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Einrichtung zur Herabsetzung der Laufgeräusche einer Wälzlagerung
Auf vielen. Gebieten der Technik, z. B. für Tonaufzeichnungsgeräte, werden Wälzlagerungen
benötigt, die ein möglichst geringes Geräusch verursachen. Es hat deshalb nicht
an Versuchen gefehlt, die marktgängigen Lager in dieser Weise auszubilden, d. h.
den Einbau der Wälzlager so vorzunehmen, daß die Entstehung störender Geräusche
mehr oder weniger unterbunden ist. Unter den bekannten Maßnahmen sind dabei zwei
Arten zu unterscheiden. Bei der einen wird unter Verwendung sehr steifer Federn
bzw. von Einbauteilen verhältnismäßig großer Steifigkeit vor allem ein möglichst
weitgehender Formschluß zur Beseitigung von Lagerluft herbeigeführt. Bei der anderen
Art hat man sich unter Verwendung von relativ weichen Federn bemüht, Formungenauigkeiten
des Lagers, wie sie z. B. bei der Fertigung unvermeidlich sind, durch die erwähnte
weiche Polsterung aufzufangen. Beide bekannten Arten haben jedoch die gewünschte
Geräuscharmut noch: nicht hervorbringen können. Zunächst soll auf die Ursache der
Unzulänglichkeit der bekannten Einrichtungen noch näher eingegangen werden.
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Bei der im vorstehenden an erster Stelle behandelten Art der bekannten
Einrichtungen ist zum Zweck der Geräuschverminderung die umlaufende Welle einer
elektrischen Maschine zwischen. der Schulterfläche eines nur auf den Kugellageraußenring
einwirkenden. Lagereinstellkörpers und der Schulterfläche einer auf der gegenüberliegenden
Seite der Welle befindlichen und lediglich auf' den Außenring des gegenüberliegenden
Kugellagers einwirkenden Scheibe im Gehäuse der elektrischen Maschine federnd verspannbar
gemacht worden (z. B. deutsche Patentschrift 724 134). Der Außenring wird dabei
gegenüber dem auf der Maschinenwelle festgeschraubten Innenring des Kugellagers
so lange axial verschoben, bis das Längsspiel der Kugellager beseitigt und die Maschinenwelle
mit dem Gehäuse federnd verspannt ist.
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Diese bekannte Einrichtung zur Herabsetzung der Laufgeräusche einer
Wälzlagerung ist aus Fig. 1 der Zeichnung in ihren wichtigsten Bauteilen im Querschnitt
ersichtlich. Das Maschinengehäuse ist dabei mit 1 bezeichnet. Sein Lagerschild 2
nimmt den Außenring 3 für den Wälzkörpersatz 4 auf, dessen Innenring 5 auf der Welle
6 festsitzt. Am anderen Ende der Welle 6 ist der Stellkörper 7 in axialer Richtung
im Gewinde 8 des Gehäuses 1 verschraubbar. Schließlich nimmt der Stellkörper 7 den
Außenring 9 für den Wälzkörpersatz 10 auf, dessen Innenring 11 wiederum auf der
Welle 6 festsitzt. Es ist noch hervorzuheben, daß die Innenringe 5 und 11 jeweils
mit ihren Schultern 12 und 13 an Absätzen der Welle 6 und die Außenringe 3 und 9
mit ihren Schultern 14 und 15 an ähnlichen Absätzen einerseits des Lagerschildes
2 und andererseits des Stellkörpers 7 anliegen.
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Durch die aus der Fig. 1 ersichtliche Einrichtung ist eine Wälzlagerung
vermittelt, die aus der durch die beiden Wälzkörpersätze, ihre Innen- und Außenringe
5 und 11 bzw. 3 und 9, deren Abstützungen 2 und 7 sowie aus dem Gehäuse 1 gebildeten
Einbaugruppe besteht. Diese Bestandteile der Einbaugruppe sind durch den Stellkörper
7 in geschlossenem Kraftfluß gegeneinander federnd verspannt.
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Die bekannte Einrichtung nach Fig. 1, die für elektrische Maschinen
an sich normaler Art ausgebildet ist, hat eine Herabsetzung der Laufgeräusche der
Wälzlagerung nicht im erforderlichen Maße zustande bringen können. Die schon eingangs
erwähnte steife Federung, die bei dieser Art einschlägiger Einrichtungen Verwendung
gefunden hat, läßt bei einer spielfreien Einwirkung auf die bewegten Wälzlagerteile
innerhalb des Verbandes sehr große Kräfte- entstehen, die unerwünschte Beanspruchungen
hervorrufen. Aus diesem Grunde ist eine spielfreie Einwirkung nicht herbeigeführt
worden, sondern man hat bei Verwendung der hier in Rede stehenden steifen Federungsbestandteile
stets so viel Spiel bestehen lassen, daß Ungenauigkeiten, wie sie von der Fertigung
der Wälzlagerbestandteile herrühren, die erwähnten unerwünschten Kräfte nicht entstehen
lassen können. Darüber hinaus haben sich aber auch die hier in Betracht gezogenen
bekannten Einrichtungen deshalb. nicht bewähren können, weil die allein durch den
Stehkörper 7 herbeiführbare Verspannung der Einbaugruppe zwecks Vermeidung der erwähnten
Kräfte eine so feine Einstellung erforderte, wie sie
ohne übertriebenen
Aufwand nicht zustande gebracht werden kann.
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Bei der anderen, im vorstehenden angeführten Art von Einrichtungen
zur Herabsetzung der Lagergeräusche werden z. B. die Außenringe eines Wälzlagerpaares
durch eine Teller- oder Wendelfeder (vgl. z. B. die deutsche Patentschrift 504 484)
aus elastisch verformbarem Werkstoff verspannt. Der Anpreßdruck wird dabei jedoch
so eingestellt, daß jedes Lagerspiel ausgeglichen wird. Form und Größe der dafür
verwendeten Federelemente lassen erkennen, daß diese einen relativ großen Steifigkeitskehrwert
(Elastizität) aufweisen.
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Hieraus folgt eine so niedrige Eigenfrequenz der als Schwingungssystem
wirkenden Einbaugruppe, daß kein ununterbrochener kraftschlüssiger Kontakt zustande
kommt.
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Diese Nachteile einer Einrichtung zur Herabsetzung der Laufgeräusche
einer Wälzlagerung mit einer aus wenigstens zwei Wälzkörpersätzen gebildeten Einbaugruppe,
deren Bestandteile in. geschlossenem Kraftfluß durch elektrische Verformung gegeneinander
verspannt sind, werden nach der Erfindung dadurch behoben, daß der Steifigkeitskehrwert
(Elastizität) der von, dem geschlossenen Kraftfluß durchsetzten Bestandteilsfolge
der gesamten Einbaugruppe zwischen dem 1,5 fachen und dem 10fachen:, vorzugsweise
dem 3fachen., der Summe der in gleicher Richtung wirksamen Steifigkeitskehrwerte
der Wälzkörpersätze und' ihrer Laufringe liegt. Durch die Erfindung ist somit ein
ununterbrochener kraftschlüssiger Kontakt aller Teile der Einbaugruppe vermittelt,
wodurch ein einwandfreies Abrollen der Wälzkörper auf den Laufbahnen und damit eine
weitgehende, nur aus wenigen Sinusschwingungen mit ihren Harmonischen zusammengesetzte
Lagerschwingung mit minimalem Geräuschcharakter ermöglicht ist.
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In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist der nicht lineare Charakter
der zur elastischen Verformung verwendeten federnden Teile mindestens annähernd
durch den nicht linearen Charkter der Federung der Wälzkörpersätze und ihrer Laufringe
kompensiert. Der nicht lineare Charakter kommt dabei durch diejenige Abhängigkeit
zwischen der durch die Verspannung hervorgerufenen Belastung und der sich dadurch
ergebenden Verformung der Bestandteile der Einbaugruppe zustande, die im allgemeinen
Fall von der linearen Gesetzmäßigkeit abweicht.
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Erfindungsgemäß kann weiterhin die Größe des Steifigkeitskehrwertes
der von dem geschlossenen Kraftfluß durchsetzten Bestandteilsfolge unabhängig von
diesen Kraftfluß einstellbar sein. Durch diese Maßnahme läßt sich eine Unabhängigkeit
der Geräuschverminderung von der Größe der Verspannung erzielen.
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Die behandelten erfinderischen Vorkehrungen sowie weitere Merkmale
der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Fig.2 bis 11 der
Zeichnung näher erläutert, in denen entsprechende Ausführungsbeispiele wiederum
in Querschnittsdarstellungen wiedergegeben sind. Die Fig. 2 zeigt eine einschlägige
Einrichtung, bei der eine Einsteilbarkeit durch eine Tellerfeder auf der einen Seite
der Einbaugruppe herbeigeführt ist, während die andere Seite einen starren Einbau
aufweist; die Fig. 3 bis 5 zeigen andere Ausführungsformen für die nicht starre
Seite einer Einbaugruppe, wobei die andere Seite wiederum starr eingebaut ist; aus
den Fig. 6 bis 8 sind Beispiele ersichtlich, bei denen die aus den Wälzkörpersätzen
gebildete Einbaugruppe als selbständige Baueinheit für eine einzige Lagerstelle
ausgebildet ist; letzteres trifft auch für die Ausführung nach Fig.9 zu, wobei jedoch
überhaupt nur eine einzige Lagerstelle vorliegt; die Fig.10 und 11 zeigen besondere
Ausbildungen einerseits für die Verspannung der Einbaugruppe und andererseits für
die Verspannung von Doppelfedern.
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Nach Fig. 2 trägt das Gehäuse 16 einer Lagerung den Lagerschild 17,
der seinerseits den Außenring 18 des Wälzkörpersatzes 19 aufnimmt. Die Schulter
20 des Außenringes 18 legt sich dabei gegen einen entsprechenden Vorsprung des Lagerschildes
17. Der Innenring 21 des Wälzkörpersatzes 19 sitzt fest auf der Welle 22, wobei
sich seine Schulter 23 ebenfalls gegen einen entsprechenden Absatz der Welle 22
abstützt.
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Das andere Ende der Welle 22 trägt über dem abgesetzten. Zapfen 24
den Innenring 25 des Wälzkörpersatzes 26, wobei sich die Schulter 27 des Innenringes
25 an dem entsprechenden Absatz der Welle 22 anlegt. Der Außenring 28 des Wälzkörper-Satzes
26 sitzt in der mit dem Gehäuse 16 fest verbundenen Hülse 29. Durch den Deckel 30
dieser Hülse ist die Schraube 31 geführt, durch die die Tellerfeder 32 vorgespannt
ist, die ihrerseits über den Distanzring 33 auf die Schulter 34 des Außenringes
28 einwirkt. Bei der Wälzlagerung nach Fig. 2 besteht die eingangs behandelte Einbaugruppe
aus den beiden Wälzkörpersätzen 19 und 26 sowie aus den mit diesen Wälzkörpersätzen
einen geschlossenen Kraftfluß bildenden Bestandteilen 21, 22, 25 sowie 28; 33, 32,
31, 30, 16, 17 und 18. Die Verspannung dieser Bestandteile ist derart, daß der Steifigkeitskehrwert
(Elastizität) der von dem erwähnten geschlossenen Kraftfluß durchsetzten Folge von
Bestandteilen zwischen dem 1,5 fachen und dem 10 fachen des in axialer Richtung
vorhandenen Steifigkeitskehrwertes der aus den. Wälzkörpersätzen 19 und 26 und den
für deren Wälzkörper wirksamen Schichten der Laufringe 21 und 18 bzw. 25 und 28
bestehenden Systeme liegt.
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Die Verspannung der einem geschlossenen Kraftfluß unterliegenden Bestandteile
dieser Einbaugruppe wird mittels der erwähnten Schraube 31 eingestellt.
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Der bei größeren Auslenkungen der außerhalb des aus den Wälzlkörpern
19 bzw. 26 und den ihnen benachbarten Schichten der Laufringe 18 und 21 bzw. 28
und 25 bestehenden Systems vorhandenen Folge der Bestandteile 17, 16, 29, 30, 31,
32, 33 bzw. 22 und 24 vorhandene nicht lineare Anteil einer Steifigkeitskehrwerts-Funktion
ist entgegengesetzt gleich dein nicht linearen Anteil derjenigen Steifigkeitskehrwerts-Funktion,
die dem System aus den Wälzkörpern 19 sowie 26 und den ihnen benachbarten Schichten
der Laufringe 21 und 18 bzw. 25 und 28 entspricht. Diese Bedingung kann durch eine
Vorkrümmung der Tellerfeder 32 erfüllt sein.
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Nach Fig. 3 ist an dein Absatz 35 der Welle 36 die Schulter des Innenringes
des Wälzlagers 37 abgestützt, dessen Außenring gegen den Distanzring 38 anliegt.
Auf den Distanzring 38 wirkt die Doppeltellerfeder 39 ein, die ihrerseits unter
dem Einfluß der Schraube 40 steht. Diese Schraube ist gegen die Schraubhülse 41
verstellbar und erlaubt dadurch, eine verschieden starke Verspannung der Doppeltellerfeder
39 herbeizuführen. Das Innengewinde der Hülse 41 ist in seiner Steigung verschieden
von dem
Außengewinde dieser Hülse. Es ist dadurch möglich, die Verspannung
der kraftflußgeschlossenen Einbaugruppe fein einzustellen.
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Mit Hilfe des auf der Schraube 40 sitzenden topfartigen Spanners 42
ist die Größe des Steifigkeitskehrwertes der von dem erwähnten geschlossenen Kraftfluß
durchsetzten Bestandteilsfolge unabhängig von diesem Kraftfluß einstellbar. Die
Ausgangsvorspannung der Doppeltellerfeder 39 ist durch die Differenz der Distanzringe
43 und 44 wählbar.
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Durch den Lagerschild 45 sind der Außenring des Wälzlagers 37 sowie
die Distanzringe 38 und 44 abgestützt. Die Hülse 41 wird von dem Deckel 46 getragen,
der mit Hilfe der Verschraubung 47 an dem Lagerschild 45 befestigt ist.
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Die Federn 39 können einen solchen. Aufbau aus Werkstoffen unterschiedlicher
Temperaturkoeffizienten aufweisen, daß sich eine Kompensation der Wärmedehnungen
ergibt. Solche Wärmedehnungen können sowohl die Verspannung der Einbaugruppe als
auch die Verspannung des aus den Tellerfedern 39 gebildeten Kraftspeichers, d. h.
dessen Steifigkeitskehrwert verändern.
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Die Fig. 4 zeigt eine ähnliche Ausführung, wie sie in Verbindung mit
Fig.3 bereits erläutert wurde. Der Zapfen der Welle 48 weist die beiden Absätze
49 und 50 auf. Auf dem Absatz 49 ist das Wälzlager 51 unter Beachtung des bereits
mehrfach behandelten Anliegens der Schultern der Laufringe fest angebracht. Der
Lagerschild 52 stützt den. Außenring des Wälzlagers 51 über die mehrfach abgesetzte,
außen tonnenförmig gestaltete Hülse 53 ab. Diese Hülse dient gleichzeitig als Widerlager
für die im Querschnitt V-förmige Doppelringfeder 54. Die äußeren freien Enden der
Doppelringfeder 54 werden durch den Schraubring 55 miteinander verspannt. Der innere
Rand der Feder 54 ist durch die den Absatz 50 umschließende Gewindehülse 56 verspannbar.
Diese Hülse 56 stellt über den Deckel 57 des Lagerschildes 52 den geschlossenen
Kraftfluß zu den übrigen Bestandteilen der Einbaugruppe her. Durch. die außen tonnenförmige
Ausbildung der Hülse 53 und der sie aufnehmenden entsrechend geformten Fläche des
Lagerschildes 52 ist eine pendelartige Aufhängung der zur Einbaugruppe gehörenden
Einheit herbeigeführt.
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Nach Fig. 5 sitzt auf dem Zapfen. 58 der Welle 59 das Wälzlager 60
fest auf. Der Außenring dieses Lagers wird durch den Distanzring 61 zwischen der
Doppelringfeder 62 abgestützt. Die gegenseitige Verspannung der Ringfedern 62 ist
durch die Verschraubung des Ringbügels 63 auf der Hülse 64 bewirkt. Der Lagerschild
65 trägt unter Zwischenschaltung der Distanzringe 66 und 67 die Doppelringfeder
62 und wird durch den Deckel 68 abgeschlossen.
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Bei der Ausführung nach Fig.6 ist die aus den Wälzlagern 69 und 70
nebst der Doppelringfeder 71 und der mehrfach abgesetzten Distanzhülse 72 sowie
der den Außenkraftfluß vermittelnden Hülsen 73 und 74 und dem Deckelstück 75 gebildete
Einbaugruppe eine selbständige Baueinheit, für die das hier in Betracht kommende
Ende der Welle 76 die einzige Lagerstelle bildet. Die Verspannung der Doppelfeder
71 wird auch hier durch die den Wellenzapfen 77 umgebende verschraubbare Hülse 78
bewirkt.
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Zwischen dem Lagerschild 79 und seinem Deckel 80 ist die ringscheibenförmige
Feder 81 eingespannt, durch die die als Baueinheit ausgeführte Einbaugruppe gegenüber
dem Lagerschild schwingungsfähig aufgehängt ist. Diese Aufhängung kann so weich
ausgeführt sein, daß die sich ergebende Eigenfrequenz in der Umgebung der unteren
Grenzfrequenz des Hörbereichs liegt.
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Auch bei der Lagerung nach Fig. 7 ist die Einbaugruppe ähnlich wie
bei Lagerung nach Fig. 8 als selbständige Baueinheit ausgeführt. Der Unterschied
gegenüber der Anordnung nach Fig. 6 besteht darin, daß die Doppelfeder 82 den Innenring
des Lagers 83 gegen den Innenring des Lagers 84 über das mehrfach abgestufte Zwischenringstück
85 verspannt, während die Doppelfeder 71 bei der Einrichtung nach Fig. 6 eine Verspannung
des Innenringes vom Lager 69 gegen den Außenring des Lagers 70 herbeiführt. Eine
besonders feine Einstellung der Vorspannung der Einbaugruppe wird durch den Schneckentrieb
86 zustande gebracht. Die Verspannung der Doppelfeder 82 sowie die Aufhängung der
als Baueinheit ausgeführten Einbaugruppe wird ebenso vorgenommen, wie es im Zusammenhang
mit der Lagerung nach Fig. 6 bereits behandelt worden ist.
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Die Einrichtung nach Fig. 8 läßt neben dem Wälzlager 87 auf dem Absatz
88 der Welle 89 lediglich die Zentralkugelabstützung 90 erkennen, die hier an Stelle
eines zweiten Wälzkörpersatzes vorgesehen ist. Die Verspannung der Einbaugruppe
durch die Doppelfeder 91 ist entsprechend der Ausgestaltung nach Fig.3 durchgeführt.
Hinsichtlich der Aufhängung der als Baueinheit ausgeführten Lagerstelle im Lagerschild
92 wird auf die entsprechende Ausbildung nach Fig. 6 Bezug genommen.
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Nach Fig.9 ist die Lagerung der rotierenden Masse 93 auf dem Wellenstumpf
94 ähnlich ausgeführt wie die aus Fig. 8 ersichtliche eine Lagerstelle der doppelt
gelagerten Welle 89. Bei einer solchen Anordnung, bei der die Drehachse senkrecht
steht, erfüllt sich die Bedingung von selbst, daß die Wälzkörper im Wälzlager 95
in ständigem kraftschlüssigem Kontakt mit den Laufringen sind'. Diese Bedingung
maß bei denjenigen Lagerungen, bei denen keine nennenswerte senkrechte Komponente
in dieser Weise zur Wirkung kommen kann., durch eine entsprechende Größe der Vorspannung
der Einbaugruppe ausgeglichen werden.
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Nach den Fig. 10 und 11 wird die Verspannung der Doppelfedern 96 und
97 einerseits durch die in entgegengesetzter Richtung zur Wirkung kommenden Spannteile
98 und 99 bewirkt und andererseits durch die Spannteile 100 und 101 herbeigeführt.
Die Verspannung der Einbaugruppe wird nach Fig. 10 über das unterteilte Gehäuse
102 und nach Fig. 11 über den Gewindering 103 im Zusammenwirken mit der Gehäusewand
104 zustande gebracht.
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Als Wälzkörper in sämtlichen verschiedenen Wälzkörpersätzen können
Kugeln, Tonnen, Kegel oder Zylinderrollen Verwendung finden, letztere jedoch nur
dann, wenn die Laufringe dieser Rollen einen balligen Bord aufweisen.