DE10144624A1

DE10144624A1 - Axiallageranordnung mit Vorlastfeder

Info

Publication number: DE10144624A1
Application number: DE10144624A
Authority: DE
Inventors: Jun Joseph F Kenney
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2002-07-18
Also published as: US20020031289A1; GB2366841B; GB0122096D0; JP2002155931A; GB2366841A; US6830380B2

Abstract

Zwei Axiallaufbahnen sind durch eine Vielzahl von Wälzelementen für eine relative Drehung der Axiallaufbahnen um eine gemeinsame Achse voneinander getrennt. Eine Federscheibe ist axial außerhalb der beiden Axiallaufbahnen angeordnet, um an einer Abstützoberfläche anzugreifen und um eine axiale Last auf eine der beiden Axiallaufbahnen aufzubringen. Die beiden Axiallaufbahnen, die Wälzelemente und die Federscheibe sind als eine Anordnung zusammengehalten, zum Beispiel durch eine sich axial erstreckende Halterung mit sich radial erstreckenden Lippen, um die Handhabung und die Installation der Axiallageranordnung zu erleichtern.

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Axiallager und insbesondere auf Axiallager, die mit Federn verwendet werden, um eine Vorlast zu schaffen, sowie auf Axiallager mit verbesserter Strömung des Schmiermittels.

Viele Anwendungen von Axiallagern, zum Beispiel Kompressoren von Klimaanlagen, beruhen auf Axiallagern, um eine Vorlast für Rotoren und Wellen zu schaffen, um Konstruktionsfreiräume aufrecht zu erhalten. Die Schmierung solcher Lager kann durch eine Mischung eines Kühlmittels und eines Schmiermittels geschaffen, die im allgemeinen schlechtere Schmierungseigenschaften hat als reine Schmiermittel. In den meisten Fällen werden die Komponenten solcher Axiallager getrennt direkt in den Kompressor eingebaut. Zusätzlich dazu, daß dies ein mühsamer und teurer Vorgang ist, beinhaltet dieser separate Installationsvorgang Risiken der Verunreinigung, der Fehlausrichtung von Komponenten und selbst des Weglassens einiger Axiallagerkomponenten.

Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen eine Axiallager-Konfiguration gemäß der gegenwärtigen Praxis, vor und nach dem Aufbringen einer axialen Last. Solche Lasten werden aufgebracht während des Zusammenbaues eines Luftkompressors, um die axiale Stellung der Kompressorwelle zu stabilisieren. Im allgemeinen besteht die Umgebung des Axiallagers aus einem Gehäuse 10, in dem ein abgestufter Durchmesser oder Schnappring 13 in einer Nut vorgesehen ist, um als Abstützung für die Axiallagerkomponenten zu wirken.

Eine Federscheibe 16 ist benachbart zu einer der beiden Axiallaufbahnen 14 angeordnet, die durch Wälzelemente 15 voneinander getrennt sind, die durch einen Lagerkäfig 11 geführt werden.

Die Welle 20 eines Kompressors für eine Klimaanlage hat eine Schulter 12, gegen welche eine Axiallaufbahn 14 anliegt, so daß, wenn eine ausreichende axiale Vorlast auf die Kompressorwelle ausgeübt wird, die Federscheibe 16 wie in Fig. 2 veranschaulicht zusammengedrückt wird. Wie in der Figur zu sehen ist, sind der Lagerkäfig 11 und die Axiallaufscheiben 14 auf der Kompressorwelle 20 so geführt, daß ein radialer Freiraum 17 zwischen den Axiallaufscheiben 14 und dem Gehäuse 10, aber ein kleiner radialer Freiraum 18 zwischen den Axiallaufscheiben 14 und der Welle 20 besteht. Die Pfeile in Fig. 2 zeigen an, daß die Zufuhr der Mischung von Kühlmittel und Schmiermittel zu dem Freiraum 18 ausreichend ist, aber die Menge, die den Freiraum 17 erreicht, ist wesentlich vermindert. Diese verminderte Kühlmittel/Schmiermittel-Versorgung kann nicht den erforderlichen Betrag von Schmierung zum Schutz des Axiallagers gegen Verschleiß, Überhitzung und Aufbau von Verunreinigungen schaffen.

Zusätzlich zu Problemen der unzureichenden Strömung von Kühlmittel und Schmiermittel kann die Leistungsfähigkeit von Axiallagern in solchen Anwendungen beeinträchtigt sein, aufgrund von Querverlagerungen der Axiallaufscheiben 14 zwischen der Kompressorwelle 20 und dem Gehäuse 10. Dies ist in Fig. 2 ersichtlich, in der der haltende Schnappring 13, die Federscheibe 16 und die Axiallaufscheibe 14 in Anlage Fläche an Fläche sind. Die Axiallaufscheibe, die auf der Kompressorwelle 20 geführt ist, soll mit der Welle rotieren, und die Scheibe 16 und der Schnappring 13 werden durch das Gehäuse 10 zurückgehalten. Der Drehung der Axiallaufscheibe 14 ist ein Reibungswiderstand durch die Federscheibe 16 entgegengesetzt, deren Drehung wiederum durch den Schnappring 13 ein Reibungswiderstand entgegengesetzt wird. Diese Führungsanordnung führt zu einem erhöhten Verschleiß zwischen den Komponenten. Im schlimmsten Fall kann der haltende Schnappring 13 durch die Federscheibe 16 angetrieben werden, so daß er sich in dem Gehäuse dreht und schließlich aufgrund von Verschleiß aus der Nut herausgleitet, in welcher er installiert ist. In Kombination mit der bereits beschriebenen unzureichenden Schmiermittelströmung schreitet der Aufbau von Verschleißverunreinigungen in dem Axiallager mit einer erhöhten Geschwindigkeit fort und kann zu einem vorzeitigen Ausfall des Axiallagers führen.

Das Vorstehende veranschaulicht Beschränkungen, die bekannterweise bei gegenwärtigen Axiallagerausbildungen bestehen. Es wäre somit vorteilhaft, eine Alternative zu schaffen, die auf die Überwindung einer oder mehrerer der oben beschriebenen Beschränkungen gerichtet ist. Demgemäß wird eine geeignete Alternative mit Merkmalen geschaffen, die vollständiger nachstehend offenbart werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dies erreicht durch Schaffung einer Axiallageranordnung, die zwei Axiallaufbahnen aufweist, mit einer Vielzahl von Wälzelementen zwischen den und in Anlage gegen die beiden Axiallaufbahnen, um eine relative Verdrehung der Axiallaufbahnen um eine gemeinsame Achse zu erleichtern, und mit einer Federscheibe. Die Federscheibe befindet sich axial außerhalb der beiden Axiallaufbahnen, um an einer Stützfläche anzugreifen, und zum Aufbringen einer Vorlast auf eine erste der beiden Axiallaufbahnen. Halterungsmittel halten die beiden Axiallaufbahnen, die Wälzelemente und die Federscheibe als eine Anordnung zusammen, um die Handhabung und Installation zu erleichtern.

Die vorstehenden und andere Aspekte werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung ersichtlich, wenn diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Teils einer installierten Axiallagerausbildung, wobei keine axiale Last aufgebracht ist, und veranschaulicht den Stand der Technik;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines Teils des installierten Axiallagers von Fig. 1, wobei eine axiale Last aufgebracht ist;

Fig. 3 und 4 sind Schnittansichten eines Teils einer installierten Axiallagerausbildung, die ein erstes Ausführungsbeispiel der Axiallageranordnung der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, vor und nach dem Aufbringen einer axialen Last;

Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines Teils einer installierten Axiallagerausbildung mit einer aufgebrachten axialen Last und veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel der Axiallageranordnung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ist eine Schnittansicht der Axiallageranordnung und veranschaulicht ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 7 und 8 sind axiale und Schnittansichten, wie durch die Linie 8-8 von Fig. 7 angedeutet, einer Axiallageranordnung, die ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.

Detailbeschreibung

Eine Axiallageranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht, die die installierte Lageranordnung ohne aufgebrachte axiale Belastung und mit einer aufgebrachten axialen Belastung zeigen.

Dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Vielzahl von Wälzelementen 35, die in einem Käfig 31 gehalten und geführt sind, eine in einem Gehäuse geführte Axiallaufbahn 34, eine in einer Halterung geführte Axiallaufbahn 34', eine Federscheibe 36 und zwei sich axial erstreckende Halterungshälften 47, 47', die miteinander verschachtelt und durch Verstemmungen, eine eingerollte Kante oder andere Befestigungsmittel 49 miteinander befestigt sind. Wenn sie in einem Gehäuse 30 installiert ist, ruht die im Gehäuse geführte Axiallaufbahn 34 gegen einen Schnappring 33. Eine Welle 40 ist in die Halterungshälfte 47' eingesetzt, wobei eine Schulter 32 an einer radialen Verlängerung der Halterungshälfte 47' anliegt.

Wenn eine vorbestimmte axiale Belastung auf die Welle 40 aufgebracht wird, verformt sich die Federscheibe 36, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, und die Halterung 47, 47' wird axial verlagert, um einen Spalt 38 zwischen der in dem Gehäuse geführten Axiallaufbahn 34 und der Halterungshälfte 47 zu öffnen. Dies schafft einen ausreichend großen Strömungsweg für das Schmiermittel durch das Lager und aus diesem heraus durch einen Spalt 39 zwischen dem Gehäuse 30 und der in dem Gehäuse geführten Axiallaufbahn 34'. Dies vermindert auch die Probleme der Querverlagerung, die beim Stand der Technik aufgetreten sind, da die in dem Gehäuse Axiallaufbahn 34, die während des Betriebs an dem stationären Schnappring 33 anliegt, nicht die Halterungshälfte 47 des Lagers berührt, die mit der Welle rotiert. Als Ergebnis ist der Reibungsverschleiß wesentlich vermindert.

Fig. 3 veranschaulicht, daß die Axiallageranordnung der vorliegenden Erfindung eine axiale Vorlast durch Größenbemessung der axialen Länge der Halterungshälften 47, 47' schaffen kann, so daß, wenn das Lager zusammengebaut und durch die gestauchte oder eingerollte Kante 49 oder durch eine andere Verbindungsmethode fixiert ist, die Federscheibe 36 gegen die Axiallaufbahn 34 und dadurch gegenüber allen anderen Komponenten der Axiallageranordnung vorbelastet ist. Diese Vorlast verhindert ein Rattern und Vibrieren zwischen den Komponenten während des Transports und der Handhabung und vermindert dadurch ein Fressen, das sich sonst ergeben könnte.

Fig. 5 veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel der Axiallageranordnung der vorliegenden Erfindung, das ähnlich dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist, aber eine einstückige Halterung 58 anstelle der zweistückigen Halterung 47, 47' hat. Die Halterung 58 hat einen Flansch 59, der nach dem Einsetzen der Federscheibe 36, der in der Halterung geführten Axiallaufscheibe 34', der Wälzelemente 35 und des Lagerkäfigs 31 sowie der im Gehäuse geführten Axiallaufscheibe 34 eingerollt, eingedrückt oder auf andere Weise verformt wird. Diese Anordnung ist unter axialer Vorlast gezeigt.

Es ist zu beachten, daß der Schnappring 33 durch eine abgestufte Gehäusebohrung ersetzt werden kann, wie es durch Herstellungs- und Kostenbetrachtungen bestimmt werden kann. Es ist auch zu beachten, daß die Axiallageranordnung der vorliegenden Erfindung mit einer Halterung dargestellt worden ist, die radial innerhalb der Axiallaufbahnen und in Anlage gegen die Welle positioniert ist. Die Halterung kann auch radial außerhalb der Axiallaufbahnen und gegen das Gehäuse positioniert werden, wobei eine an der Welle geführte Axiallaufbahn gegen eine Stufe an der Welle abgestützt ist. Dies ist leicht durch Betrachtung der Fig. 3 bis 5 zu erkennen, wobei dann ein Gehäuse 40 eine Welle 30 umgeben würde.

Fig. 6 veranschaulicht ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Axiallageranordnung 50 umfaßt eine von der Welle geführte Axiallaufbahn 52, eine von einem Gehäuse geführte Axiallaufbahn 54, eine Federscheibe 56, Rollen 58 innerhalb eines Sigma-förmigen Lagerkäfigs 60, und eine Halterung 62. Die Axiallaufbahn 54 weist einen sich axial erstreckenden Flansch 64 auf, der es ermöglicht, die Halterung 62 aus einem dünneren Material hergestellt werden kann, das leichter mit radial sich nach innen erstreckenden Lippen 66, 68 ausgebildet werden kann, die eine axial nach außen gerichtete Bewegung der Federscheibe 56 und der Axiallaufbahn 54 begrenzen. Die Federscheibe 56 ist eine Bellevillefeder mit einer konischen Vertiefung, die axial nach innen weist.

Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Axiallageranordnung 70 hat eine in einem Gehäuse geführte Axiallaufbahn 72, eine von einer Welle geführte Axiallaufbahn 74, sowie Rollen 76 innerhalb eines kastenartigen Lagerkäfigs 78. Eine Halterung oder ein Gehäuse 80 ist als gezogener Napf ausgebildet, mit einem Bodenteil 82 mit einer Öffnung, und mit einer angestauchten oder anders angeformten Lippe 84, die ausgebildet wird, nachdem die Axiallageranordnung 70 zusammengefügt ist. Die Federscheibe 86 ist eine Bellevillefeder mit einer konischen Vertiefung, die axial nach außen weist. Eine Öffnung 88 in dem Bodenteil 82 hat eine modifizierte Rautenform mit abgerundeten Enden und Seiten und ist dazu ausgebildet, eine angemessene Schmiermittelströmung zu bieten.

Wie es in den Fig. 3, 4, 5 und 8 veranschaulicht ist, können die von der Welle geführten Axiallaufbahnen äußere und innere Durchmesser haben, die kleiner sind als diejenigen der von dem Gehäuse geführten Axiallaufbahnen. Im Ergebnis schließt die Halterung der Axiallageranordnung nicht den Schmiermittelweg, der mit den Bezugsziffern 38 und 39 der Fig. 4 und 5 identifiziert ist. Dieser Schmiermittelweg kann gesteuert werden durch Veränderung des Betrags der axialen Vorlast, die auf die Axiallageranordnung aufgebracht wird.

Die vorliegenden Erfindung ergibt eine Lageranordnung, die eine Querverschiebung von Komponenten vermindert, sie verbessert die Schmiermittelströmung, vermindert Verschleiß der Führungsoberflächen, gestattet eine potentielle Steuerung der Schmiermittelströmung durch das Aufbringen einer sich verändernden axialen Kraft, verhindert ein Rattern und einen zugehörigen Verschleiß während des Transports und gestattet einen Radius anstelle einer geschliffenen Ausnehmung zwischen einer führenden Welle und einer Stufe oder Schulter, was eine stärkere Welle zur Folge hat. Und natürlich beschleunigt die Verwendung einer einheitlichen Anordnung mit einer Federscheibe anstelle separater Lager- und Feder- Komponenten die Installation, vermindert die Kosten und vermindert Fehler in der Ausrichtung von Komponenten.

Claims

1. Axiallageranordnung mit:
zwei Axiallaufbahnen;
einer Vielzahl von Wälzelementen zwischen den und in Anlage an den beiden Axiallaufbahnen, zum Abstützen einer relativen Verdrehung der Axiallaufbahnen um eine gemeinsame Achse;
einer Federscheibe axial außerhalb der beiden Axiallaufbahnen zur Anlage an einer Abstützoberfläche und zum Aufbringen einer Vorlast auf eine erste der beiden Axiallaufbahnen; und
Halterungsmitteln zum Zusammenhalten der beiden Axiallaufbahnen, der Wälzelemente und der Federscheibe als eine Anordnung, um die Handhabung und Installation zu erleichtern.

2. Axiallageranordnung nach Anspruch 1, bei der die Halterungsmittel eine sich axial erstreckende Halterung aufweisen, die radial innerhalb oder radial außerhalb der beiden Axiallaufbahnen, der Wälzelemente und der Federscheibe angeordnet ist, um deren radiale Bewegung zu begrenzen; und wobei die Halterung radial sich nach innen erstreckende Abschnitte hat, die in Eingriff mit der Federscheibe und einer zweiten der beiden Axiallaufbahnen bringbar sind, um eine axial nach außen gerichtete Bewegung der Federscheibe und der zweiten Axiallaufbahn zu begrenzen.

3. Axiallageranordnung nach Anspruch 2, bei der die Halterung einen gezogenen Napf aufweist mit einer Lippe, die sich radial erstreckt und in Eingriff mit der Federscheibe bringbar ist, um eine radial nach außen gerichtete Bewegung der Federscheibe zu begrenzen.

4. Axiallageranordnung nach Anspruch 3, bei der die Halterung eine zweite Lippe aufweist, die sich radial erstreckt und in Eingriff mit der zweiten Axiallaufδahn bringbar ist.

5. Axiallageranordnung nach Anspruch 4, bei der die Halterung aus zwei gezogenen Näpfen gebildet ist, die einander überlappen, so daß sie einen zylindrischen doppelwandigen Abschnitt bilden.

6. Axiallageranordnung nach Anspruch 4, bei der die Halterung aus einem einzigen gezogenen Napf gebildet ist.

7. Axiallageranordnung nach Anspruch 4, bei der die Halterung einen gezogenen Napf mit einem Bodenabschnitt mit einer Öffnung aufweist, der sich radial erstreckt und mit der Federscheibe in Eingriff bringbar ist, um eine axial nach außen gerichtete Bewegung der Federscheibe zu begrenzen.

8. Axiallageranordnung nach Anspruch 1, bei der die Federscheibe eine Bellevillefeder aufweist, die eine konische Vertiefung hat, die von den Axiallaufbahnen axial nach außen weist.

9. Axiallageranordnung nach Anspruch 1, bei der die Federscheibe eine Bellevillefeder aufweist, die eine konische Vertiefung hat, die axial nach innen auf die Axiallaufscheiben zu weist.

10. Axiallageranordnung nach Anspruch 1, bei der eine erste der Axiallaufbahnen einen äußeren Durchmesser hat, der kleiner ist als der äußere Durchmesser einer zweiten der Axiallaufbahnen, um die Strömung von Schmiermittel zu erleichtern, und wobei die erste Axiallaufbahn einen inneren Durchmesser hat, der kleiner ist als der innere Durchmesser der zweiten Axiallaufbahn, um die Strömung von Schmiermittel zu erleichtern.

11. Axiallageranordnung nach Anspruch 1, bei der die Wälzelemente Rollen sind, die innerhalb eines Lagerkäfigs gehalten sind.

12. Axiallageranordnung nach Anspruch 11, bei der der Lagerkäfig eine kastenartige Gestalt hat.

13. Axiallageranordnung nach Anspruch 11, bei der der Lagerkäfig eine Sigma-förmige Gestalt hat.

14. Axiallageranordnung nach Anspruch 2, bei der wenigstens einige der sich radial erstreckenden Abschnitte, die mit der Federscheibe oder der Axiallaufbahn in Eingriff bringbar sind, durch Stauchen ausgebildet sind.

15. Axiallageranordnung nach Anspruch 1, bei der die beiden Axiallaufbahnen, die Wälzelemente und die Federscheibe so gestaltet sind, dass sie vor der Installation der Axiallageranordnung keinen axialen Freiraum innerhalb der Halterungsmittel haben, so dass eine Beschädigung aufgrund von Vibrationen während der Handhabung vermindert ist.