DE102007046164A1 - Lagerung einer Welle - Google Patents

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/49Bearings with both balls and rollers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/44Centrifugal pumps

Abstract

Eine Lagerung einer Welle (1) in einer diese konzentrisch umgebenden Hülse (2) soll vorzugsweise für eine Wasserpumpe verwendet werden, wobei die Lagerung zwei Zylinderrollen- oder Nadelkränze (3) aufweist, die unmittelbar am Innenumfang der Hülse (2) und am Außenumfang der Welle (1) abwälzen. Zwischen diesen beiden Zylinderrollen- bzw. Nadelkränzen (3) ist ein Kugelkranz angeordnet, der in einer Laufrille (13) an der Hülse (2) und in einer Laufrille (14) an der Welle (1) abwälzt. Die kugelförmigen Wälzkörper (12) dieses Kugelkranzes (11) bilden gemeinsam mit den Laufrillen (13 und 14) der Hülse (2) und der Welle (1) ein Vierpunktlager.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Lagerung einer Welle in einer diese konzentrisch umgebenden Hülse, insbesondere Lagerung einer Antriebswelle einer Wasserpumpe, wobei die Lagerung zumindest ein erstes Wälzlager mit zylindrischen, an einer äußeren Laufbahn der Welle und einer inneren Laufbahn der Hülse abwälzenden Wälzkörpern und ein zweites Wälzlager mit kugelförmig ausgebildeten Wälzkörpern aufweist, die in einer ersten Laufrille in der Welle und einer zweiten Laufrille in der Hülse abrollen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Eine Lagerung einer Welle gemäß der vorgenannten Gattung ist aus den Druckschriften US 2,040,489 und US 3,424,507 bekannt. Nach der US 3,424,507 soll es sich bei der in einer Hülse gelagerten Welle um die Antriebswelle einer als Kreiselpumpe ausgebildeten Wasserpumpe für Verbrennungsmotoren handeln. Bei der sich aus dem Stand der Technik, insbesondere 1 der US 2,040,489 und 9 der US 3,424,507 ergebenden Ausbildung der Lagerung, soll ein Rillenkugellager vorgesehen sein, neben welchem beidseitig Zylinderrollenlager angeordnet sind. Die Laufrillen in der Welle und in der Hülse sollen einen Radius aufweisen, welcher nur wenig größer als der Kugelradius der Wälzkörper ist. Mittels eines derart gestalteten Rillenkugellagers lassen sich neben radialen Lasten auch, wie in den Druckschriften angegeben, axiale Schubkräfte von der Welle aus auf die Hülse übertragen.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung einer Weile gegenüber einer Hülse mit hoher Tragfähigkeit auszubilden. Es soll ferner erreicht werden, dass diese hohe Tragfähigkeit bei verhältnismäßig geringen Abmessungen der Lagerung erreichbar ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das zweite Wälzlager als Vierpunktlager oder als Dreipunktlager ausgebildet ist. Ein derartiges Vierpunktlager nimmt in gleicher Weise Axialbelastungen in beiden axialen Richtungen auf, wobei es in jeder der beiden axialen Richtungen wie ein einreihiges Schrägkugellager wirkt. Vierpunktlager haben an der inneren und an der äußeren Laufrille je zwei kreisbogenförmige Laufbahnen, deren Krümmungsmittelpunkte so gegeneinander versetzt sind, dass die Kugeln die Welle und die Hülse bei radialer Belastung in vier Punkten berühren, wobei sie geringe radiale Lasten aufnehmen können. Der große Vorteil besteht aber darin, dass sie neben diesen geringen radialen Lasten in beiden Richtungen hohe axiale Lasten aufnehmen können. Die vorgeschlagene Kombination eines Vierpunktlagers mit zumindest einem Zylinderrollenlager eignet sich daher in hervorragender Weise für die Lagerung der Antriebswelle einer Wasserpumpe.
  • Bei dem alternativ hierzu vorgeschlagenen Dreipunktlager sollen die Kugeln mit der Laufrille in der Welle in gleicher Weise zusammenwirken wie bei dem zuvor erläuterten Vierpunktlager, d. h., die Kugeln werden bei einer radialen Belastung die kreisbogenförmige Laufbahn der Welle jeweils in zwei Punkten berühren. Die Laufrille in der Hülse soll hingegen einen gegenüber dem Radius der Kugel größeren Radius aufweisen, so dass sich die Kugel bei radialen Belastungen in der Laufrille in nur einem Punkt an die Hülse anlegt. Tritt allerdings eine axiale Belastung auf, so ergibt sich wie bei dem zuvor erläuterten Vierpunktlager eine Anlage der Kugel in den jeweiligen Laufrillen in jeweils nur einem Punkt an der Hülse und an der Welle. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll sowohl im Falle der Verwendung eines Vierpunktlagers als auch eines Dreipunktlagers das erste Wälzlager aus zwei Zylinderrollenlagern bestehen, die beiderseits des Vierpunktlagers oder des Dreipunktlagers angeordnet sind. Eine derartige Kombination der drei Wälzlager ist dafür geeignet, große radiale Lasten und große axiale Lasten bei hohen Drehzahlen aufzunehmen.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass bei der Verwendung eines Vierpunktlagers oder eines Dreipunktlagers die kugelförmig ausgebildeten Wälzkörper mit einem Nenndruckwinkel α0 in den Laufrillen anliegen, der ≥ 25° und ≤ 35° betragen soll. In vorteilhafter Weise kann der Nenndruckwinkel α0 einen Wert von 35° aufweisen.
  • Schließlich ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in der Lageranordnung, sowohl bei der Ausbildung des zweiten Wälzlagers als Vierpunkt- oder als Dreipunktlager neben diesem nur ein einreihiges Zylinderrollenlager zwischen der Welle und der Hülse angeordnet sein soll. Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte Ausgestaltung der Lagerung.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lagerung dargestellt und erläutert sind. Es zeigen:
  • 1 einen Teillängsschnitt durch eine Hülse mit einer erfindungsgemäßen Lagerung, wobei ein zweites Wälzlager gemeinsam mit der Welle und der Hülse eine Vierpunktlagerung bildet und
  • 2 einen Teillängsschnitt durch eine Hülse mit einer darin angeordneten Lagerung für eine Welle, wobei ein zweites Wälzlager gemeinsam mit der Hülse und der Welle eine Dreipunktlagerung bildet.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • In 1 ist mit 1 eine in ihrem Außendurchmesser abgestufte Welle bezeichnet, wobei diese Welle 1 an einem Abschnitt größeren Durchmessers in einer Hülse 2 gelagert ist. Die Lagerung besteht dabei aus zwei Zylinderrollen- oder Nadelkränzen 3 und 4, deren zylindrische Wälzkörper 5 und 6 in aus Kunststoff hergestellten Käfigen 7 und 8 angeordnet sind. Jeder dieser Käfige ist in zumindest eine Umfangsnut 9 bzw. 10, die sich am inneren Umfang der Hülse befindet, eingeschnappt. Räumlich zwischen den beiden ersten Wälzkörpersätzen 3 und 4 ist ein Kugelkranz 11 angeordnet, welcher aus kugelförmigen Wälzkörpern 12 besteht, die zum einen in einer Laufrille 13 am Umfang der Welle 1 und zum anderen in einer Laufrille 14 am Innenumfang der Hülse 2 abwälzen. Ferner sind die kugelförmigen Wälzkörper 12 in einem Käfig 15, vorzugsweise einem Kugelschnappkäfig geführt.
  • Dabei sind die Laufrillen 13 und 14 derart gestaltet, dass die einzelnen kugelförmigen Wälzkörper im Falle der radialen Belastung der Welle an insgesamt vier Punkten in den beiden Laufrillen 13 und 14 anliegen, also jeweils an zwei Punkten in der Laufrille 13 und an zwei Punkten in der Laufrille 14. Diese Anlagepunkte sind in der Zeichnung durch strichpunktierte Linien verdeutlicht, wobei diese strichpunktierte Linien gegenüber einer Vertikalen, jeweils einen Nenndruckwinkel α0 einschließen, der im vorliegenden Fall 25° beträgt. Die entsprechenden Anlagen der kugelförmigen Wälzkörper 12 an die Laufrillen 13 und 14 ergeben sich dadurch, dass diese Laufrillen 13 und 14 mit unterschiedlichen aneinander gefügten Radien ausgebildet sind, so dass sich entsprechende Schultern ergeben.
  • In der 2 ist mit 15 eine Welle bezeichnet, die von einer Hülse 16 umgeben ist. Zwischen dieser Welle 15 und der Hülse 16 ist eine Lagerung angeordnet, die zum einen aus einem Zylinderrollen- oder Nadelkranz 17 und zum anderen aus einem Kugelkranz 18 besteht. Sowohl der Zylinderrollen- oder Nadelkranz 17 als auch der Kugelkranz 18 wälzen unmittelbar am Außenumfang der Welle und am Innenumfang der Hülse ab. Dabei sind zylindrische Wälzkörper 19 des Zylinderrollen- oder Nadelkranzes 17 in einem aus Kunststoff hergestellten Käfig angeordnet, welcher seinerseits in eine Umfangsnut 20 am Innenumfang der Hülse 16 eingeschnappt ist.
  • Der Kugelkranz 18 weist kugelförmige Wälzkörper 21 auf, die ebenfalls in einem Käfig 22 geführt sind, wobei dieser Käfig 22 vorzugsweise als Kugelschnappkäfig ausgebildet ist. In der Hülse 16 ist eine Laufrille 23 vorgesehen, die einen im Vergleich zu den kugelförmigen Wälzkörpern größeren Radius besitzt. Eine weitere Laufrille 24 ist in der Welle 15 angebracht, wobei diese Laufrille 24 sich bei radialer Belastung der Welle 15 jeweils an zwei Punkten an die einzelnen kugelförmigen Wälzkörper 21 anlegt. In diesem Zustand der radialen Belastung der Welle 15 berühren die kugelförmigen Wälzkörper 21 andererseits die Laufrille 23 in einem Punkt, so dass sich insbesamt ein Drei-Punkt-Kontakt ergibt. Im Falle einer axialen Last an der Welle 15 wirkt dieses Dreipunktlager (Kugelkranz 18, kugelförmige Wälzkörper 21, Laufrillen 23 und 24) wie ein Schrägkugellager, d. h., die kugelförmigen Wälzkörper legen sich in den Laufrillen 23 und 24 diametral gegenüberliegend an jeweils einem Punkt in der Laufrille 23 und 24 an.
  • 1
    Welle
    2
    Hülse
    3
    Zylinderrollen-/Nadelkränze
    4
    Zylinderrollen-/Nadelkränze
    5
    zylindrische Wälzkörper
    6
    zylindrische Wälzkörper
    7
    Käfig
    8
    Käfig
    9
    Umfangsnut
    10
    Umfangsnut
    11
    Kugelkranz
    12
    kugelförmige Wälzkörper
    13
    Laufrille
    14
    Laufrille
    15
    Welle
    16
    Hülse
    17
    Zylinderrollen-/Nadelkranz
    18
    Kugelkranz
    19
    zylindrische Wälzkörper
    20
    Umfangsnut
    21
    kugelförmige Wälzkörper
    22
    Käfig
    23
    Laufrille
    24
    Laufrille

Claims (8)

  1. Lagerung einer Welle (1) in einer diese konzentrisch umgebenden Hülse (2), insbesondere Lagerung einer Antriebswelle einer Wasserpumpe, wobei die Lagerung zumindest ein erstes Wälzlager (3, 4) mit zylindrischen, an einer äußeren Laufbahn der Welle (1) und einer inneren Laufbahn der Hülse (2) abwälzenden Wälzkörpern (5, 6) und ein zweites Wälzlager (11) mit kugelförmig ausgebildeten Wälzkörpern (12) aufweist, die in einer ersten Laufrille (13) in der Welle (1) und einer zweiten Laufrille (14) in der Hülse (2) abrollen, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Wälzlager (11) gemeinsam mit der Welle (1) und der Hülse (2) als Vierpunktlager ausgebildet ist.
  2. Lagerung einer Welle (15) in einer diese konzentrisch umgebenden Hülse (16), insbesondere Lagerung einer Antriebswelle einer Wasserpumpe, wobei die Lagerung zumindest ein erstes Wälzlager (17) mit zylindrischen, an einer äußeren Laufbahn der Welle (15) und einer inneren Laufbahn der Hülse (16) abwälzenden Wälzkörper (19) und ein zweites Wälzlager (18) mit kugelförmig ausgebildeten Wälzkörpern (21) aufweist, die in einer ersten Laufrille (23) in der Welle (15) und einer zweiten Laufrille (24) in der Hülse (16) abrollen, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Wälzlager (18) gemeinsam mit der Welle (15) und der Hülse (16) eine Dreipunktlagerung bildet.
  3. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei erste Wälzlager (3) jeweils als einreihige Zylinderrollenlager (3) ausgebildet sind, die beiderseits des als Vierpunktlager ausgebildeten zweiten Wälzlagers (11) angeordnet sind.
  4. Lagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wälzlager als einreihiges Zylinderrollenlager (3) ausgebildet ist, wobei mit Abstand zu dem ersten Wälzlager (3) das zweite als Vierpunktlager ausgebildete Wälzlager (11) angeordnet ist.
  5. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vierpunktlager mit einem Nenndruckwinkel α0 ausgebildet ist, wobei 25° ≤ α0 ≤ 35° ist.
  6. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das als Vierpunktlager ausgebildete zweite Wälzlager (11) mit einem Nenndruckwinkel α0 = 25° ausgebildet ist.
  7. Lagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kugelförmigen Wälzkörper (21) in der Laufrille 24 mit einem Nenndruckwinkel α0 = 25° anliegen.
  8. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zylinderrollenlager (17) mit einem neben diesem angeordneten Dreipunkt- oder Vierpunktlager kombiniert ist.
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