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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Wälzlagerträgermodul für eine Maschine, beispielsweise einen Kompressor oder einen Schraubenkompressor und einen Kompressor.
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Bei vielen Maschinen hängt nicht nur ihre grundsätzliche Funktionsfähigkeit sondern auch ihre Effizienz von Parameter ab, die das Zusammenspiel einzelner Bauteile miteinander charakterisieren. Hierzu zählen beispielsweise sich tatsächlich ergebende Maße, die bereits während des Konstruktionsprozesses durch entsprechende Definitionen von Toleranzen ganz entscheidend beeinflusst werden. Gleiches gilt auch für die Lage einzelner Bauteile zueinander, die bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt in der Entwicklungsphase einer Maschine maßgeblich beeinflusst wird, da bereits in dieser Phase die Randbedingungen für die spätere Bauteilfertigung und Montage gelegt werden. Bei Maschinen mit rotierenden Teilen stellt dies beispielsweise nicht unerhebliche Anforderungen an die entsprechenden Lager, ihre Befestigung am Gehäuse oder anderer Bauteile sowie der zugehörigen Welle. Auch die Ausrichtung der betreffenden Teile zueinander ist häufig ein wesentlicher Faktor.
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Im Falle von Schraubenkompressoren und anderen Kompressoren ist beispielsweise ein Stirnspalt, der zwischen einem Gehäuse eines solchen Kompressors und einer der Flächen eines Rotors besteht, wesentlich für die Effizienz eines solchen Kompressors. Aber auch andere Maße und Lagen von Bauteilen zueinander bestimmen zum Teil in nicht unerheblicher Weise die Leistungsfähigkeit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit von Maschinen mit exakt zu positionierenden Lagern und entsprechenden Anlageflächen an ihrem Gehäuse oder an anderen Bauteilen.
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Es stellt sich so häufig die Aufgabe, eine Lageranordnung zu schaffen, die eine genauere Ausrichtung einer Welle zu einem anderen Bauteile mit einer Stirnfläche ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Wälzlagerträgermodul gemäß Anspruch 1 oder einen Kompressor gemäß Anspruch 10 gelöst.
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So umfasst ein Wälzlagerträgermodul gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für eine Maschine einen Träger zur Montage an der Maschine, wobei die Maschine eine Stirnfläche mit einer Bohrung aufweist, in die sich in axialer Richtung eine Welle mit einer sich in radialer Richtung erstreckenden Anlagefläche wenigstens teilweise hinein erstreckt, wobei sich die Stirnfläche und die Anlageflächen im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken. Das Wälzlagerträgermodul gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst so ferner eine Wälzlageranordnung mit einem ersten Wälzlager und einem zweiten Wälzlager, das in axialer Richtung mittelbar oder unmittelbar benachbart zu dem ersten Wälzlager angeordnet ist, wobei die Wälzlageranordnung ausgebildet ist, um über das erste Wälzlager axiale Kräfte in wenigstens einer axialen Richtung, jedoch im Wesentlichen keine radialen Kräfte zu übertragen. Die Wälzlageranordnung ist ferner ausgebildet, um über das zweite Wälzlager radiale Kräfte, jedoch im Wesentlichen keine axialen Kräfte in der zumindest einen axialen Richtung aufzunehmen und an den Träger abzugeben, wobei eine Seitenfläche des ersten Wälzlagers mit einer der Stirnfläche der Maschine oder der Anlagefläche der Welle korrespondierenden Ebene fluchtet. Das erste Wälzlager ist ferner ausgebildet, die axialen Kräfte in der wenigstens einen Richtung über die Seitenfläche an ein Bauteil in einer korrespondierenden Ebene der anderen Fläche der Stirnfläche und der Anlagefläche der Welle abzugeben. Das zweite Wälzlager ist hierbei auf einer der Seitenfläche des ersten Wälzlagers abgewandten Seite des ersten Wälzlagers angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kompressor ein erstes Bauteil mit einer Bohrung in einer Stirnfläche des ersten Bauteils, eine Welle, die sich im Wesentlichen in axialer Richtung parallel zu der Bohrung in diese hinein erstreckt und eine Anlagefläche aufweist, die sich im Wesentlichen in radialer Richtung und im Wesentlichen parallel zu der Stirnfläche des ersten Bauteils erstreckt, und eine Wälzlageranordnung mit einem ersten Wälzlager und einem zweiten Wälzlager, welches in axialer Richtung mittelbar oder unmittelbar benachbart zu dem ersten Wälzlager angeordnet ist. Die Wälzlageranordnung ist hierbei ferner ausgebildet, um über das erste Wälzlager axiale Kräfte in wenigstens einer axialen Richtung, jedoch im Wesentlichen keine radialen Kräfte aufzunehmen. Die Wälzlageranordnung ist ferner ausgebildet, um über das zweite Wälzlager radiale Kräfte, jedoch im Wesentlichen keine axialen Kräfte in der zumindest einen axialen Richtung aufzunehmen und an das erste Bauteil abzugeben. Eine Seitenfläche des ersten Wälzlagers steht hierbei mit der Stirnfläche oder der Anlagefläche der Welle in Kontakt. Das erste Wälzlager ist dabei ausgebildet, die axialen Kräfte in der wenigstens einen Richtung über die Seitenfläche auf die andere Fläche der Stirnfläche und der Anlagefläche der Welle zu übertragen. Das zweite Wälzlager ist auf einer der Seitenfläche des ersten Wälzlagers abgewandten Seite des ersten Wälzlagers angeordnet.
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Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass eine Toleranzkette verkürzt werden kann, indem im Falle einer Lageranordnung mit wenigstens zwei Wälzlagern an das erste Wälzlager, welches die axialen Kräfte in wenigstens eine Richtung aufnimmt, so auf der Welle angeordnet wird, dass nur dieses zu der Toleranzkette für die axiale Richtung beiträgt. Im Falle des Kompressors wird dies dadurch erreicht, dass das erste Wälzlager so auf der Welle bzw. an dem ersten Bauteil angeordnet ist, das das erste Wälzlager mit seiner Seitenfläche unmittelbar mit der Stirnfläche des ersten Bauteils oder der Anlagefläche der Welle in Kontakt steht, während die axiale Kraft von der Seitenfläche des ersten Wälzlagers unmittelbar an die andere Fläche an das zugehörige Bauteil, also die Welle oder das erste Bauteil, abgegeben wird.
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Auch im Falle des Wälzlagerträgermoduls ist diese Anordnung des ersten Wälzlagers der Wälzlageranordnung so gewählt, dass sich – nach einer Montage – eine entsprechende Anordnung ergibt.
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In weiteren Fortbildungen von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann dies beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das erste Wälzlager ein Schrägkugellager ist, welches beispielsweise eine Breitentoleranz der Klasse PA4 bzw. PA7 oder feiner aufweist. Das zweite Wälzlager kann beispielsweise durch ein Zylinderrollenlager gebildet sein. Ebenso ist es möglich, bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ein oder mehrere weitere Schrägkugellager oder Radikallager vorzusehen, die in der Wälzlageranordnung angeordnet sind und beispielsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Wälzlager vorzufinden sind.
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Im Falle eines Wälzlagerträgermoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann dieses beispielsweise durch Schaffung einer stoffschlüssigen oder einer kraftschlüssigen Verbindung mit der Maschine verbunden werden.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren erläutert.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wälzlagerträgermoduls;
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2 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Kompressors mit einem montierten Wälzlagerträgermodul gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
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3 zeigt eine Schnittdarstellung eines Schraubenkompressors;
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4 zeigt einen Querschnitt einer konventionellen Lageranordnung mit einem einzuschleifenden Zwischenring;
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5 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Kompressors mit einem montierten Wälzlagerträgermodul gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung für 2 Wellen;
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6 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Wälzlagerträgermoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für eine Fest-Lose-Lagerung; und
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7 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Kompressors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Bevor im Zusammenhang mit den 1–7 Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und Vergleichskonstruktionen beschrieben und hinsichtlich ihrer Funktionsweise erläutert werden, bietet es sich an, zunächst darauf hinzuweisen, dass im Rahmen der vorliegenden Anmeldung zur Vereinfachung der Beschreibung zusammenfassende Bezugszeichen verwendet werden. Maschinenelemente, Bauteile, Baugruppen und andere Elemente, die mithilfe zusammenfassender Bezugszeichen bezeichnet sind, können hierbei identisch ausgeführt und/oder dimensioniert sein. Hinsichtlich ihrer Dimensionierung und Auslegung können sie jedoch auch in beliebigen, konstruktiv sinnvollen Maßen voneinander abweichen oder unterschiedlich ausgeführt werden.
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1 zeigt ein Wälzlagerträgermodul 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Träger 110 und einer Wälzlageranordnung 120, die ein erstes Wälzlager 130 und ein zweites Wälzlager 140 umfasst. Die Wälzlageranordnung 120 umfasst ferner im Bereich des zweiten Wälzlagers 140 einen Lagertopf 150, der in einer radialen Richtung eine mechanische Verbindung zwischen dem Träger 110 und dem zweiten Wälzlager 140 schafft, über die radiale Kräfte von einem Innenring 140a des zweiten Wälzlagers über die Wälzkörper 140n und einen Außenring 140c an den Träger 110 übertragbar sind.
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Ein entsprechender Lagertopf fehlt hingegen dem ersten Wälzlager 130. Hierdurch ergibt sich, ausgehend von einer Symmetrielinie 160, die auch eine Mittellinie einer mit dem Wälzlagerträgermodul 100 zu verbindenden Welle darstellt, eine Ausnehmung 170, die sich in axialer Richtung an das erste Wälzlager 130 anschließt, sodass wenigstens 80% einer Umfangsfläche eines Außenrings 130c des ersten Wälzlagers 130 freiliegt. Je nach konkreter Ausgestaltung eines Wälzlagerträgermoduls 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann so in der Ausnehmung 170 beispielsweise eine Struktur enthalten sein, welche zu Lager- und/oder Montagezwecken eine Fixierung des ersten Wälzlagers 130 in dem Wälzlagerträgermodul 100 ermöglicht. Bei der entsprechenden, nicht in 1 gezeigten Struktur, kann es sich beispielsweise um eine mehrteilige Kunststoffwabenstruktur handeln, welche – nach dem Aufbringen des Wälzlagerträgermoduls 100 auf eine Welle – aufgrund der mehrteiligen Auslegung leicht entfernbar ist.
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In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann diese jedoch auch gegebenenfalls im verbauten Wälzlagerträgermodul 100 verbleiben, sofern sichergestellt ist, dass durch diese im Wesentlichen keine radialen Kräfte auf den Träger 110 übertragen werden können. Dies kann durch eine Materialwahl, zum Beispiel Kunststoff oder durch eine entsprechende geometrische Ausführung erreicht werden, bei der wenigstens 80% der Umfangsfläche des Außenrings 130 des ersten Wälzlagers 130 freiliegen. Gegebenenfalls kann es auch ratsam sein, einen höheren Anteil, etwa 90% oder 95% zu wählen, um den Grad der Kraftübertragung weiter zu reduzieren. Hierdurch wird eine Übertragung radialer Kräfte über einen Innenring 130a, die Wälzkörper 130b und den Außenring 130c des ersten Wälzlagers auf den Träger 110 zumindest so weit reduziert, dass eine entsprechende radiale Kraftübertragung im Wesentlichen nur über das weite Wälzlager 140 erfolgt.
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Hinsichtlich der Ausrichtung des ersten und des zweiten Wälzlager 130, 140 in axialer Richtung sind diese bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel derart ausgerichtet, dass eine Seitenfläche des ersten Wälzlagers 130, die durch eine Seitenfläche des Außenrings 130c des ersten Wälzlagers 130 gebildet wird, mit einer Ebene 180 fluchtet, die auch die Ebene einer Stirnfläche der Maschine darstellt, für die das Wälzlagerträgermodul 100 bestimmt und konzipiert ist. Die Ebene 180 stimmt darüber hinaus bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Ebene der Anlagefläche der Welle der entsprechenden Maschine überein. Allerdings kann in abweichenden Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ein Auseinanderfallen dieser beiden Ebenen konstruktiv gewollt sein.
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In axialer Richtung schließt sich an eine der zuvor beschriebenen Seitenfläche des ersten Wälzlagers entgegengesetzten Seitenfläche das zweite Wälzlager 140 an. Dieses kann, muss jedoch nicht, unmittelbar mit dem ersten Wälzlager 130 in Kontakt stehen. Ebenso wenig ist es notwendig, dass das zweite Wälzlager 140 unmittelbar in axialer Richtung mit einer Fläche des Trägers 110 in Kontakt steht.
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Das Wälzlagerträgermodul 100, wie es in 1 gezeigt ist, weist hierbei als erstes Wälzlager 130 ein universell paarbares Schrägkugellager auf, dessen hohe Schulter an seinem Außenring 130c der Ebene 180 zugewandt ist. Entsprechend weist der Innenring 130a keine hohe Schulter an der der Ebene 180 abgewandten Seite auf.
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Die 1 zeigt hierbei ein zerlegbares bzw. nicht selbsthaltendes Schrägkugellager, sodass sowohl der Außenring 130c wie auch der Innenring 130a an der der Seite mit der hohen Schulter gegenüberliegenden Seite gerade keine Schulter aufweisen. Selbstverständlich können bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung auch Schrägkugellager eingesetzt werden, die nicht zerlegbar sind, also selbsthaltend ausgeführt sind und so an der der Seite mit der hohen Schulter abgewandten Seite eine entsprechend niedrigere Schulter aufweisen.
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Bei dem 1 gezeigten Wälzlagerträgermodul 100 ist das zweite Wälzlager 140 als Zylinderrollenwälzlager ausgeführt, bei denen der Außenring 140c Borden aufweist, während der Innenring 140a bordenfrei ausgeführt ist. Hierdurch können die Wälzkörper 140b in axialer Richtung an dem Innenring 140a entlang gleiten, während sie durch die Borden des Außenrings 140c gehalten werden. Hierdurch überträgt das zweite Wälzlager 140 im Wesentlichen nur über den Lagertopf 150 radiale Kräfte, nicht jedoch axiale.
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2 zeigt einen Kompressor 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei denen das in 1 gezeigte und dort beschriebene Wälzlagerträgermodul 100 an einer Stirnfläche 210 eines Gehäuses 220 des Kompressors (Gehäusestirnfläche) angebracht ist. Der Kompressor 200 stellt dabei ein Beispiel einer Maschine dar, an der Trägermodule 100 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können.
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Das Wälzlagerträgermodul 100 stimmt mit dem in 1 gezeigten Wälzlagerträgermodul 100 übereinen, weshalb an dieser Stelle auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Wälzlagerträgermodul 100 ist das in 2 gezeigte jedoch nicht nur mit der Stirnfläche 210 des Kompressors 200 verbunden, sondern die Wälzlageranordnung 120 ist ferner mit einer Welle 230 mechanisch gekoppelt. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die jeweiligen Innenringe 130a, 140a der beiden Wälzlager 130, 140 durch entsprechende Passungen kraftschlüssig mit der Welle 230 verbunden. Die Welle 230 weist darüber hinaus eine Anlagefläche 240 auf, bei der es sich um eine Wellenschulter handelt. Die Anlagefläche 240 steht hierbei mit dem Innenring 130a des ersten Wälzlagers 130 mechanisch unmittelbar in Kontakt, während eine Seitenfläche des Außenrings 130c des ersten Wälzlagers 130 eine in 2 nach links gerichtete axiale Kraft der Welle 230 über die Kugel 130b über die hohe Schulter des Außenrings 130c direkt an die Stirnfläche 210 des Gehäuses 220 überträgt. Um eine direkte Übertragung der nach links in 2 gerichteten Kraft in axialer Richtung auf die Stirnfläche 210 durch den Innenring 130a zu vermeiden, weist das Gehäuse 220 im Bereich der Stirnfläche eine zusätzliche Ausdrehung oder Ausnehmung 250 auf.
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Der Vollständigkeit halber bietet es sich an dieser Stelle an darauf hinzuweisen, dass bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel die Ebenen, die durch Stirnfläche 210 und die Anlagefläche 240 der Welle 230 definiert werden, fluchten. Dies ist jedoch keine Voraussetzung. Es kann gegebenenfalls sogar in einzelnen Fällen ratsam sein, diese Ebenen gegeneinander zu versetzen.
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Die Welle 230 ist hierbei Teil eines Rotors 260 und erstreckt sich durch eine Bohrung 270 des Gehäuses über die Stirnfläche 210 des Gehäuses 220 hinweg. Der Rotor 260 weist hierbei eine Rotorstirnfläche 280 auf, die einer Gehäusesstirnfläche 290 unmittelbar gegenüberliegt und einen Stirnspalt 300 zwischen diesen bildet. Mithilfe der durch das Wälzlagerträgermodul 100 gebildeten Lageranordnung für Schraubenkompressoren ist es nun möglich, den Stirnspalt 300 zwischen Rotor 260 und Gehäuse 220 des Kompressors 200 mit einer gewünschten Genauigkeit einzustellen. Dies erfolgt durch eine Verkürzung der für die Einstellung des druckseitigen Sternspalts 300 verantwortlichen Toleranzgrenze 310, die bei dem in 2 gezeigten Beispiel drei Komponenten 310-1, 310-2 und 310-3 aufweist. Da der Stirnspalt 300 wesentlich für die Effizienz des Kompressors 200 ist, können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit schaffen, den Montageprozess zu vereinfachen und kostengünstiger zu gestalten, wie nachfolgend ausgeführt werden wird.
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Die erste Komponente 310-1 der Toleranzkette 310 ergibt sich durch den Abstand zwischen der Gehäusestirnseite 290 im Inneren des Gehäuses 220 und der Stirnfläche 210, an die das Wälzlagerträgermodul 100 befestigt wird. Die zweite Komponente 310-2 ergibt sich durch die durch das erste Lager 130 vermittelte Lagerung der Welle 230, ist also stark von der Breitentoleranz des ersten Wälzlagers 130 bzw. der Toleranz des Außenrings 130c und des Innenrings 130a des ersten Wälzlagers 130 abhängig. Die dritte Komponente 310-3 der Toleranzkette 310 ist dann im Wesentlichen durch die Toleranz des Abstandes von der Anlagefläche 240 zu der Rotorstirnfläche 280 gegeben.
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Dadurch, dass das erste Wälzlager 130 einen unmittelbaren Kraftschluss zwischen der Stirnfläche 210 und der Anlagefläche 240 der Welle 230 ermöglicht, kann so im Vergleich zu bisherigen konventionellen Lösungen die Toleranzkette 310 erheblich verkürzt werden, sodass entweder eine geringere Toleranz erzielbar ist oder der Montageprozess vereinfacht werden kann. Selbstverständlich können auch Kompromisslösungen implementiert werden.
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In der hier beschriebenen Lösung werden ein oder mehrere universell paarbare Schrägkugellager 130 axial an der Kompressorgehäusestirnseite 210 zur Anlage gebracht und radial in dem Trägermodule 100 gefasst. Die universell paarbaren Schrägkugellager 130 sind bei den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen deshalb gewählt worden, da diese mit definierten, engen Breitentoleranzen versehen werden können, sodass sie eine exaktere Einstellung des Stirnspalts 300 erlauben. So können beispielsweise Schrägkugellager mit einer Breitentoleranz der Klasse PA4 bzw. PA7 oder feiner bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen. Je nach konkreter Anwendung kann es darüber hinaus ratsam sein, bessere oder feinere Klassen hinsichtlich der Breitentoleranz, also beispielsweise die Klassen PA9A bzw. P9, einzusetzen. Andere Lagertypen als die hier gezeigten Schrägkugellager besitzen häufig gröbere Breitentoleranzen, sodass sie hier bei der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung nicht gezeigt werden. Grundsätzlich sind sie jedoch ebenfalls einsetzbar, sofern sie mit entsprechenden Breitentoleranzen gefertigt oder bezogen werden können.
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Wie 2 zeigt, kann das Modul 100 als Einheit mit samt seinen Lager 130, 140 montiert und befestigt werden. Wie im Zusammenhang mit 6 noch näher ausgeführt werden wird, besteht darüber hinaus die Möglichkeit, abhängig von der Belastung in dem Trägermodule 100 zusätzlich noch weitere Lager einzubringen.
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Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Kompressors 200 bzw. eines Wälzlagerträgermoduls 100 kommt ohne den Einsatz von einzuschleifenden Zwischenringen aus, wie dies im Folgenden noch im Zusammenhang mit 3 erläutert wird. Unabhängig davon umfasst der Kompressor 200 im Rahmen des Trägermoduls 100 einen Sicherungsring 320, der an einer Seitenfläche des Innenrings 140a des zweiten Wälzlagers 140 an der dem ersten Wälzlager 130 abgewandten Seite mit der Welle 230 verbunden ist. Bei diesem Ring 320 kann es sich beispielsweise um eine Wellenmutter, einen verklebten Ring oder auch einen Sprengring handeln, der zur Halterung und/oder Sicherung der Lageranordnung verwendet werden kann. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Ring 320 beispielsweise zur Sicherung des Innenrings 140a des zweiten Wälzlagers 140 dienen.
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Das Wälzlagerträgermodul 100 ist bei dem in 2 gezeigten Kompressor 200 kraftschlüssig oder stoffschlüssig auf der Stirnseite 210 des Gehäuses 220 verbunden. Eine kraftschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch eine geeignete Klemmung des Wälzlagerträgermoduls 100 geschaffen werden. Eine stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Verklebung, Verlöten oder Verschweißen geschaffen werden.
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Wie 2 dies gezeigt hat, ist es bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung möglich, die Toleranzkette 310 zu verkürzen, die sich durch eine Ausrichtung der Anlagefläche 240 der Welle 230 und der Stirnfläche 210 ergibt.
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3 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Kompressors 400 mit einer konventionellen Lageranordnung, die zwei einzuschleifende Zwischenringe umfasst. Der Kompressor 400 umfasst hierbei zwei mechanisch zwangsgekoppelte Schraubenwellen 410, 420, von denen die Schraubenwelle 410 über ein Gehäuse 430 des Kompressors 400 hinausragt und von einer externen Kraftquelle antreibbar ist. Die Schraubenwelle 410 ist hierbei durch eine Fest-Lose-Lageranordnung in dem Gehäuse 430 gelagert. So ist die Schraubenwelle 410 antriebsseitig über ein Loslager 440 in der Form eines Zylinderrollenlagers mit Borden am Außenring, ohne jedoch Borden am Innenring aufzuweisen, ausgeführt. Die Schraubenwelle 410 ist an der der Antriebsseite abgewandten Seite über eine Festlageranordnung 450 in dem Gehäuse 430 gelagert. Die Wälzlageranordnung 450 umfasst hierbei einen Zwischenring 460, an den sich ein Zylinderrollenlager 470 anschließt, welches ausschließlich am Außenring Borden aufweist, sodass dieses radiale Kräfte der Schraubenwelle 410 auf das Gehäuse 430 überträgt. Auf der dem Zwischenring 460 abgewandten Seite schließt sich an das Zylinderrollenlager 470 ein Vierpunktlager 480 an, welches eine Hinterdrehung des Gehäuses 430 aufweist, sodass ausschließlich axiale Kräfte über den Außenring des Vierpunktlagers 480 bzw. über beide Außenringe des Vierpunktlagers 480 und das Zylinderrollenlager 470 auf das Gehäuse 430 übertragen werden.
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Auch die zweite Schraubenwelle 420 ist mit einer entsprechenden Fest-Lose-Lagerung im Gehäuse 430 gelagert. So weist auch der Kompressor 400 auf der Antriebsseite für die zweite Schraubenwelle 420 ein Loslager 490 in Form eines Zylinderrollenlagers auf, welches ausschließlich am Außenring Borden umfasst. Parallel zu der Festlageranordnung 450 weist der Kompressor ebenfalls eine Festlageranordnung 500 für die zweite Schraubenwelle 420 auf der der Antriebsseite abgewandten Seite auf, die ebenfalls einen einzuschleifenden Zwischenring 510, ein Zylinderrollenlager 520 und ein Vierpunktlager 530 enthält. Diese sind dem Zwischenring 460, dem Zylinderrollenlager 470 und dem Vierpunktlager 480 entsprechend aufgebaut und angeordnet.
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Die für die Aufnahme der radialen Kräfte zuständige Zylinderrollenlager 470, 520 (Radiallager) sitzen bisher auf der dem Gehäuse zugewandten Seite der Rotorwellen 410, 420, sodass damit seine Innen- und Außenringe Teil der Toleranzkette der axial zu positionierenden Bauteile ist. Die Einstellung der axialen Position erfolgt hierbei erst nach einem Probeeinbau und einer entsprechenden Vermessung. Hierbei wird ein Bauteil der Toleranzkette, also beispielsweise eine Hülse oder einer der beiden Zwischenringe 460, 510, nach der ersten Probemontage der Druckstufe des Kompressors 400 und dem Ausmessen des Stirnspalts zur Einstellung und dem Ausgleich der sich ergebenden Toleranzen auf das erforderliche Maß geschliffen, bevor dann der Kompressor 400 endgültig ein zweites Mal montiert wird.
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Dieser aufwändige doppelte Montageprozess mit Messung des Stirnspalts und Einstellung durch Einschleifen eines Zwischenrings 460, 510 bei der bisherigen, konventionellen Lösung kann bei Verwendung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gegebenenfalls eingespart werden. Durch den Einsatz eines Kompressors 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung oder eines Wälzlagerträgermoduls 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist so eine schnellere und kostengünstigere Montage in einem Schritt möglich, da gegebenenfalls eine Messung des Stirnspalts und eine anschließende Einstellung desselben durch Einschleifen eines Zwischenrings entfallen können.
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4 zeigt ein weiteres Beispiel einer konventionellen Lageranordnung 600 mit einem einzuschleifenden Zwischenring 610. Auf einer Welle 620 ist auf der dem Rotor zugewandten Seite zunächst ein Zylinderrollenlager 630 angeordnet, welches die radialen Kräfte von der Welle 620 auf die Lageranordnung 600 überträgt. Das Zylinderrollenlager 630 weist wiederum lediglich an seinem Außenring Borden auf, sodass das Zylinderrollenlager 620 grundsätzlich keine axialen Kräfte aufnimmt. An das Zylinderrollenlager 630 schließen sich unmittelbar auf der dem Rotor abgewandten Seite zwei Schrägkugellager 640-1, 640-2 an, bei denen jeweils die Außenringe auf der dem Rotor zugewandten Seite hohe Schultern aufweisen, während ihre Innenringe an der gegenüberliegenden Seite, also an der einem Wellenende zugewandten Seite entsprechende, hohe Schultern aufweisen. Hierdurch kann die Lageranordnung 600 Axialkräfte in Richtung des Motors über die beiden Schrägkugellager 640-1, 640-2 und den Außenring des Zylinderrollenlagers 630 an die Lageranordnung bzw. das Gehäuse des Kompressors abführen. Beide Schrägkugellager 640 sind jeweils hinterdreht, sodass radiale Kräfte im Wesentlichen nicht übertragen werden.
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An das Schrägkugellager 640-2 schließt sich der bereits zuvor erwähnte Zwischenring 610 an, der zwischen dem Innenring des Schrägkugellagers 640-2 und einem Innenring eines Kugellagers 650 angeordnet ist. Die sich so ergebende Anordnung des Zylinderrollenlagers 630, der beiden Schrägkugellager 640 und des Kugellagers 650 ist über eine Wellenmutter 660 und eine Schraube 670 mit der Welle 620 verbunden.
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Der Außenring des Kugellagers 650 steht über eine Seitenfläche mit einer Fläche 680 der Lageranordnung 600 so in Kontakt, dass das Kugellager 650 über diese Fläche 680 axiale Kräfte in Richtung des Wellenendes auf die Lageranordnung 600 und damit das Gehäuse des Kompressors übertragen kann. Auch das Kugellager 650 ist zur Vermeidung einer Kraftübertragung in Radialerrichtungsgehäuse seitlich hinterdreht.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kompressors 200 mit einem Wälzlagerträger 100, der sich von dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich darin unterscheidet, dass bei diesem über das Wälzlagerträgermodul 100 nicht nur eine einzelne Welle 230 (wie in 2), sondern vielmehr 2 Wellen 230, 230' gelagert werden. Zu diesem Zweck weist das Wälzlagerträgermodul 100 neben der bereits im Zusammenhang mit 2 beschriebenen Wälzlageranordnung 120 mit dem ersten Wälzlager 130 und dem zweiten Wälzlager 140 für die erste Welle 230 eine zweite Wälzlageranordnung 120' mit einem entsprechenden ersten Wälzlager 130' und einem entsprechenden zweiten Wälzlager 140' auf.
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Die Bauteile der zweiten Wälzlageranordnung 120' entsprechenden denen der Wälzlageranordnung 120. Ebenso entsprechen die konstruktiven Ausgestaltungen der Welle 230' hinsichtlich der Anlagefläche 240' denen der ersten Welle 230. Das erste Wälzlager 130' der zweiten Wälzlageranordnung 120' steht mit der Anlagefläche 240' der Welle 230' in Kontakt, während der Außenring des ersten Wälzlagers 130' mit einer Seitenfläche axial auftretende Kräfte in Richtung des Motors 260' auf die gemeinsame Stirnfläche 210 des Gehäuses 220 überträgt. Ebenfalls weist die zweite Wälzlageranordnung 120' wiederum einen Lagertopf 150' auf, über den das zweite Wälzlager 140', das wiederum als Zylinderrollenlager ausgeführt ist, radiale Kräfte von der zweiten Welle 230' auf den Träger 110 überträgt.
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Wie bereits zu Beginn der Beschreibung erläutert wurde, besteht nicht die Notwendigkeit, die einzelnen Lager identisch oder gleichartig auszuführen. So können beispielsweise nicht nur die ersten bzw. zweiten Lager der beiden Wälzlageranordnung 120, 120' unterschiedlich ausgeführt werden, sondern auch hinsichtlich der weiteren konstruktiven Merkmale können diese entsprechend den tatsächlichen Bedingungen angepasst werden. Angedeutet ist dies in 5 beispielsweise im Bereich des Lagertopfs 150', der deutlich größer dargestellt ist als der Lagertopf 150 der ersten Wälzlageranordnung 120. Selbstverständlich können sich die beiden Wälzlageranordnungen 120, 120' auch hinsichtlich anderer konstruktiver Merkmale unterscheiden. So ist es bei Weitem nicht notwendig, dass die Ausrichtung der Anlageflächen 140, 140' im Verhältnis der oder den Stirnflächen 210 für beide Wälzlageranordnungen 120, 120' übereinstimmen. So kann es beispielsweise von Vorteil sein, wenn die Ebenen der Anlageflächen 140, 140' für eine Wälzlageranordnung mit der Ebene der Stirnfläche 210 zusammenfallen, während für die andere Anlagefläche eine abweichende, parallel verschobene Ebene und damit Anlagefläche verwendet wird. Anders ausgedrückt kann es ratsam sein, nicht nur fluchtende Ebenen, sondern gegebenenfalls unterschiedlich stark parallel versetzte Ebenen für eine oder mehrere Stirnflächen 210 und die eine oder mehrere Anlageflächen 240 zu verwenden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann sowohl ein Kompressor 200 wie auch ein Wälzlagerträgermodul 100 eine zweite Wälzlageranordnung mit einem weiteren ersten Wälzlager und einem weiteren zweiten Wälzlager aufweisen, welches in axialer Richtung mittelbar oder unmittelbar benachbart zu dem ersten weiteren Wälzlager angeordnet ist. Die zweite Wälzlageranordnung ist dann ausgebildet, um über das erste weitere Wälzlager axiale Kräfte in wenigstens einer axialen Richtung, jedoch im Wesentlichen keine radialen Kräfte zu übertragen, wobei die zweite Wälzlageranordnung ferner ausgebildet ist, um über das zweite weitere Wälzlager Radialkräfte, jedoch im Wesentlichen keine axialen Kräfte in der zumindest einen axialen Richtung aufzunehmen und an den Träger abzugeben. Hierbei kann eine Seitenfläche des weiteren ersten Wälzlagers mit einer zu der Stirnfläche der Maschine bzw. Kompressor oder einer weiteren Anlagefläche einer weiteren Welle aus korrespondierenden Ebenen fluchten bzw. mit dieser in Kontakt stehen, während das erste weitere Wälzlager ausgebildet ist, axialen Kräfte in der wenigstens einen Richtung über die Stirnfläche an ein Bauteil in einer weiteren korrespondierenden Ebene der anderen Fläche der Stirnfläche und der weiteren Anlagefläche der weiteren Welle abzugeben, wobei das zweite weitere Wälzlager auf einer der Seitenfläche des ersten weiteren wälzlagerabgewandten Seite des ersten weiteren Wälzlager angeordnet ist.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wälzlagerträgermoduls 100, das dem aus 1 sehr ähnlich ist. So verfügt auch das Wälzlagerträgermodul 100 über einen Träger 110 und eine Wälzlageranordnung 120 mit einem ersten Wälzlager 130, einem zweiten Wälzlager 140 und einem Lagertopf 150, wie dies bereits im Zusammenhang mit 1 näher beschrieben wurde.
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Das Wälzlagerträgermodul 100 aus 6 unterscheidet sich jedoch von dem aus 1 hinsichtlich zweier Aspekte. So weist das Wälzlagerträgermodul 100 aus 6 ein weiteres Schrägkugellager 700 auf, welches zwischen dem ersten Wälzlager 130 und dem zweiten Wälzlager 140 angeordnet ist. In diesem Fall sind also das erste und das zweite Wälzlager 130, 140 nicht mehr unmittelbar, sondern mittelbar über das weitere Schrägkugellager 700 benachbart. Bei weiteren Ausführungsbeispielen eines Wälzlagerträgermoduls 100 kann dieses weitere Schrägkugellager 700 auch durch ein anderes Radiallager, also beispielsweise ein Kugellager, ein Vierpunktlager, ein Schulterkugellager, ein Pendelkugellager oder anderes Wälzlager ersetzt werden. Es ist auch möglich, anstelle eines einzelnen Lagers mehr als ein Wälzlager, gegebenenfalls unterschiedlicher Bauarten an dieser Stelle einzusetzen. Es ist ebenfalls möglich, beispielsweise ein zweites Zylinderrollenlager oder ein anderes Wälzlager anstelle des weiteren Schrägkugellager 700 zu verwenden, das im Wesentlichen ausgebildet ist, um über einen Lagertopf oder eine andere mechanisch stabile Verbindung Kräfte an den Träger 110 in axialer Richtung abzuführen.
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Darüber hinaus unterscheidet sich das in 6 gezeigte Wälzlagerträgermodul 100 ferner von dem in 1 gezeigten dadurch, dass dieses eine weitere Wälzlageranordnung 710 mit einem dritten Wälzlager 720 aufweist, wobei die weitere Wälzlageranordnung 710 ausgebildet ist, um axiale Kräfte in der anderen axialen Richtung, also der entgegengesetzten Richtung aufzunehmen und an den Träger 110 abzugeben. Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich so bei dem dritten Wälzlager 720 um ein Schrägkugellager, welches spiegelsymmetrisch zu dem ersten Wälzlager 130 derart eingebaut ist, dass dieses mit einer Seitenfläche mit dem Träger 110 in Kontakt steht. Wird nun von einer in 6 nicht gezeigte Welle über den inneren Ring des dritten Wälzlagers 720 eine Axialkraft nach rechts ausgeübt, wird diese über die spiegelbildlich angeordneten hohen Schultern des Innen- und Außenrings des dritten Wälzlagers unmittelbar auf den Träger 110 übertragen.
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Durch den Einsatz einer weiteren Wälzlageranordnung 710 mit dem dritten Wälzlager 720 ist es so möglich, auch eine Fest-Lose-Lagerung mithilfe von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu implementieren, während die bisher gezeigte Wälzlagerträgermodule für eine schwimmende Lagerung bzw. gegebenenfalls einen vorgespannten Einbau mit einer entsprechend gespiegelten zweiten Lagerung am anderen Ende der Welle ausgelegt waren.
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Selbstverständlich kann die weitere Wälzlageranordnung durch ein viertes Wälzlager 730 ergänzt werden, das, ähnlich zu dem zweiten Wälzlager 140, ausgebildet ist, um im Wesentlichen radiale Kräfte an den Träger 110 zu übertragen, nicht jedoch axiale Kräfte. So kann beispielsweise das dritte Wälzlager 720 um ein Zylinderrollenlager als viertes Wälzlager 730 derart ergänzt werden, dass dieses sich unmittelbar oder auch mittelbar an das dritte Wälzlager anschließt. Hierbei bildet sich zwischen der weiteren Wälzlageranordnung 710 und der Wälzlageranordnung 120 ein freier Bereich derart, dass wenigstens eine Seitenfläche der weiteren Wälzlageranordnung zwei liegt. Diese Seitenfläche der Wälzlageranordnung liegt der Seitenfläche der weiteren Wälzlageranordnung 710 gegenüber, die mit dem Träger 110 in Kontakt steht bzw. auf diesen Kräfte ausgeübt.
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7 zeigt einen weiteren Kompressor 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der sich von dem in 2 gezeigten Kompressor lediglich darin unterscheidet, dass bei dem in 7 gezeigten Kompressor kein Wälzlagerträgermodul 100 zum Einsatz kommt, sondern vielmehr das erste und zweite Wälzlager 130, 140 direkt in eine entsprechende Bohrung in das Gehäuse 220 des Kompressors 200 eingebracht sind. Als Folge ergibt sich die Stirnfläche 210 im Bereich der Bohrung, in die die Wälzlageranordnung 120 eingebracht wird. Nach der Montage der Wälzlageranordnung 120 kann so bei einem Ausführungsbeispiel des in 7 gezeigten Kompressors 200 die entsprechende Bohrung 800 durch einen Deckel 810 verschlossen werden.
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Darüber hinaus kann die Anlagefläche der Welle nicht nur über eine Wellenschulter gebildet werden, wie dies im Bereich der vorliegenden Anmeldung bisher beschrieben wurde, sondern ebenfalls durch andere Methoden gebildet werden. Es ist beispielsweise möglich, durch Einbringen eines Bundes oder eines anderen Vorsprungs mit definierter Geometrie eine entsprechende Anlagefläche zu schaffen.
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Da sich die Ausführungsbeispiele der Kompressoren 200 aus den 2 und 7 nicht unterscheiden, wird auf die Beschreibung des Kompressors 200 oben verwiesen.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nicht nur auf Kompressoren und Schraubenkompressoren beschränkt, sondern an vielen Stellen auch auf anderen Maschinen anwendbar, bei denen Axiallager und entsprechende Anlageflächen möglichst exakt zu positionieren sind. Neben Maschinen im Kompressorenbereich und im Bereich der Förderung anderer Flüssigkeiten und Gase können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung daher auch in anderen Bereichen des Maschinenbaus zum Einsatz kommen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Wälzlagerträgermodul
- 110
- Träger
- 120
- Wälzlageranordnung
- 130
- erstes Wälzlager
- 130a
- Innenring
- 130b
- Wälzkörper
- 130c
- Außenring
- 140
- zweites Wälzlager
- 140a
- Innenring
- 140b
- Wälzkörper
- 140c
- Außenring
- 150
- Lagertopf
- 160
- Symmetrielinie
- 170
- Ausnehmung
- 180
- Ebene
- 200
- Kompressor
- 210
- Stirnfläche
- 220
- Gehäuse
- 230
- Welle
- 240
- Anlagefläche
- 250
- Ausdrehung
- 260
- Rotor
- 270
- Bohrung
- 280
- Rotorstirnfläche
- 290
- Gehäusestirnfläche
- 300
- Stirnspalt
- 310
- Toleranzkette
- 320
- Ring
- 400
- Kompressor
- 410
- Schraubenwelle
- 420
- Schraubenwelle
- 430
- Gehäuse
- 440
- Loslager
- 450
- Festlageranordnung
- 460
- Zwischenring
- 470
- Zylinderrollenlager
- 480
- Vierpunktlager
- 490
- Loslager
- 500
- Festlageranordnung
- 510
- Zwischenring
- 520
- Zylinderrollenlager
- 530
- Vierpunktlager
- 600
- Lageranordnung
- 610
- Zwischenring
- 620
- Welle
- 630
- Zylinderrollenlager
- 640
- Schrägkugellager
- 650
- Kugellager
- 660
- Wellenmutter
- 670
- Schraube
- 680
- Fläche
- 700
- weiteres Schrägkugellager
- 710
- weitere Wälzlageranordnung
- 720
- dritte Wälzlager
- 730
- viertes Wälzlager
- 800
- Bohrung
- 810
- Deckel
