DE102014200588B4

DE102014200588B4 - Lageranordnung

Info

Publication number: DE102014200588B4
Application number: DE102014200588.4A
Authority: DE
Inventors: Jesko-Henning Tanke; Baozhu Liang
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2034-01-16
Also published as: WO2015091719A1; US10107337B2; US20160312833A1; DE102014200588A1; CN105829748A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1), umfassend mindestens ein Lager (2), um ein erstes Maschinenteil (3) relativ zu einem zweiten Maschinenteil (4) zu lagern, wobei die Lageranordnung (1) weiterhin eine Dichtungsanordnung (5) umfasst, um einen ersten Raum (A) im Bereich des Lagers (2) gegen einen zweiten Raum (B) abzudichten. Um die Dichtfunktion zu optimieren, sieht die Erfindung vor, dass mindestens eine Druckausgleichsleitung (6) vorhanden ist, die den ersten Raum (B) mit dem zweiten Raum (B) fluidisch verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, umfassend mindestens ein Lager, um ein erstes Maschinenteil relativ zu einem zweiten Maschinenteil zu lagern, wobei die Lageranordnung weiterhin eine Dichtungsanordnung umfasst, um einen ersten Raum im Bereich des Lagers gegen einen zweiten Raum abzudichten, wobei mindestens eine Druckausgleichsleitung vorhanden ist, die den ersten Raum mit dem zweiten Raum fluidisch verbindet.
Eine gattungsgemäße Lageranordnung ist aus der US 3 833 277 A bekannt. Ähnliche und andere Lösungen zeigen die US 3 572 379 A , die DE 10 2004 052 684 A1 , die DE 10 2007 020 007 A1 , die US 2012/0219246 A1 , die EP 2 495 467 A2 , die DE 199 35 014 B4 , die EP 1 881 243 A1 , die DE 195 43 571 A1 und die DE 10 2011 011 165 A1 .
Insbesondere bei abgedichteten Großlagern kommt es größenbedingt bei Temperaturänderungen – mehr noch als bei Lager üblicher Größe – zu Änderungen des Drucks im Inneren der Lageranordnung relativ zum Umgebungsdruck. Dies hat unter anderem seine Ursachen in unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen von Luft und Schmierstoff und der Stahlringe des Lagers. Wenn das Lager mit Dichtungen versehen ist, wirkt sich dieser Druck negativ auf die Funktion der Dichtungen aus. Die Folge sind stärkerer Verschleiß und eine höhere Reibung. Ferner kann auch die Dichtwirkung negativ beeinflusst werden.
Eine Druckdifferenz zwischen dem Lagerinneren und der Umgebung kann auch in eine Richtung wirken, für die die Dichtfunktion nicht konstruiert wurde. In diesem Fall können beispielsweise Feuchtigkeit oder Verschmutzungen in das Lager eindringen.
Bekannt ist es, in der Lageranordnung Auslassbohrungen für überschüssiges Schmierfett vorzusehen, die mit Auffangsystemen an der Lageranordnung verbunden sind. Durch diese Auslasssysteme wird Schmierstoff aus dem Lager abgelassen. Allerdings ist hierzu ein gewisser Überdruck im Lager nötig, um den Schmierstoff durch die notwendigen Leitungen in den Auffangbehälter zu drücken. Die Auslassbohrung kann auch durch überschüssiges Schmierfett verstopft werden, so dass eine Beeinflussung des Drucks im Inneren der Lageranordnung hiermit nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Lageranordnung so fortzubilden, dass die Dichtfunktion verbessert wird. Dies soll insbesondere im Falle von Großlagern erfolgen, bei denen sich Druckdifferenzen zwischen dem Inneren des Lagers und der Umgebung sehr nachteilig auswirken können.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsleitung mit mindestens einem Ventil versehen ist, mit dem die Druckausgleichsleitung geöffnet und verschlossen werden kann, wobei das mindestens eine Ventil von einer Steuerung mechanisch oder hydraulisch oder pneumatisch oder elektrisch betätigbar ist.
Die Druckausgleichsleitung zur Umgebung kann dabei durch ein Rohr oder einen Schlauch gebildet werden, das bzw. der einen (vorzugsweise stationären) Lagerring des Lagers durchsetzt. Sie kann auch durch ein Rohr oder einen Schlauch gebildet werden, das bzw. der die Dichtungsanordnung durchsetzt. Die Druckausgleichsleitung kann auch durch eine Bohrung gebildet werden, die die Dichtungsanordnung bzw. einen Lagerring durchsetzt. Das Rohr, der Schlauch bzw. die Bohrung verlaufen dabei bevorzugt in axiale und/oder in radiale Richtung.
Das Lager kann einen sich drehenden Innenring und einen stationären Außenring aufweisen, wobei die Lagerachse horizontal angeordnet ist, wobei in diesem Falle bevorzugt vorgesehen ist, dass die mindestens eine Druckausgleichsleitung oberhalb der Lagerachse angeordnet ist.
Entsprechend kann das Lager einen stationären Innenring und einen sich drehenden Außenring aufweisen, wobei die Lagerachse horizontal angeordnet ist, wobei dann bevorzugt vorgesehen ist, dass die mindestens eine Druckausgleichsleitung unterhalb der Lagerachse angeordnet ist.
Die Lagerringe des Lagers weisen bevorzugt einen Durchmesser von mindestens 250 mm auf, vorzugsweise von mindestens 500 mm. Es handelt sich also bei dem Lager bevorzugt um ein Großlager.
Indes ist bevorzugt weiterhin vorgesehen, dass das Lager bei bestimmungsgemäßem Gebrauch ein Produkt von Drehzahl und Teilkreisdurchmesser der Wälzkörper (n × D) unterhalb von 100.000 mm/min aufweist. Insofern dreht das Lager relativ langsam.
Die vorgeschlagene Ausgestaltung kommt insbesondere, aber nicht ausschließlich, bei Großlagern zum Einsatz, die einen Außenringdurchmesser von mehr als 300 mm aufweisen. Andererseits ist der Einsatz – wie erläutert – bei relativ langsam drehenden Lager vorteilhaft, die das besagte Produkt von Drehzahl und Ringdurchmesser (ndm) von weniger als 100.000 mm/min aufweisen.
Die Erfindung sieht also eine Druckausgleichseinrichtung vor, die insbesondere zusätzlich zur der oben erwähnten Auslassbohrung für Schmiermittel vorgesehen ist.
Eine mögliche Ausführungsform stellt auf ein System zur Entlüftung ab, das auf einer offenen Leitung basiert. Hierbei führen eine oder mehrere Leitungen aus dem Inneren des Lagers hinaus in die Umgebung, gegen die der Druckausgleich stattfinden soll. Dies kann eine Bohrung in den Lagerkomponenten oder im Dichtungssystem sein, ein Schlauch oder eine entsprechende Rohrleitung oder eine Kombination dieser Teile. Mit dieser Ausgestaltung werden bei inneren Temperaturschwankungen die Druckleitungen „durchgeblasen” und damit gereinigt, so dass das Lager stets unter dem gleichen Innendruck steht, entsprechenden dem Umgebungsdruck.
Eine alternative Lösung stellt auf ein System gepaarter Ventile ab. Dabei werden Ventile verwendet, die sperren oder auf Durchlass gestellt werden können. Die Durchlassrichtung kann gesteuert werden. Die Steuerung kann mechanisch, elektrisch, elektronisch, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen. Mit den Ventilen ist damit eine spezielle Betriebsweise möglich, wenn auch die oben genannten Auslassbohrungen für Schmiermittel mit entsprechenden Ventilen versehen sind. Hiernach können die Ventile so geschaltet werden, dass entweder das oder die Systeme zum Schmierstoffauslass gesperrt und die Leitungen für den Druckausgleich (Druckausgleichsleitung) in beide Richtungen offen sind; in einem anderen Betriebsmodus wird der Druckausgleich über die Druckausgleichsleitung gesperrt und der Schmierstoffauslass geöffnet. Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, eine Verschaltung des Schmierstoffauslasses mit dem Druckausgleich herzustellen, was dafür sorgt, dass die Einrichtung des Druckausgleichs nicht verstopft.
Für die Position der mindestens einen Druckausgleichsleitung hat sich folgendes bewährt:
Bei sich drehendem Innenring liegt der Druckausgleich bevorzugt im Außenring oder damit verbundenen Komponenten, beispielsweise im Dichtungsträger oder in der Dichtung selbst, und zwar oberhalb aller Leitungen zum Schmierstoffauslass, d. h. oberhalb der horizontal angeordneten Drehachse des Lagers (d. h. im Bereich von „9 Uhr” bis „3 Uhr”). Die Orientierung des Druckausgleichs kann radial oder axial sein, bevorzugt ist die axiale Orientierung.
Bei sich drehendem Außenring liegt der Druckausgleich bevorzugt im Innenring oder damit verbundenen Komponenten, beispielsweise im Dichtungsträger oder in der Dichtung selbst, und zwar unterhalb aller Leitungen zum Schmierstoffauslass, d. h. unterhalb der horizontal angeordneten Drehachse des Lagers (d. h. im Bereich von „3 Uhr” bis „9 Uhr”). Die Orientierung des Druckausgleichs kann radial oder axial sein.
Die Lage des Druckausgleichs ist demgemäß so gewählt, dass sie dort erfolgt, wo die geringste Konzentration an Schmierstoffmasse zu erwarten ist.
Die Erfindung stellt somit also ein Druckausgleichs- bzw. -austauschsystem insbesondere für abgedichtete Großlager zur Verfügung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt einen Radialschnitt durch deine Lageranordnung, umfassend ein Lager und eine Dichtungsanordnung, mit der eine Welle in einem Gehäuse gelagert wird.
In der Figur ist eine Lageranordnung 1 zu sehen, die ein Lager 2 aufweist, mit dem ein zweites Maschinenteil 4 in Form einer Welle drehbar zu einem ersten Maschinenteil 3 in Form eines Gehäuses gelagert wird. Das Lager 2 wird durch eine Dichtungsanordnung 5 abgedichtet. Demgemäß liegt ein erster Raum A im Inneren der Lageranordnung 1 vor, der gegenüber einem zweiten Raum B, nämlich der Umgebung, abgedichtet wird.
Um einen Druckausgleich zwischen den beiden Räumen A und B bewerkstelligen zu können, ist eine Druckausgleichsleitung 6 vorgesehen. Diese muss generell zwischen den beiden Räumen A und B wirksam sein. Im Ausführungsbeispiel durchsetzt sie die Dichtungsanordnung 5 in axiale Richtung a. Wie zu sehen ist, ist die Druckausgleichsleitung 6 hier in einen aus Elastomermaterial bestehenden Träger für die Dichtlippen der Dichtungsanordnung 5 eingebracht.
Im Ausführungsbeispiel ist also vorgesehen, dass das Druckausgleichssystem ausschließlich durch die Dichtungsanordnung verläuft. Alternativ oder additiv kann auch vorgesehen sein, dass der Druckausgleich über einen Lagerring erfolgt. Ein Druckausgleich über eine Bohrung, einen Schlauch oder ein Rohr im Lagerring ist insbesondere bei Großlagern sinnvoll, dass der große Lagerring hier hinreichenden Raum für die fluidische Verbindung bietet.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung sieht vor, dass die Druckausgleichsleitung 6 mit einem Ventil 7 versehen ist, mit dem diese gezielt geöffnet oder geschlossen werden kann. Damit können die oben erläuterten Betriebsweisen gefahren werden.
Das Lager 2 weist eine horizontal ausgerichtete Lagerachse 10 auf. Die bevorzugte Lage der Druckausgleichsleitungen 6 ergibt sich bezüglich besagter Lagerachse.
Hat das Lager 2 – wie im dargestellten Ausführungsbeispiel – einen sich drehenden Innenring 8 und einen stationären Außenring 9, liegt die Druckausgleichsleitungen 6 bevorzugt oberhalb der Lagerachse 10 und damit in einem Bereich, in dem die Konzentration an Schmierstoff gering ist. Dieser Bereich ist also durch den Bereich von der „9-Uhr-Stellung” bis zur „3-Uhr-Stellung” gekennzeichnet.
Dreht der Außenring 9 und ist der Innenring 8 stationär, liegt die Druckausgleichsleitungen 6 bevorzugt unterhalb der Lagerachse 10. Dieser Bereich ist also durch den Bereich von der „3-Uhr-Stellung” bis zur „9-Uhr-Stellung” gekennzeichnet.
Bezugszeichenliste

1: Lageranordnung
2: Lager
3: erstes Maschinenteil (Gehäuse)
4: zweites Maschinenteil (Welle)
5: Dichtungsanordnung
6: Druckausgleichsleitung
7: Ventil
8: Innenring
9: Außenring
10: Lagerachse
A: erster Raum
B: zweiter Raum
a: axiale Richtung

Claims

Lageranordnung (1), umfassend mindestens ein Lager (2), um ein erstes Maschinenteil (3) relativ zu einem zweiten Maschinenteil (4) zu lagern, wobei die Lageranordnung (1) weiterhin eine Dichtungsanordnung (5) umfasst, um einen ersten Raum (A) im Bereich des Lagers (2) gegen einen zweiten Raum (B) abzudichten, wobei mindestens eine Druckausgleichsleitung (6) vorhanden ist, die den ersten Raum (B) mit dem zweiten Raum (B) fluidisch verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsleitung (6) mit mindestens einem Ventil (7) versehen ist, mit dem die Druckausgleichsleitung (6) geöffnet und verschlossen werden kann, wobei das mindestens eine Ventil (7) von einer Steuerung mechanisch oder hydraulisch oder pneumatisch oder elektrisch betätigt wird.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsleitung (6) durch ein Rohr oder einen Schlauch gebildet wird, das bzw. der einen Lagerring (8, 9) des Lagers (2) durchsetzt.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsleitung (6) durch ein Rohr oder einen Schlauch gebildet wird, das bzw. der die Dichtungsanordnung (5) durchsetzt.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsleitung (6) durch eine Bohrung gebildet wird, die die Dichtungsanordnung (5) und/oder einen Lagerring (8, 9) des Lagers (2) durchsetzt.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr oder der Schlauch oder die Bohrung in axiale Richtung (a) und/oder in radiale Richtung (r) verläuft.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (2) einen sich drehenden Innenring (8) und einen stationären Außenring (9) aufweist, wobei die Lagerachse (10) horizontal angeordnet ist und wobei die mindestens eine Druckausgleichsleitung (6) oberhalb der Lagerachse (10) angeordnet ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (2) einen stationären Innenring (8) und einen sich drehenden Außenring (9) aufweist, wobei die Lagerachse (10) horizontal angeordnet ist und wobei die mindestens eine Druckausgleichsleitung (6) unterhalb der Lagerachse (10) angeordnet ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerringe (8, 9) des Lagers (2) einen Durchmesser von mindestens 250 mm aufweisen, oder von mindestens 500 mm.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (2) bei bestimmungsgemäßem Gebrauch ein Produkt von Drehzahl und Teilkreisdurchmesser der Wälzkörper (n × D) unterhalb von 100.000 mm/min aufweist.