DE102004051398B4

DE102004051398B4 - Axiallager für einen Rotor

Info

Publication number: DE102004051398B4
Application number: DE102004051398.8A
Authority: DE
Inventors: Rajko Colic; Detlef Kreutz
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2004-10-21
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2024-10-22
Also published as: DE102004051398A1

Abstract

Axiallager für einen Rotor (1), der auf einer Antriebswelle (2) angeordnet ist, an der an ihrem, dem Spiralgehäuse (4) einer Kreiselpumpe zugewandten Ende das Laufrad (3) der Kreiselpumpe befestigt ist, das einen becherförmigen Lagersitz (5) aufweist, der auf der Antriebswelle (2) derart angeordnet ist, dass seine Öffnung dem Spiralgehäuse (4) zugewandt ist, wobei im Lagersitz (5) ein ebenfalls becherförmiger Einsatz (6) aus Gummi angeordnet ist, der zur Längsachse der Antriebswelle (2) weisende Vorsprünge (6a) aufweist, bei dem im becherförmigen Einsatz (6) eine, dieselbe Längsachse wie die Antriebswelle (2) aufweisende Lagerscheibe (7) angeordnet ist, die mit ihrer äußeren radialen Begrenzung in die Vorsprünge (6a) des becherförmigen Einsatzes (6) eindrückt und die im Betrieb mit ihrer, dem Spiralgehäuse (4) zugewandten Seite an einem Lageranschlag (8) anliegt, der im Spiralgehäuse (4) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Axiallager für einen Rotor. Axiallager für Rotoren sind bekannt. „Kreiselpumpen, Lexikon, KSB Aktiengesellschaft, 1989, Seiten 124 bis 128“ werden verschiedene Bautypen von Axiallagern beschrieben. Es handelt sich dabei um Axial-Gleitlager. Die zum Betrieb von Kreiselpumpen angeordneten Rotoren sind direkt mit der Antriebswelle, auf der das Laufrad der Kreiselpumpe befestigt ist, verbunden. Bedingt durch die strömungstechnischen Verhältnisse im Betrieb wirken auf das Laufrad und damit auf die Antriebswelle Kräfte ein, die das Laufrad zum Eintritt des zu fördernden Mediums in die Kreiselpumpe ziehen. Somit wird auch gleichzeitig der auf der Antriebswelle befestigte Rotor in Richtung auf den Eintritt des zu fördernden Mediums verschoben. Der Rotor muss daher mit einem Axiallager gelagert werden. Dabei ist in der Regel nachteilig, dass diese Axiallager schlagartig mit Kräften beaufschlagt werden, was zum einen eine relativ geringere Lebensdauer des Axiallagers infolge des Axiallagerspiels zur Folge hat. Zum anderen ist das Anschlagen von Lagerscheiben an die Anschläge mit einer nachteiligen Geräuschentwicklung verbunden, die im Betrieb als störend empfunden wird.
Die US 59 64 582 A offenbart eine Lagervorrichtung zur Verwendung in einer Pumpe. Die Lagervorrichtung umfasst dabei ein Lagergehäuse und einen darin aufgenommenen Keramikeinsatz zur Aufnahme einer Welle. Der Keramikeinsatz ist dabei von einem elastischen Material in der Gestalt eines Gummirings zum Schutz der Keramik umgeben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Axiallager für einen Rotor zum Betrieb von Kreiselpumpen zu schaffen, das eine relativ hohe Lebensdauer aufweist, wobei gleichzeitig auftretende Anschlaggeräusche minimiert werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Axiallager für einen Rotor, der auf einer Antriebswelle angeordnet ist, an der an ihrem, dem Spiralgehäuse einer Kreiselpumpe zugewandten Ende das Laufrad der Kreiselpumpe befestigt ist, gelöst, das einen becherförmigen Lagersitz aufweist, der auf der Antriebswelle derart angeordnet ist, dass seine Öffnung dem Spiralgehäuse zugewandt ist, wobei im Lagersitz ein ebenfalls becherförmiger Einsatz aus Gummi angeordnet ist, der zur Längsachse der Antriebswelle weisende Vorsprünge aufweist, bei dem im becherförmigen Einsatz eine, dieselbe Längsachse wie die Antriebswelle aufweisende Lagerscheibe angeordnet ist, die mit ihrer äußeren radialen Begrenzung in die Vorsprünge des becherförmigen Einsatzes eindrückt und die im Betrieb mit ihrer, dem Spiralgehäuse zugewandeten Seite an einem Lageranschlag anliegt, der im Spiralgehäuse angeordnet ist. Bei dem Axiallager handelt es sich um ein Axial-Gleitlager, welches sich in dem zu fördernden Fluid befindet. Der Rotor ist direkt fest mit der Antriebswelle verbunden und wird außen von einem Stator umgeben. Durch das Zusammenwirken von Stator und Rotor werden die Antriebskräfte auf die Antriebswelle übertragen. Bei dem becherförmigen Lagersitz handelt es sich um die eigentliche Lagerfassung mit einer Öffnung im Becherboden, durch welche die Antriebswelle geführt wird. Er ist beispielsweise bevorzugt im Wesentlichen als Hohlzylinder gefertigt und wird in besonders vorteilhafter Weise auf die Antriebswelle aufgepresst. Es ist jedoch auch möglich, die Anordnung des becherförmigen Lagersitzes auf der Antriebswelle mit Hilfe von Befestigungsmitteln, wie beispielsweise Schrauben, vorzunehmen. Der becherförmige Einsatz aus Gummi wirkt als Dämpfungselement, wobei unter der Bezeichnung „Gummi“ in der Regel vulkanisierter Kautschuk zu verstehen ist. Es kann auch ein synthetischer Gummi oder Silikongummi eingesetzt werden. Die zur Längsachse der Antriebswelle weisenden Vorsprünge des becherförmigen Einsatzes weisen eine Höhe auf, die bevorzugt im Bereich zwischen 0,8 und 1,1 mm liegt. Der becherförmige Einsatz kompensiert die auf das Axiallager einwirkenden Kräfte, was sich vorteilhaft auf die Lebensdauer des Axiallagers auswirkt. Die Lagerscheibe besteht beispielsweise aus einem keramischen Werkstoff. In diesem Fall wird als Lageranschlag ein Anschlag vorzusehen sein, der aus Graphit besteht. Die Lagerscheibe ist dabei ringförmig ausgebildet mit einer mittigen Öffnung zur Aufnahme der Antriebswelle. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass im Betrieb die nachteiligen Geräuschentwicklungen ausbleiben und das Axiallager eine relativ hohe Lebensdauer aufweist. Dies wird durch die vorteilhafte Anordnung des becherförmigen Einsatzes aus Gummi erreicht.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der becherförmige Einsatz aus Gummi an seiner, dem Spiralgehäuse zugewandeten Bodenseite Nuten aufweist. Die Tiefe der Nuten beträgt in besonders vorteilhafter Weise 0,8 bis 1,2 mm. Durch diese Maßnahme wird in vorteilhafter Weise die dämpfende Wirkung des becherförmigen Einsatzes aus Gummi im becherförmigen Lagersitz des Axiallagers weiter verbessert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind 3 bis 24 Vorsprünge angeordnet. Dadurch lässt sich die Lagerscheibe besonders sicher im becherförmigen Einsatz aus Gummi anordnen, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, dass die Längsachse der Lagerscheibe möglichst genau senkrecht zur Längsachse der Antriebswelle steht. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise ein gleichmäßiges Anliegen der Lagerscheibe am Lageranschlag.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht der becherförmige Einsatz aus Ethylen-Propylen-DienKautschuk. Bei diesem Werkstoff handelt es sich somit EPTM. Dabei ist vorteilhaft, dass sich mit einem solchen becherförmigen Einsatz die Dämpfungseigenschaften und somit die Lebensdauer des Axiallagers optimieren lassen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bestehen der Rotor und der becherförmige Lagersitz aus einer Einheit. Dabei kann der becherförmige Lagersitz mit dem Gehäuse des Rotors ein Einzelteil bilden. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise und führt in vorteilhafter Weise zu einer Verkleinerung von Bauraum.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Lagerscheibe an ihrer, dem Spiralgehäuse zugewandten Seite sternförmig von innen nach außen verlaufende weitere Nuten aufweist. Zur Vereinfachung der Herstellung des Axiallagers ist es besonders vorteilhaft, diese weiteren Nuten auch auf der direkt gegenüberliegenden Seite der Lagerscheibe anzuordnen. Auf diese Weise werden die Reibungskräfte, die zwischen der Lagerscheibe und dem Lageranschlag gebildet werden, durch die Ausbildung eines Films, gebildet aus dem zu fördernden Fluid, verkleinert. Die Ausbildung dieses hydrodynamischen Schmierfilms dient somit ebenfalls vorteilhaft der Erhöhung der Lebensdauer des Axiallagers.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung (1 bis 3) näher und beispielhaft erläutert.

1 zeigt das Axiallager sowie die Kreiselpumpe im Querschnitt.
2 zeigt den becherförmigen Lagersitz mit integriertem becherförmigem Einsatz aus Gummi sowie die Lagerscheibe in dreidimensionaler Form.
3 zeigt die Kombination aus becherförmigem Lagersitz, becherförmigem Einsatz aus Gummi und Lagerscheibe.

In 1 ist das Axiallager für einen Rotor 1, der auf einer Antriebswelle 2 angeordnet ist, an der an ihrem, dem Spiralgehäuse 4 einer Kreiselpumpe zugewandten Ende das Laufrad 3 der Kreiselpumpe befestigt ist, im Querschnitt dargestellt. Das Axiallager weist einen becherförmigen Lagersitz 5 auf, der auf der Antriebswelle 2 derart angeordnet ist, dass seine Öffnung dem Spiralgehäuse 4 zugewandt ist, wobei im Lagersitz 5 ein ebenfalls becherförmiger Einsatz 6 aus Gummi angeordnet ist. Der becherförmige Einsatz 6 weist zur Längsachse der Antriebswelle 2 weisende Vorsprünge 6a auf. Im becherförmigen Einsatz 6 ist eine, dieselbe Längsachse wie die Antriebswelle 2 aufweisende Lagerscheibe 7 angeordnet, die mit ihrer äußeren radialen Begrenzung in die Vorsprünge 6a des becherförmigen Einsatzes 6 eindrückt. Im Betrieb liegt die Lagerscheibe 7 mit ihrer, dem Spiralgehäuse 4 zugewandten Seite an einem Lageranschlag 8 an, der im Spiralgehäuse 4 angeordnet ist. Im Betrieb der Kreiselpumpe wird strömungsbedingt das Laufrad 3 und somit auch der Rotor 1 mit der Antriebswelle 2 in Richtung auf den Eintritt E für das zu fördernde Medium gezogen. Dies hat eine relative Verschiebung des Rotors 1 zum außen angeordneten Stator 9 zur Folge, was vermieden werden muss. Durch die Anordnung des Axiallagers wird der Bewegung des Rotors 1 in Richtung auf den Eintritt E für das zu fördernde Medium entgegengewirkt. Durch die Anordnung des becherförmigen Einsatzes 6 aus Gummi werden die Anschlagkräfte kompensiert, was sich vorteilhaft auf die Lebensdauer des Axiallagers auswirkt und gleichzeitig zu einer Geräuschminimierung führt.
In 2 sind der becherförmige Lagersitz 5, der becherförmige Einsatz 6 aus Gummi sowie die Lagerscheibe 7 dreidimensional dargestellt. Der becherförmige Einsatz 6 aus Gummi ist dabei bereits im becherförmigen Lagersitz 5 integriert und weist an seiner, dem Spiralgehäuse (nicht dargestellt) zugewandten Bodenseite Nuten 6b auf, durch welche sich die Dämpfungseigenschaften des Axiallagers verbessern lassen. Die Lagerscheibe 7 weist an beiden Stirnseiten sternförmig von innen nach außen verlaufende weitere Nuten 7a, 7a' auf, die eine Ausbildung eines Films, gebildet aus dem zu fördernden Fluid, zwischen der Lagerscheibe 7 und dem Lageranschlag (nicht dargestellt) begünstigen. Nach dem Einsatz des becherförmigen Einsatzes 6 aus Gummi in den becherförmigen Lagersitz 5 wird die Lagerscheibe 7 axial in den becherförmigen Einsatz 6 aus Gummi eingepresst, wobei die äußere radiale Begrenzung der Lagerscheibe 7 in die Vorsprünge 6a des becherförmigen Einsatzes 6 eindrückt.
In 3 ist die Kombination aus becherförmigem Lagersitz 5, becherförmigen Einsatz 6 aus Gummi und Lagerscheibe 7 dreidimensional dargestellt. Dabei handelt es sich um eine kompakte Teileinheit, die im Betrieb der Kreiselpumpe besonders vorteilhafte Dämpfungseigenschaften aufweist.

Claims

Axiallager für einen Rotor (1), der auf einer Antriebswelle (2) angeordnet ist, an der an ihrem, dem Spiralgehäuse (4) einer Kreiselpumpe zugewandten Ende das Laufrad (3) der Kreiselpumpe befestigt ist, das einen becherförmigen Lagersitz (5) aufweist, der auf der Antriebswelle (2) derart angeordnet ist, dass seine Öffnung dem Spiralgehäuse (4) zugewandt ist, wobei im Lagersitz (5) ein ebenfalls becherförmiger Einsatz (6) aus Gummi angeordnet ist, der zur Längsachse der Antriebswelle (2) weisende Vorsprünge (6a) aufweist, bei dem im becherförmigen Einsatz (6) eine, dieselbe Längsachse wie die Antriebswelle (2) aufweisende Lagerscheibe (7) angeordnet ist, die mit ihrer äußeren radialen Begrenzung in die Vorsprünge (6a) des becherförmigen Einsatzes (6) eindrückt und die im Betrieb mit ihrer, dem Spiralgehäuse (4) zugewandten Seite an einem Lageranschlag (8) anliegt, der im Spiralgehäuse (4) angeordnet ist.
Axiallager nach Anspruch 1, bei dem der becherförmige Einsatz (6) aus Gummi an seiner, dem Spiralgehäuse (4) zugewandten Bodenseite Nuten (6b) aufweist.
Axiallager nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem 3 bis 24 Vorsprünge (6a) angeordnet sind.
Axiallager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der becherförmige Einsatz (6) aus Ethylen-Propylen-DienKautschuk besteht.
Axiallager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Rotor (1) und der becherförmige Lagersitz (5) aus einer Einheit bestehen.
Axiallager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Lagerscheibe (7) an ihrer, dem Spiralgehäuse (4) zugewandten Seite sternförmig von innen nach außen verlaufende weitere Nuten (7a) aufweist.