DE102012203815A1

DE102012203815A1 - Abstützanordnung für Axiallager von Kolbenverdichtern

Info

Publication number: DE102012203815A1
Application number: DE201210203815
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Fugel; Christian Hurtig
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2013-09-12

Abstract

Es wird eine Abstützanordnung 15 für Axiallager 10 von Kolbenverdichtern 1 angegeben, welche zwischen einem der Lagerringe 11, 12 und dem Rotor 2 und/oder dem Gehäuseteil 4 zwischengeordnet wird. Diese Abstützanordnung 14 wird von einer Kreisringscheibe 16 gebildet, die Federelemente 15 aufweist, die sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstrecken.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung befasst sich mit Abstützanordnungen von Axiallagern von Kolbenverdichtern, insbesondere mit solchen Abstützanordnungen, welche Schiefstellungen einer durch das Axiallager geführten Welle kompensieren.
Abstützanordnungen für Axiallager von Kolbenverdichtern sind aus WO 2003/19008 bekannt. Der dort gezeigte Kolbenverdichter umfasst eine Welle, an deren einem Ende eine mit einem Kolben versehene Pleuelstange und an deren anderem Ende ein Rotor eines Elektromotors angebracht ist. Die Welle, die im Wesentlich vertikal ausgerichtet ist, ist durch eine in einem Gehäuseteil vorgesehene Bohrung geführt. Zwischen Rotor und Gehäuseteil ist ein Axiallager vorgesehen, welches von einem oberen und einem unteren Lagering und einer Mehrzahl von zwischen den beiden Lagerringen angeordneten Wälzkörpern gebildet ist, wobei die Wälzkörper in Umfangsrichtung des Axiallagers von einem Käfig in gegenseitigem Abstand gehalten werden. Der obere der beiden Lagerringe ist mit dem Rotor drehfest verbunden. Zwischen dem unteren Lagerring und dem Gehäuseteil ist eine Kreisringscheibe vorgesehen, um nicht vermeidbare Schiefstellungen der Welle auszugleichen, die durch die Pleuelstange bzw. die radiale Krafteinteilung hervorgerufen werden. Zu diesem Zweck ist die Kreisringscheibe an ihrer, dem unteren Lagerring zugewandten Seite mit zwei im Winkelabstand von 180° angeordneten und sich im übrigen radial erstreckenden und in axialer Richtung konvexen Vorsprüngen versehen. In ähnlicher Weise ist auch die dem Gehäuseteil zugewandte Seite der Kreisringscheibe ausgebildet, wobei allerdings die Vorsprünge dieser Seite der Kreisringscheibe zu den Vorsprüngen an der anderen Seite der Kreisringscheibe einen Winkelabstand von 90° einhalten. Wie leicht einzusehen ist, wird durch die so ausgebildete Kreisringscheibe, den Lagerring und das Gehäuseteil ein kadanisches Element geschaffen, durch welches bei Verkippung der Welle bzw. des mit der Welle über den Rotor verbundenen oberen Lagerrings der untere Lagerring durch seine gelenkige Lagerung der Verkippung des oberen Lagerrings folgen kann und somit eine Fehlstellung der Lagerringe zueinander kompensieren kann.
Diese bekannte Abstützanordnung ist aber in vielfältiger Weise nachteilig. Dadurch, dass die Kreisringscheibe zur Erreichung ihrer Funktionalität mit Vorsprüngen versehen ist und/oder mit Vorsprüngen zusammenwirkt, die beispielsweise am einem Lagerring oder dem Gehäuseteil vorgesehen sind, wird ein entsprechend großer axialer Bauraum benötigt. Um eine vollständige Verdrehfestigkeit des Lagerrings, welcher mit der Kreisringscheibe zusammenwirkt, herzustellen, ist es weiterhin erforderlich, durch einen zusätzlichen Bearbeitungsschritt Taschen vorzusehen, in welche die Vorsprünge eingreifen.
Aufgabe der Erfindung
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abstützanordnung für Axiallager von Kolbenverdichtern anzugeben, welche die Nachteile im Stand der Technik überwinden und die es erlauben, in einfacher Weise eine Abstützanordnung zu realisieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Ansprüchen 2 und 3 entnehmbar.
Ist gemäß Anspruch 1 die Kreisringscheibe mit Federelementen versehen ist, die sich im Wesentlichen in Achsrichtung erstrecken, ist eine einfache und aufwandlose Abstützanordnung geschaffen, die ein Verkippen der Welle erlaubt, ohne dass diese Verkippung zu einer Fehlstellung der beiden Lagerringe zueinander führt. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang, dass die Federelemente der Kreisringscheibe leicht bis vollständig eingefedert sind, wenn die Kreisringscheibe zwischen einem oberen Lagerring und dem Rotor oder zwischen dem unteren Lagerring und dem Gehäuseteil angeordnet und die Welle im Gehäuseteil montiert ist. Dieses Einfedern der Federelemente bewirkt, dass durch die wirkenden Ausfederkräfte keine besonderen Arbeitsschritte ausgeführt werden müssen, um eine drehfeste Festlegung des jeweiligen Lagerrings herbeizuführen. Insbesondere lässt sich die Kreisringscheibe daher auch als preiswertes Stanzteil herstellen. Dadurch, dass die Kreisringscheibe nach der Montage durch das Einfedern der Federelemente entweder vollständig oder fast vollständig auf ihre Dicke in axialer Richtung reduziert ist, wird im Gegensatz zum Stand der Technik axialer Bauraum eingespart.
Ist die Kreisringscheibe nach der Montage zwischen einem Lagering und dem Rotor oder dem Gehäuse eingespannt, bewirkt das zumindest teilweise Ausfedern der Federelemente, dass die Lage/Ausrichtung desjenigen Lagerrings, auf welchen die Federelemente der Kreisringscheibe unmittelbar wirken, der Lage/Ausrichtung des anderen, eine Fehlstellung habenden Lagerrings angepasst wird.
Werden gemäß Anspruch 2 die Federelemente von Wellen gebildet sind, die sich in Umfangsrichtung der Kreisringscheibe aneinanderreihen, ist eine besonders einfach herzustellende, in Axialrichtung nachgiebige Ausgleichsanordnung geschaffen.
Da die Erfindung einschließt, dass die Federelemente der Kreisringscheibe nach der Montage vollständig eingefedert sein können, ist es gemäß Anspruch 3 vorteilhaft, wenn die Kreisringscheibe Ausnehmungen und/oder Durchbrüche aufweist, die ein vollständiges oder auch nur teilweises Zusammenpressen der Federelemente erleichtern.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
1 einen Schnitt durch einen Kolbenverdichter (schematisch);
2 einen weiteren Schnitt durch einen Kolbenverdichter (schematisch);
3 einen erste Abstützanordnung nach der Erfindung; und
4 eine weitere Abstützanordnung nach der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Das in 1 gezeigte Detail eines Kolbenverdichters 1 wird im Wesentlichen von einem Rotor 2, welcher Teiles eines nicht gezeigten Elektromotors ist, einer Welle 3, einem Gehäuseteil 4 und einer exzentrisch zur Welle 3 angebrachten und mit einem Kolben 5 versehenen Pleuelstange 6 gebildet. Dabei ist der Rotor 2 an einem ersten Ende 7 der Welle 3 und die mit dem Kolben 5 verbundene Pleuelstange 6 am zweiten Ende 8 der Welle 3 angebracht. I.ü. ist die Welle 3 durch eine Bohrung 9 im Gehäuseteil 4 geführt.
Ferner ist ein Axiallager 10 vorgesehen, welches von einem oberen Lagerring 11, einem einen axialen Abstand zum oberen Lagerring 11 einhaltenden unteren Lagerring 12 und einer Mehrzahl von Wälzkörpern 13 gebildet, die auf den Lagerringen 11, 12 abrollen, wenn die Welle 3 bzw. der Rotor 2 in Drehung um die Rotationssachse R versetzt wird. Zur gegenseitigen Beabstandung der Wälzkörper 3 in Umfangsrichtung des Axiallagers 10 ist ein Käfig 14 vorhanden, der in bekannter Weise die Wälzkörper 13 aufnimmt.
Zwischen dem unteren Lagerring 12 und dem Gehäuseteil 4 ist eine Abstützanordnung 15 angeordnet, auf die im Zusammenhang mit den nachfolgend beschriebenen Fig. noch näher eingegangen wird. Deutlich ist der 1 aber entnehmbar, dass die Abstützanordnung 15 in Seitenansicht die Form einer Kreisringscheibe 17 hat, wenn der Kolbenverdichter 1 montiert und die Abstützanordnung 15 zwischen dem unteren Lagerring 12 und dem Gehäuseteil 4 eingespannt ist. Ferner ist 1 auch entnehmbar, dass ideale Bedingungen vorherrschend sind, da trotz der radialen Belastung des zweiten Endes 9 der Welle 3 diese sowie der Rotor 2 vollkommen zentrisch zur Rotationsachse R stehen.
Derartig ideale Bedingungen herrschen in der Praxis jedoch nicht. Vielmehr wird die Welle 3 an ihrem zweiten Ende 8 durch die Wirkungen des Kolbens 6 leicht gegenüber ersten Ende 7 der Welle 3 radial ausgelenkt. Solche – übertrieben dargestellten – Verhältnisse sind in 2 gezeigt, wo die gemeinsame Rotationsachse R’ von Welle 3, Rotor 2 und oberem mit dem Rotor 2 drehfest verbundenen Lagerring 11 gegenüber der Vertikalen V um einen Winkel α verkippte ist. Auch ist 2 entnehmbar, dass das Gehäuseteil 4 sowie die Abstützanordnung 15, welche von der Wirkung des Kolbens 6 bzw. der Pleuelstange 7 entkoppelt sind, ihre Zentrizität zur Vertikalen V behalten haben. Dass der untere Lagerring 12 bzw. dessen Rotationsachse R’ ebenfalls gegenüber der Vertikalen um den Winkel α verkippt ist und somit parallel ausgerichtet zum oberen Lagerring 11 steht, erklärt sich wie folgt: Wie der Detailansicht AA gemäß 2 entnehmbar ist, ist die Abstützanordnung 15 mit Federelementen 16 versehen, die sich im Wesentlichen in axialer Richtung erstrecken und die im – in 1 gezeigten – radial unbelasteten Einbauzustand der Welle 3 zwischen den beiden Lagerringen 11, 12 vollkommen zusammengepresst sind. Wird jedoch das zweite Ende 8 der Welle 2 durch die radiale Kraftwirkung des Kolbens 6 die Welle 2 gemäß 2 ausgelenkt, verliert der untere Lagerring 12 seinen während des Einbauzustandes vollflächigen körperlichen Kontakt zur Abstützanordnung 15 bzw. Kreisringscheibe 17. Dieser Kontaktverlust wird dadurch kompensiert, dass die Federelemente 16, welche im Einbauzustand gemäß 1 eingefedert waren, wieder ausfedern und so sich die Lage des unteren Lagerrings 12 sich der Lage des oberen Lagerrings 11 angleicht. Dadurch, dass der untere Lagerring 12 bei Verkippung der Welle 3 quasi nachgeführt wird, ergibt sich auch unter Schiefstellung der Welle 3 eine sehr gleichmäßige Lagerbelastung. Diese Verhältnisse sind in der Detaildarstellung AA gemäß 2 verdeutlicht.
Nur der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass durch die Bereitstellung einer entsprechenden großen Federkraft der Federelemente 16 auch die Neigung der Welle 3 zu Fehlstellungen beseitigt werden kann, weil dann die Federkraft einer Verkippung der Welle 3 direkt entgegenwirkt.
In 3 ist eine Abstützanordnung 15 gezeigt, welche im Wesentlichen von einer Kreisringscheibe 17 gebildet wird. Vom Innenrand 18 dieser Kreisringscheibe 17 ausgehend erstrecken sich in Richtung zum Mittelpunkt M der Kreisringscheibe 17 Vorsprünge 19, deren freie Enden 20 zur Bildung von Federelementen 16 mit Blickrichtung auf die 3 aus der Papierebene heraustreten. In der Ausführung gemäß 3 werden die eine Kompression der Kreisringscheibe 17 erleichternden Ausnehmungen 21 von den Bereichen gebildet, die sich in Umfangsrichtung der Kreisringscheibe 17 zwischen den Vorsprüngen 19 erstrecken.
Das Abstützelement 15 gemäß 4 wird ebenfalls von einer Kreisringscheibe 17 gebildet, bei der – wie die Schnittdarstellung zeigt – die Federelemente 16 bogenförmige Elemente sind, die sich im Umfangsrichtung der Kreisringscheibe 17 aneinanderreihen.
Bezugszeichenliste

1: Kolbenverdichter
2: Rotor
3: Welle
4: Gehäuseteil
5: Kolben
6: Pleuelstange
7: erstes Ende
8: zweites Ende
9: Bohrung
10: Axiallager
11: oberer Lagerring
12: unterer Lagerring
13: Wälzkörper
14: Käfig
15: Abstützanordnung
16: Federelemente
17: Kreisringscheibe
18: Innenrand
19: Vorsprünge
20: freien Enden
21: Ausnehmungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2003/19008 [0002]

Claims

Abstützanordnung für Axiallager von Kolbenverdichtern (1), mit einer Welle (3), an deren ersten Ende (7) ein Rotor (2) eines Elektromotors und an deren zweiten Ende (8) eine mit einem Kolben (6) versehene Pleuelstange (7) angebracht ist, mit einem eine Bohrung (9) umfassenden Gehäuseteil (4), durch welches die Welle (3) geführt ist, mit einem Axiallager (10), welches einen oberen und einen unteren Lagerring (11, 12) und Wälzkörper (13) umfasst, wobei zumindest einer der Lagerringe (11; 12) mit dem Gehäuseteil (4) oder dem Rotor (2) drehfest verbunden ist, und mit einer Kreisringscheibe (17), welche zwischen einem der Lagerringe (11; 12) und dem Gehäuseteil (4) oder dem einem der Lagerringe (11; 12) und dem Rotor (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisringscheibe (17) mit Federelementen (16) versehen ist, die sich im Wesentlichen in Achsrichtung erstrecken.
Abstützanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (16) von Wellen gebildet sind, die sich in Umfangsrichtung der Kreisringscheibe (17) aneinanderreihen.
Abstützanordnung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, die Kreisringscheibe (17) Ausnehmungen und/oder Durchbrüche (21) ausweist.