210形式的接触面，同时密封所述腔140,150，由此可以取消附加的密封元件，例如O型圈。此外，在动压空气轴承以及静压空气轴承中，腔140,150可以被用作冷却通道，以便给轴承套筒115调节温度。
图5示出根据一个实施例的轴承500的侧向横截面。在此可以涉及两个根据图4所说明的、仅具有一个轴120的轴承装置100。
在这里所示的轴-轴承系统由两个呈轴承装置100形式的径向轴承构成。例如在流体机械领域内的应用中，轴120如所示地接收在至少两个径向轴承中。
图6示出根据一个实施例的轴承装置100的侧向横截面。在此可以涉及根据图4所说明的轴承装置100。
示出热膨胀的补偿。由于在轴承间隙400中的流体摩擦，组件发热，其中，轴承装置100的各个构件可以具有不同的温度。此外，构件可以由具有不同热膨胀系数的材料构成。不同的温度和/或材料导致轴承套筒115的径向偏移600(x2)，该径向偏移可能与壳体110的径向偏移605(x1)有偏差。由于补偿套筒105的波形构型，该补偿套筒在径向上具有弹动特性。由此得出以下优点：补偿不同的偏移600,605，轴承套筒115通过压配合固定地定位在壳体110中，轴承套筒115可以由于其温度而膨胀并且几乎不受刚性壳体110影响。因此，当轴承套筒115和轴120具有相同的温度并且由相同的材料构成时，在这两个构件之间的轴承间隙400近似地保持恒定。
图7示出根据一个实施例的轴承装置100的侧向横截面。在此可以涉及根据图4和6所说明的轴承装置。
箭头700示出在轴承间隙400中形成的热的热流。由于外接触面205和内接触面210和补偿套筒105的导热能力，可以导出在轴承间隙400中形成的热。由此得出以下优点：轴承套筒115和轴120的温度降低而壳体110变热并膨胀。由此，轴承套筒115在其热膨胀方面被不太强地阻碍。因此，补偿套筒105仅须补偿轴承套筒115和壳体110之间的小的热膨胀差异。呈轴承装置100形式的整个部件的热特性可以被补偿套筒105的热阻抗极大地影响。此外，可以通过补偿套筒105所使用的材料、补偿套筒105的壁厚和/或接触面205,210的数量和尺寸有针对性地调整热阻抗。
图8示出根据一个实施例的轴承装置100的侧向横截面。在此可以涉及根据图7所说明的轴承装置100。对应于轴承装置100的轴未示出。
示出在这里起作用的径向加工力800，所述加工力在制造内孔时形成。在补偿套筒105足够刚性设计的情况下，可以接收在例如通过钻孔、车削和/或磨削等制造轴承套筒115的内孔时形成的力。尤其，径向加工力800不导致轴承套筒115的偏转。因此，能够以非常高的精度制造轴承套筒115的内孔。
图9示出根据一个实施例的轴承装置100的侧向横截面。在此可以涉及根据图8所说明的轴承装置100。对应于轴承装置100的轴未示出。
同样地在制造内孔时形成的轴向加工力900通过在补偿套筒115的接触面205,210上的摩擦被接收。
图10示出根据一个实施例的轴承装置100的侧向横截面。在此可以涉及根据前面附图所说明的轴承装置100。
在轴承装置100中的箭头示出在根据该实施例的静压空气轴承装置或者具有压力辅助的动压空气轴承装置100中的流体1000供应。在静压空气轴承装置或者具有压力辅助的动压空气轴承装置100中，补偿套筒105构成呈外腔140和内腔150形式的不同的腔。因此，流体1000可以从壳体110的中央壳体孔1005穿过开口215被分配到轴承套筒115中的多个轴承套筒孔1010中。通过补偿套筒105与壳体110和轴承套筒115的接触面205,210同时密封所述腔140,150，由此可以取消附加的密封元件，例如O型圈。
图11示出根据一个实施例的轴承装置100的侧向横截面。在此可以涉及根据前面附图所说明的轴承装置100。
根据该实施例，在轴承装置100中的箭头示出穿过轴承装置100的冷却流1100。此外，在静压空气轴承装置或者动压空气轴承装置100中，腔140,150可以被用作冷却通道，以便给轴承套筒115调节温度。
图12示出用于装配根据一个实施例的补偿套筒的方法1200的流程图。在此可以涉及一种用于装配在前面附图中所说明的补偿套筒中的一个补偿套筒的方法1200。在提供步骤1205中，提供所提出的补偿套筒中的一个补偿套筒。在布置步骤1210中，将补偿套筒布置在轴承装置的轴承套筒和壳体之间，所述轴承装置具有至少一个轴、用于接收该轴的轴承套筒、用于接收该轴承套筒的补偿套筒和用于接收该补偿套筒的壳体。
如果一个实施例包括第一特征和第二特征之间的“和/或”关联，那么这应当解读为，该实施例根据一个实施方式既具有第一特征又具有第二特征而根据另一实施方式或者仅具有第一特征或者仅具有第二特征。

Claims (11)

1.一种用于轴承装置(100)的补偿套筒(105)，所述轴承装置具有用于接收轴承套筒(115)的壳体(110)、用于接收轴(120)的轴承套筒(115)和所述轴(120)，其中，所述补偿套筒(105)构造为，用于能被接收在所述轴承套筒(115)和所述壳体(110)之间并且能导热，其特征在于，所述补偿套筒(105)的外壁(125)具有至少一个外凹部(135)，所述外凹部构造为，用于在所述补偿套筒(105)被接收在所述轴承装置(100)中的状态下在所述补偿套筒(105)和所述壳体(110)之间产生外腔(140)，和/或，所述补偿套筒(105)的内壁(130)具有至少一个内凹部(145)，所述内凹部构造为，用于在所述补偿套筒(105)被接收在所述轴承装置(100)中的状态下在所述补偿套筒(105)和所述轴承套筒(115)之间产生内腔(150)。
2.根据权利要求1所述的补偿套筒(105)，在该补偿套筒中，所述补偿套筒(105)的外壁(125)成型为，用于在所述补偿套筒(105)被接收在所述轴承装置(100)中的状态下至少部分地环绕和/或密封地贴靠在所述壳体(110)上，和/或，在该补偿套筒中，所述补偿套筒(105)的内壁(130)成型为，用于在所述补偿套筒(105)被接收在所述轴承装置(100)中的状态下至少部分地环绕和/或密封地贴靠在所述轴承套筒(115)上。
3.根据权利要求2所述的补偿套筒(105)，具有绕着整个外壁(125)延伸的多个外凹部(135)和/或绕着整个内壁(130)延伸的多个内凹部(145)，以便能够实现所述补偿套筒(105)以径向能弹动的方式被接收在所述壳体(110)和所述轴承套筒(115)之间。
4.根据权利要求2至3中任一项所述的补偿套筒(105)，在该补偿套筒中，至少所述至少一个外凹部(135)通过在所述补偿套筒(105)中的至少一个开口(215)与至少一个内凹部(145)以流体方式连接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的补偿套筒(105)，所述补偿套筒具有一种材料，所述材料构造为，用于至少部分地接收作用到所述轴承套筒(115)上的力(800,900)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的补偿套筒(105)，所述补偿套筒成型为：用于被压入到所述壳体(110)中，以便在所述补偿套筒(105)和所述壳体(110)之间产生摩擦锁合和/或力锁合的连接，和/或，用于被压入到所述轴承套筒(115)中，以便在所述补偿套筒(105)和所述轴承套筒(115)之间产生摩擦锁合和/或力锁合的连接。
7.一种轴承装置(100)，所述轴承装置至少具有一个用于接收根据权利要求1至6中任一项所述的补偿套筒(105)的壳体(110)、用于接收轴承套筒(115)的补偿套筒(105)、用于接收轴(120)的轴承套筒(115)和所述轴(120)。
8.一种用于装配补偿套筒(105)的方法(1200)，其中，所述方法(1200)至少具有以下步骤：
-提供(1205)根据权利要求1至6中任一项所述的补偿套筒(105)；和
-将所述补偿套筒(105)布置(1210)在轴承装置(100)的轴承套筒(115)和壳体(110)之间，所述轴承装置至少具有一个轴(120)、用于接收所述轴(120)的轴承套筒(115)、用于接收所述轴承套筒(115)的补偿套筒(105)和用于接收所述补偿套筒(105)的壳体(110)。
9.一种控制器，所述控制器设置为用于在相应的单元中实施根据权利要求8所述的方法(1200)的步骤。
10.一种计算机程序，所述计算机程序设置为用于实施和/或操控根据权利要求8所述的方法(1200)。
11.一种机器可读的存储器介质，在所述机器可读的存储器介质上存储有根据权利要求10所述的计算机程序。
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