DE102020110360B4 - Bearing arrangement and method for operating a bearing arrangement - Google Patents
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Abstract
Lageranordnung (100) für einen Doppelschneckenextruder, bestehend aus zumindest einem Axiallager (101) mita. einer Mehrzahl von Wälzkörpern (102),b. einem ersten Lagerring (104), der um eine Drehachse einer Welle (120) drehbar angeordnet ist und der eine erste Laufbahn (122) für die Mehrzahl von Wälzkörpern (102) aufweist,c. einem entgegengesetzt zu dem ersten Lagerring (104) gerichteten zweiten Lagerring (106) zur Befestigung des Axiallagers (101) in einer Lageraufnahme (108) und zur Weiterleitung axialer Druckkräfte (F) an dieses, wobei der zweite Lagerring (106) eine zweite Laufbahn (124) für die Mehrzahl von Wälzkörpern (102) aufweist, wobei die Wälzkörper (102) zwischen dem ersten Lagerring (104) und dem zweiten Lagerring (106) angeordnet sind,d. einer ersten Distanzhülse (110) , die auf der Welle (120) anordenbar ist, und wobei der erste Lagerring (104) in oder an einer an der ersten Distanzhülse (110) ausgeformten ersten Aufnahme (114) angeordnet ist, unde. einer zweiten Distanzhülse (112) zur Anlage an der Lageraufnahme (108) , und wobei der zweite Lagerring (106) in oder an einer an der zweiten Distanzhülse (112) ausgeformten zweiten Aufnahme (116) angeordnet ist,f. wobei zwischen der ersten Distanzhülse (110) und dem ersten Lagerring (104) und/oder zwischen der zweiten Distanzhülse (112) und dem zweiten Lagerring (106) ein hydraulisches Kissen (126) mit einer Hydraulikkammer (236) ausgeformt ist, und wobei die Hydraulikkammer (236) hydraulisch mit einem Hydrauliksystem (230) verbunden ist,g. wobei für die Hydraulikkammer (236) des hydraulischen Kissens (126) in der ersten Distanzhülse (110) und/oder der zweiten Distanzhülse (112) eine umlaufende Nut (232) ausgeformt ist,h. welche mit einem Expandierblech (234) fluiddicht abgedeckt ist, welches an einer Auflage auf der zugeordneten Distanzhülse (110, 112) fluiddicht mit dieser gefügt und/oder stoffschlüssig mit dieser verbunden ist.Bearing arrangement (100) for a twin-screw extruder, consisting of at least one axial bearing (101) mita. a plurality of rolling elements (102), b. a first bearing ring (104) which is arranged to be rotatable about an axis of rotation of a shaft (120) and which has a first raceway (122) for the plurality of rolling elements (102), c. a second bearing ring (106) directed opposite to the first bearing ring (104) for fastening the axial bearing (101) in a bearing mount (108) and for transmitting axial compressive forces (F) to it, the second bearing ring (106) having a second raceway ( 124) for the plurality of rolling elements (102), the rolling elements (102) being arranged between the first bearing ring (104) and the second bearing ring (106), d. a first spacer sleeve (110) which can be arranged on the shaft (120), and wherein the first bearing ring (104) is arranged in or on a first receptacle (114) formed on the first spacer sleeve (110), unde. a second spacer sleeve (112) for resting on the bearing mount (108), and wherein the second bearing ring (106) is arranged in or on a second mount (116) formed on the second spacer sleeve (112), f. wherein a hydraulic cushion (126) with a hydraulic chamber (236) is formed between the first spacer sleeve (110) and the first bearing ring (104) and/or between the second spacer sleeve (112) and the second bearing ring (106), and wherein the hydraulic chamber (236) is hydraulically connected to a hydraulic system (230), g. a circumferential groove (232) being formed in the first spacer sleeve (110) and/or the second spacer sleeve (112) for the hydraulic chamber (236) of the hydraulic cushion (126), h. which is covered in a fluid-tight manner with an expansion plate (234), which is joined to a support on the associated spacer sleeve (110, 112) in a fluid-tight manner and/or is firmly bonded to the latter.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit zumindest einem Axiallager sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Lageranordnung.The present invention relates to a bearing arrangement with at least one axial bearing and a method for operating such a bearing arrangement.
Stand der TechnikState of the art
Aktuell werden für Verteilergetriebe in Doppelschneckenextrudern mit hoher Leistungsdichte, wie sie vor allem zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe oder Gummi eingesetzt werden, mehrstufige Axiallager beziehungsweise Axialzylinderrollenlager, sogenannte Tandemlager, eingesetzt. Tandemlager können bei begrenztem radialem Einbauraum hohe Axialkräfte sicher aufnehmen, sie vereinen also einen geringen Außendurchmesser mit einer hohen Tragzahl. Entsprechende Lager bestehen in der Regel aus mehreren, hintereinander angeordneten Axial-Zylinderrollenlagern. Die Kraftübertragung und/oder Kraftverteilung erfolgt hierbei mechanisch über mehrere Distanzhülsen, welche für eine exakt gleiche Belastung der geschichteten Axiallager sorgen (sollen). Die Grundidee von Axiallagern in Tandem-Anordnung wurde bereits im Jahre 1943 entwickelt und ist in
Auch in anderen Einsatzgebieten kommen Lager zum Einsatz, die besonders hohe axialwirkende Kräfte aufnehmen müssen.Bearings that have to absorb particularly high axial forces are also used in other areas of application.
So wird in der
Die Kraftverteilung auf die einzelnen Lager eines Axiallagers in Tandem-Anordnung wird durch die Geometrie und Materialeigenschaften, insbesondere Festigkeit und Elastizität, beeinflusst. Für eine exakt gleiche Belastung müssen die Materialeigenschaften idealerweise identisch und die geometriebeeinflussende Fertigung hochpräzise sein. Unter Belastung verformen sich die Tandemlager, bis sich ein Kräftegleichgewicht einstellt. Kleinste Unterschiede der Materialeigenschaften sowie Fertigungstoleranzen führen zu unterschiedlichen Belastungen und Verformungen. In einem Extremfall könnte ein oder mehrere Axiallager dann gar keine Last tragen und somit die restlichen Axiallager entsprechend höher belastet werden. Dies erhöht somit das Risiko für Lagerschäden. Um dieser Herausforderung zu begegnen werden üblicherweise sehr hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Lager mit sehr geringen Toleranzen gestellt und außerdem der konstruktive Sicherheitsfaktor erhöht. Somit wird tendenziell der Materialeinsatz erhöht, was zu höherem Gewicht, höheren Kosten und einen Bedarf für einen größeren Bauraum bedeutet.The force distribution on the individual bearings of an axial bearing in a tandem arrangement is influenced by the geometry and material properties, in particular strength and elasticity. For exactly the same load, the material properties must ideally be identical and the geometry-influencing production must be highly precise. Under load, the tandem bearings deform until an equilibrium of forces is reached. The smallest differences in material properties and manufacturing tolerances lead to different loads and deformations. In an extreme case, one or more axial bearings could then not carry any load at all and the remaining axial bearings would therefore be subjected to a correspondingly higher load. This increases the risk of bearing damage. In order to meet this challenge, very high demands are usually placed on the accuracy of the bearings with very low tolerances and the design safety factor is also increased. Thus, the use of materials tends to be increased, which means higher weight, higher costs and a need for a larger installation space.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kostengünstigere Lösung zu schaffen, mit der die dargestellten Probleme minimiert werden.The object of the present invention is to provide a more cost-effective solution with which the problems presented are minimized.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein.The object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying figures. In particular, the independent claims of a claim category can also be developed analogously to the dependent claims of another claim category.
Eine erfindungsgemäße Lageranordnung weist zumindest ein Axiallager auf. Unter einem Axiallager kann allgemein ein Axialkräfte aufnehmendes Lager verstanden werden. Das Axiallager hindert eine Welle daran, axiale Bewegungen ausführen zu können. Andere gängige Bezeichnungen für Axiallager sind auch Längslager, Drucklager und Spurlager, wobei vorliegend das Axiallager als ein Wälzlager ausgeformt ist. Beim Wälzlager stützen sich die relativ zueinander bewegten Teile über mitlaufende Wälzkörper aufeinander.A bearing arrangement according to the invention has at least one axial bearing. An axial bearing can generally be understood to mean a bearing that absorbs axial forces. The thrust bearing prevents a shaft from being able to perform axial movements. Other common designations for axial bearings are longitudinal bearings, thrust bearings and thrust bearings, with the axial bearing being designed as a roller bearing in the present case. In a roller bearing, the parts that move relative to one another support one another via rolling elements that move with them.
Das Axiallager weist eine Mehrzahl von Wälzkörpern auf. Weiterhin weist das Axiallager einen um eine Drehachse einer Welle drehbar angeordneten ersten Lagerring und einen entgegengesetzt zu dem ersten Lagerring gerichteten zweiten Lagerring auf. Der erste Lagerring weist eine erste Laufbahn für die Mehrzahl von Wälzkörpern [für die Aufnahme der Lagerdrücke] auf, der zweite Lagerring weist eine zweite Laufbahn für die Mehrzahl von Wälzkörpern auf. Der erste Lagerring kann auch als Innenring oder Innenflansch bezeichnet werden, der zweite Lagerring kann auch als Außenring, äußerer Lagerauflagering oder Außenflansch bezeichnet werden. Der zweite Lagerring dient zur Befestigung des Axiallagers in einer Lageraufnahme und zur Weiterleitung axialer Druckkräfte an diese Lageraufnahme. Die Mehrzahl von Wälzkörpern ist zwischen dem ersten Lagerring und dem zweiten Lagerring angeordnet. Die Lageraufnahme kann als ein Gehäuse ausgebildet sein.The thrust bearing has a plurality of rolling elements. Furthermore, the axial bearing has a first bearing ring, which is arranged such that it can rotate about an axis of rotation of a shaft, and a second bearing ring, which is directed opposite to the first bearing ring bearing ring. The first bearing ring has a first raceway for the plurality of rolling elements [for receiving the bearing pressures], the second bearing ring has a second raceway for the plurality of rolling elements. The first bearing ring can also be referred to as the inner ring or inner flange, the second bearing ring can also be referred to as the outer ring, outer bearing support ring or outer flange. The second bearing ring is used to fasten the axial bearing in a bearing mount and to transfer axial compressive forces to this bearing mount. The plurality of rolling elements is arranged between the first bearing ring and the second bearing ring. The bearing mount can be designed as a housing.
Weiterhin weist das Axiallager eine erste Distanzhülse, die auf der Welle anordenbar ist, und eine zweite Distanzhülse zur Anlage an der Lageraufnahme auf. Der erste Lagerring ist in oder an einer an der ersten Distanzhülse ausgeformten ersten Aufnahme angeordnet. Der zweite Lagerring ist in oder an einer an der zweiten Distanzhülse ausgeformten zweiten Aufnahme angeordnet. Zwischen der ersten Distanzhülse und dem ersten Lagerring ist ein hydraulisches Kissen mit einer Hydraulikkammer ausgeformt. Alternativ oder ergänzend ist zwischen der zweiten Distanzhülse und dem zweiten Lagerring ein hydraulisches Kissen mit einer Hydraulikkammer ausgeformt. Die eine Hydraulikkammer oder beide Hydraulikkammern sind hydraulisch mit einem Hydrauliksystem verbunden. So wirkt eine Druckänderung im Hydrauliksystem unmittelbar auf die Hydraulikkammer, in der der gleiche Druck ansteht wie im Hydrauliksystem.Furthermore, the axial bearing has a first spacer sleeve, which can be arranged on the shaft, and a second spacer sleeve for contact with the bearing mount. The first bearing ring is arranged in or on a first receptacle formed on the first spacer sleeve. The second bearing ring is arranged in or on a second receptacle formed on the second spacer sleeve. A hydraulic cushion with a hydraulic chamber is formed between the first spacer sleeve and the first bearing ring. Alternatively or additionally, a hydraulic cushion with a hydraulic chamber is formed between the second spacer sleeve and the second bearing ring. One hydraulic chamber or both hydraulic chambers are hydraulically connected to a hydraulic system. A pressure change in the hydraulic system acts directly on the hydraulic chamber, in which the same pressure is present as in the hydraulic system.
Die erste Aufnahme weist das hydraulische Kissen auf und ergänzend oder alternativ weist die zweite Aufnahme das hydraulische Kissen auf. Alternativ ist das hydraulische Kissen als Aufnahme ausgeformt.The first receptacle has the hydraulic cushion and additionally or alternatively the second receptacle has the hydraulic cushion. Alternatively, the hydraulic cushion is formed as a receptacle.
Durch eine Druckänderung im Hydrauliksystem kann vorteilhafterweise der Druck in der Hydraulikkammer variiert werden. Die Hydraulikkammer kann elastisch und gleichzeitig oder ergänzend plastisch verformt werden und dadurch eine Vorspannung auf den zugeordneten Lagerring ausüben. Durch die Verformung der Hydraulikkammer können, insbesondere bei getrennt voneinander beaufschlagten Hydraulikkammern Fertigungstoleranzen bei Lagerring und/oder Distanzhülse ausgeglichen werden und eine gleichmäßige Kraftverteilung auf das die Welle lagernde Lager und seine Komponenten erzielt werden. Dies führt letztlich zu einem geringeren Verschleiß und somit einer höheren Standzeit des Axiallagers. Wenn die Hydraulikkammern miteinander verbunden sind, sind Fertigungstoleranzen sowie Material-Inhomogenitäten irrelevant.The pressure in the hydraulic chamber can advantageously be varied by changing the pressure in the hydraulic system. The hydraulic chamber can be elastically and simultaneously or additionally plastically deformed and thereby exert a preload on the associated bearing ring. Due to the deformation of the hydraulic chamber, manufacturing tolerances in the bearing ring and/or spacer sleeve can be compensated for, particularly in the case of hydraulic chambers that are acted upon separately from one another, and a uniform force distribution can be achieved on the bearing supporting the shaft and its components. Ultimately, this leads to less wear and thus a longer service life of the axial bearing. If the hydraulic chambers are connected to each other, manufacturing tolerances and material inhomogeneities are irrelevant.
Die erste Laufbahn des ersten Lagerrings kann so eingebracht sein, dass sie in einer Ebene liegt, deren Normale zur Drehachse einen Winkel zwischen 45° und 90° einschließt. Die zweite Laufbahn des zweiten Lagerrings kann dann entsprechend eingebracht sein. Eine derartige Anordnung ergibt sich durch die Kraftvektoren zur Aufnahme axialer Kräfte.The first raceway of the first bearing ring can be introduced in such a way that it lies in a plane whose normal to the axis of rotation encloses an angle of between 45° and 90°. The second raceway of the second bearing ring can then be introduced accordingly. Such an arrangement results from the force vectors for absorbing axial forces.
Die Hydraulikkammer des hydraulischen Kissens in der ersten Distanzhülse und ergänzend oder alternativ die Hydraulikkammer des hydraulischen Kissens in der zweiten Distanzhülse ist als eine umlaufende, fluiddicht abgedeckte Nut ausgeformt. So ist eine Hydraulikkammer ausgebildet, die rund um die Welle läuft und einen der beiden Lagerringe abstützt.The hydraulic chamber of the hydraulic cushion in the first spacer sleeve and additionally or alternatively the hydraulic chamber of the hydraulic cushion in the second spacer sleeve is formed as a circumferential, fluid-tight covered groove. This creates a hydraulic chamber that runs around the shaft and supports one of the two bearing rings.
Die fluiddicht abgedeckte Nut ist mit einem Expandierblech abgedeckt, welches an einer Auflage auf der zugeordneten Distanzhülse fluiddicht mit dieser gefügt ist oder stoffschlüssig mit dieser verbunden ist. So kann das Expandierblech direkt mit der zugeordneten Distanzhülse gefügt werden, die Auflage kann einen Bereich der Distanzhülse definieren, an dem das Expandierblech anliegt. Das Expandierblech kann derart ausgebildet sein, dass es sich durch ein Fluid in der Hydraulikkammer elastisch und/oder plastisch verformen lässt und dadurch gegen den zugeordneten Lagerring eine Kraft ausüben kann. Hierzu kann das Expandierblech eine geringe Wandstärke aufweisen. So kann die Wandstärke des Expandierbleches beispielsweise zwischen 0,1 und 2,5 mm betragen. Die Wandstärke des Expandierbleches kann weniger als 1 mm betragen, insbesondere weniger als 0,8 mm, insbesondere weniger als 0,6 mm. Das Expandierblech kann zur fluiddichten Verbindung beispielsweise verschweißt sein.The groove, which is covered in a fluid-tight manner, is covered with an expanding metal sheet, which is joined to a support on the associated spacer sleeve in a fluid-tight manner or is connected to it in a material-to-material manner. The expansion plate can thus be joined directly to the associated spacer sleeve, and the support can define an area of the spacer sleeve against which the expansion plate rests. The expansion plate can be designed in such a way that it can be elastically and/or plastically deformed by a fluid in the hydraulic chamber and can thereby exert a force against the associated bearing ring. For this purpose, the expansion sheet metal can have a small wall thickness. The wall thickness of the expanding sheet metal can be between 0.1 and 2.5 mm, for example. The wall thickness of the expanding sheet metal can be less than 1 mm, in particular less than 0.8 mm, in particular less than 0.6 mm. The expansion plate can, for example, be welded for fluid-tight connection.
In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die fluiddicht abgedeckte Nut mit einem ringförmigen Hydraulikstempel abgedeckt sein, wobei zwischen der Auflage des Hydraulikstempels auf der zugeordneten Distanzhülse und der zugeordneten Distanzhülse eine Dichtung angeordnet ist, die die Hydraulikkammer fluiddicht zum Hydraulikstempel abdichtet. So kann in einem einfachen Montage-/Fügevorgang das Hydraulikkissen ausgebildet werden.In an embodiment not according to the invention, the groove covered in a fluid-tight manner can be covered with an annular hydraulic ram, with a seal being arranged between the support of the hydraulic ram on the associated spacer sleeve and the associated spacer sleeve, which seals the hydraulic chamber fluid-tight to the hydraulic ram. In this way, the hydraulic cushion can be formed in a simple assembly/joining process.
Das Axiallager kann nach Art eines Axialzylinderrollenlagers ausgebildet sein. Zylinderrollenlager sind einigermaßen einfach zu fertigen und können große Kräfte aufnehmen.The axial bearing can be designed in the manner of an axial cylindrical roller bearing. Cylindrical roller bearings are relatively easy to manufacture and can absorb large forces.
In der Hydraulikkammer und ergänzend oder alternativ in dem mit der Hydraulikkammer hydraulisch verbundenen Hydrauliksystem kann ein inkompressibles fluides Medium, d.h. ein inkompressibles Fluid, eingebracht sein. Ein Fluid, dessen Dichte nicht vom Druck abhängt, wird inkompressibel genannt. Dies bedeutet umgekehrt, dass Fluide, deren Dichte sich beispielsweise durch thermische Einflüsse ändert, inkompressibel sein können. Da diese Effekte in der Praxis meist erheblich kleiner sind als Dichteänderungen auf Grund von Druckänderungen, wird ein Fluid als inkompressibel angesehen, wenn die Dichte entlang jeder Trajektorie konstant ist. Inkompressible Fluide stellen eine Idealisierung dar. Wenn das fluide Medium inkompressibel oder nur sehr gering kompressibel ist, kann einfach im System ein gleichmäßiger Druck über das gesamte System erzeugt werden oder mit anderen Worten ausgedrückt wirkt sich eine Druckänderung dann auch auf das gesamte Hydrauliksystem (hydraulische System) aus.In the hydraulic chamber and additionally or alternatively in the hydraulic system connected hydraulically to the hydraulic chamber, an incompressible fluid medium, ie an incompressible Fluid to be introduced. A fluid whose density does not depend on pressure is said to be incompressible. Conversely, this means that fluids whose density changes, for example due to thermal influences, can be incompressible. Since in practice these effects are usually much smaller than density changes due to pressure changes, a fluid is considered incompressible if the density is constant along each trajectory. Incompressible fluids represent an idealization. If the fluid medium is incompressible or only very slightly compressible, a uniform pressure can easily be generated in the system over the entire system or, to put it another way, a pressure change then also affects the entire hydraulic system (hydraulic system ) the end.
Eine Mehrzahl von hydraulischen Kissen kann über das Hydrauliksystem miteinander verbunden sein. Dabei kann das Hydrauliksystem Rohrleitungen aufweisen, über die das fluide Medium direkt mit der Mehrzahl von hydraulischen Kissen verbunden ist. So sind die hydraulischen Kissen dann analog zum Prinzip der kommunizierenden Röhren miteinander verbunden. In einer alternativen Ausführungsform sind eine Mehrzahl von hydraulischen Systemen über eine Steuerungseinrichtung derart miteinander verbunden, dass jedes der Mehrzahl von Hydrauliksystemen mit einem Drucksensor ausgebildet ist und der Druck des fluiden Mediums einstellbar, beziehungsweise über die Steuerungseinrichtung regelbar ist. So kann dann in jedem der über die Steuerungseinrichtung verbundenen Mehrzahl von Hydrauliksystemen der gleiche oder ein äquivalenter Druck eingestellt werden.A plurality of hydraulic cushions may be interconnected via the hydraulic system. In this case, the hydraulic system can have pipelines via which the fluid medium is connected directly to the plurality of hydraulic cushions. The hydraulic cushions are then connected to one another analogous to the principle of communicating tubes. In an alternative embodiment, a plurality of hydraulic systems are connected to one another via a control device in such a way that each of the plurality of hydraulic systems is designed with a pressure sensor and the pressure of the fluid medium can be set or regulated via the control device. The same or an equivalent pressure can then be set in each of the plurality of hydraulic systems connected via the control device.
Bei dem inkompressiblen fluiden Medium kann es sich um ein Hydrauliköl, Wasser oder um Stäube handeln. Hydrauliköl, allgemein auch als Hydraulikflüssigkeit bezeichnet, ist ein Fluid, das zur Übertragung von Energie (Volumenstrom, Druck) in Hydrauliksystemen verwendet wird. Hydrauliköl kann gute Schmiereigenschaften, eine hohe Alterungsbeständigkeit und ein hohes Benetzungs- und Haftvermögen aufweisen. Eine Verträglichkeit mit Dichtungen sowie eine Harz- und Säurefreiheit ist vorteilhaft. Weitere Eigenschaften sind ein geringer Temperatureinfluss auf die Viskosität (sowohl dynamische als auch kinematische Viskosität), eine geringe Kompressibilität und eine Scherstabilität sowie eine geringe Schaumbildung.The incompressible fluid medium can be hydraulic oil, water or dust. Hydraulic oil, also commonly referred to as hydraulic fluid, is a fluid that is used to transfer energy (volume flow, pressure) in hydraulic systems. Hydraulic oil can have good lubricating properties, high resistance to aging and high wetting and adhesion properties. Compatibility with seals and freedom from resin and acid is advantageous. Further properties are a low temperature influence on the viscosity (both dynamic and kinematic viscosity), low compressibility and shear stability as well as low foaming.
Das inkompressible fluide Medium kann in einem unbelasteten Betriebszustand mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagt sein. So kann eine definierte Kraft auf den Lagerring ausgeübt werden.The incompressible fluid medium can be subjected to a predetermined pressure in an unloaded operating state. In this way, a defined force can be exerted on the bearing ring.
Die Hydraulikkammer kann mit dem Hydrauliksystem über axiale und/oder radiale und/oder schräg verlaufende Bohrungen in den Distanzhülsen verbunden sein. Die Bohrungen können fertigungstechnisch kostengünstig erstellt werden und bilden dann letztlich ein Kanalsystem für das Hydrauliksystem zur Verbindung des zumindest einen Hydraulikkissens mit dem Hydrauliksystem. Das Kanalsystem kann die hydraulische Verbindung zwischen Hydraulikkissen und Hydrauliksystem schaffen.The hydraulic chamber can be connected to the hydraulic system via axial and/or radial and/or oblique bores in the spacer sleeves. The bores can be created inexpensively in terms of production technology and then ultimately form a channel system for the hydraulic system for connecting the at least one hydraulic cushion to the hydraulic system. The channel system can create the hydraulic connection between the hydraulic cushion and the hydraulic system.
Die Lageranordnung kann als Tandemlager beispielsweise für einen Doppelschneckenextruder ausgebildet sein. So kann eine effiziente und kostengünstige Lagerung für den Doppelschneckenextruder erstellt werden. Ein Doppelschneckenextruder kann dabei auch als ein Zweischneckenextruder bezeichnet werden. Bei einer als Tandemlager bezeichneten Lageranordnung kann es sich um ein mehrreihiges Axialzylinderrollenlager handeln, das geringen Außendurchmesser mit einer hohen Tragzahl vereint.The bearing arrangement can be designed as a tandem bearing, for example for a twin-screw extruder. In this way, an efficient and cost-effective bearing for the twin screw extruder can be created. A twin-screw extruder can also be referred to as a twin-screw extruder. A bearing arrangement known as a tandem bearing can be a multi-row axial cylindrical roller bearing that combines a small outside diameter with a high load rating.
So kann die Lageranordnung wenigstens ein zweites Axiallager aufweisen, welches axial über die Distanzhülsen neben dem ersten Axiallager angeordnet ist. Dabei kann das zweite Axiallager analog zu dem bereits beschriebenen ersten Axiallager der Lageranordnung ausgebildet sein. So kann das zweite Axiallager eine Mehrzahl von (zweiten) Wälzkörpern, einen ersten Lagerring, einen zweiten Lagerring, eine erste Distanzhülse, eine zweite Distanzhülse sowie ein zweites hydraulisches Kissen mit einer zweiten Hydraulikkammer aufweisen. Der erste Lagerring des zweiten Axiallagers ist drehbar um die Drehachse der Welle angeordnet. Der erste Lagerring weist eine erste Laufbahn für die Mehrzahl von (zweiten) Wälzkörpern des zweiten Axiallagers auf. Der zweite Lagerring ist entgegengesetzt zu dem ersten Lagerring des zweiten Axiallagers gerichtet und ausgebildet, das zweite Axiallager in der Lageraufnahme zu befestigen und die axialen Druckkräfte an die Lageraufnahme weiterzuleiten. Dabei weist der zweite Lagerring des zweiten Axiallagers eine zweite Laufbahn für die Mehrzahl von (zweiten) Wälzkörpern des zweiten Axiallagers auf. Die Mehrzahl von (zweiten) Wälzkörpern des zweiten Axiallagers ist zwischen dem ersten Lagerring des zweiten Axiallagers und dem zweiten Lagerring des zweiten Axiallagers angeordnet. Die erste Distanzhülse ist auf der Welle anordenbar oder auf der Welle angeordnet. Der erste Lagerring des zweiten Axiallagers ist in oder an einer an der ersten Distanzhülse des zweiten Axiallagers ausgeformten ersten Aufnahme des zweiten Axiallagers angeordnet. Die zweite Distanzhülse liegt an der Lageraufnahme an. Der zweite Lagerring des zweiten Axiallagers ist in oder an einer an der zweiten Distanzhülse des zweiten Axiallagers ausgeformten zweiten Aufnahme angeordnet. Zwischen der ersten Distanzhülse des zweiten Axiallagers und dem ersten Lagerring des zweiten Axiallagers und ergänzend oder alternativ zwischen der zweiten Distanzhülse des zweiten Axiallagers und dem zweiten Lagerring des zweiten Axiallagers ist ein zweites hydraulisches Kissen mit einer zweiten Hydraulikkammer ausgeformt. Die zweite Hydraulikkammer ist hydraulisch mit dem Hydrauliksystem und ergänzend oder alternativ mit der (ersten) Hydraulikkammer des (ersten) Axiallagers verbunden.Thus, the bearing arrangement can have at least one second axial bearing, which is arranged axially via the spacer sleeves next to the first axial bearing. In this case, the second axial bearing can be designed analogously to the first axial bearing of the bearing arrangement already described. The second axial bearing can have a plurality of (second) rolling bodies, a first bearing ring, a second bearing ring, a first spacer sleeve, a second spacer sleeve and a second hydraulic cushion with a second hydraulic chamber. The first bearing ring of the second thrust bearing is arranged to be rotatable about the axis of rotation of the shaft. The first bearing ring has a first raceway for the plurality of (second) rolling elements of the second thrust bearing. The second bearing ring is directed in the opposite direction to the first bearing ring of the second thrust bearing and is designed to fasten the second thrust bearing in the bearing seat and to transfer the axial compressive forces to the bearing seat. In this case, the second bearing ring of the second axial bearing has a second raceway for the plurality of (second) rolling bodies of the second axial bearing. The plurality of (second) rolling elements of the second thrust bearing is arranged between the first bearing ring of the second thrust bearing and the second bearing ring of the second thrust bearing. The first spacer sleeve can be arranged on the shaft or is arranged on the shaft. The first bearing ring of the second axial bearing is arranged in or on a first receptacle of the second axial bearing formed on the first spacer sleeve of the second axial bearing. The second spacer sleeve rests against the bearing mount. The second bearing ring of the second axial bearing is arranged in or on a second receptacle formed on the second spacer sleeve of the second axial bearing. Between the first spacer sleeve of the second axial bearing and the first bearing ring of the second axial bearing and additionally or alternatively A second hydraulic cushion with a second hydraulic chamber is formed between the second spacer sleeve of the second axial bearing and the second bearing ring of the second axial bearing. The second hydraulic chamber is hydraulically connected to the hydraulic system and additionally or alternatively to the (first) hydraulic chamber of the (first) axial bearing.
Die erfinderische Idee lässt sich bereits mit einem Axiallager umsetzen. Wenn eine Mehrzahl von Axiallagern zum Einsatz kommt, ist es sinnvoll, das erste Axiallager auch als solches zu bezeichnen und die Nummerierung nicht erst beim zweiten Axiallager zu beginnen. Wird jedoch nur ein Axiallager verwendet, so wäre die Bezeichnung als erstes Axiallager verwirrend, da man hier ein zweites Axiallager vermuten würde. Somit wird die Nummerierung nur verwendet, wenn die Lageranordnung eine Mehrzahl von Axiallagern aufweist.The inventive idea can already be implemented with an axial bearing. If a plurality of axial bearings are used, it makes sense to designate the first axial bearing as such and not to start numbering with the second axial bearing. However, if only one axial bearing is used, the designation as the first axial bearing would be confusing, since one would assume a second axial bearing here. Thus, the numbering is only used when the bearing assembly includes a plurality of thrust bearings.
Zur Aufnahme von großen axialen Kräften kann es von Vorteil sein, wenn die Lageranordnung eine Vielzahl von (weiteren) Axiallagern aufweist, welche in Serie jeweils axial über die Distanzhülsen neben dem ersten Axiallager beziehungsweise dem vorangegangenen Axiallager angeordnet sind. So kann die Lageranordnung beispielsweise 3, 4, 6 oder 8 Axiallager aufweisen. Es ist aber letztlich jede beliebige Anzahl von Axiallagern in der Lageranordnung realisierbar. So kann die Lageranordnung proportional zu den aufzunehmenden Kräften angepasst werden. Eine derartige Lageranordnung kann auch als Lagerverbund bezeichnet werden.In order to absorb large axial forces, it can be advantageous if the bearing arrangement has a large number of (additional) axial bearings which are each arranged in series axially via the spacer sleeves next to the first axial bearing or the preceding axial bearing. For example, the bearing arrangement can have 3, 4, 6 or 8 thrust bearings. Ultimately, however, any desired number of axial bearings can be implemented in the bearing arrangement. In this way, the bearing arrangement can be adjusted proportionally to the forces to be absorbed. Such a bearing arrangement can also be referred to as a bearing assembly.
Die Lageranordnung kann in einer Ausführungsform eine Messeinrichtung zum Bestimmen eines Drucks des inkompressiblen fluiden Mediums aufweisen. Vorteilhafterweise können durch eine entsprechende Messeinrichtung eine Belastung und/oder ein Zustand der Lageranordnung bestimmt werden. Hierzu kann die Messeinrichtung eine Sensoreinrichtung und eine mit der Sensoreinrichtung verbundene Auswerteeinrichtung aufweisen. Die Sensoreinrichtung kann eingerichtet sein, den Druck des inkompressiblen fluiden Mediums in ein elektrisches Signal zu wandeln. Dabei kann das elektrische Signal ein analoges Signal sein oder ein digitales Signal sein. Wenn das elektrische Signal ein analoges Signal ist, kann ein Stromwert oder ein Spannungswert einen Druckwert repräsentieren. Analog kann der Druckwert in einem digitalen Signal kodiert sein und durch dieses repräsentiert sein.In one embodiment, the bearing arrangement can have a measuring device for determining a pressure of the incompressible fluid medium. A load and/or a state of the bearing arrangement can advantageously be determined by a corresponding measuring device. For this purpose, the measuring device can have a sensor device and an evaluation device connected to the sensor device. The sensor device can be set up to convert the pressure of the incompressible fluid medium into an electrical signal. The electrical signal can be an analog signal or a digital signal. If the electrical signal is an analog signal, a current value or a voltage value can represent a pressure value. Analogously, the pressure value can be encoded in a digital signal and represented by it.
Die erfinderische Idee kann auch in einem Verfahren zum Betreiben einer Lageranordnung umgesetzt sein. Das Verfahren weist einen Schritt des Lagerns einer Welle und einen Schritt des Aufnehmens von auf die Welle wirkenden Axialkräften mittels der Lageranordnung auf. So ist das Verfahren zum Betreiben der Lageranordnung für axial-belastete Anwendungen eingerichtet.The inventive idea can also be implemented in a method for operating a bearing arrangement. The method has a step of mounting a shaft and a step of absorbing axial forces acting on the shaft by means of the bearing arrangement. Thus, the method of operating the bearing assembly is set up for axially loaded applications.
Bei der Welle kann es sich auch um eine Hohlwelle handeln. So kann in einer Ausführungsform die Hohlwelle ein Teil der Lageranordnung sein und eine axial belastete Welle einfach aufnehmen. So kann einfach die Lageranordnung vormontiert werden.The shaft can also be a hollow shaft. In one embodiment, the hollow shaft can be part of the bearing arrangement and can simply accommodate an axially loaded shaft. In this way, the bearing arrangement can be easily preassembled.
Im Schritt des Aufnehmens können axiale Kräfte eines Doppelschneckenextruders mittels der Lageranordnung aufgenommen werden, wie dies bereits oben beschrieben ist.In the absorbing step, axial forces of a twin-screw extruder can be absorbed by means of the bearing arrangement, as has already been described above.
Weiterhin kann das Verfahren einen Schritt des Erfassens und einen Schritt des Bestimmens aufweisen. Im Schritt des Erfassens kann der Druck des inkompressiblen fluiden Mediums erfasst und im Schritt des Bestimmens eine Belastung der Lageranordnung unter Verwendung des erfassten Drucks bestimmt werden. Die Belastung stellt eine Information über den Betriebszustand der Lageranordnung dar. Wenn die Lageranordnung in einem Doppelschneckenextruder verwendet wird, gibt die Belastung auch eine Information über den auf die Schnecke wirkenden Druck und somit über wirkende Kräfte in der Maschine. Dabei können Lastverläufe über die Zeit erstellt werden. So kann im Schritt des Erfassens der Druck über die Zeit erfasst werden, mit anderen Worten ein Druckverlauf erfasst werden. Hierüber können die Belastung über die Zeit und darüber weitere Prozessparameter bestimmt werden, insbesondere, wenn die so erfasste Belastung mit weiteren Messdaten kombiniert wird.Furthermore, the method can have a step of detecting and a step of determining. In the detection step, the pressure of the incompressible fluid medium can be detected and in the determination step, a load on the bearing arrangement can be determined using the detected pressure. The load provides information about the operating condition of the bearing assembly. When the bearing assembly is used in a twin screw extruder, the load also gives information about the pressure acting on the screw and hence about forces acting in the machine. Load curves can be created over time. Thus, in the detection step, the pressure can be detected over time, in other words a pressure curve can be detected. This can be used to determine the load over time and other process parameters, in particular if the load recorded in this way is combined with other measurement data.
Bei der Bestimmung der Belastung ist zu beachten, dass, wie bereits oben ausgeführt, inkompressible Fluide eine Idealisierung darstellen, die viele Berechnungen bei vernachlässigbarem Fehler enorm vereinfachen. Zur Bestimmung der Belastung der Lageranordnung kann es von Vorteil sein, die geringe Kompressibilität des inkompressiblen fluiden Mediums zu berücksichtigen.When determining the load, it should be noted that, as already explained above, incompressible fluids represent an idealization that enormously simplifies many calculations with negligible errors. To determine the load on the bearing arrangement, it can be advantageous to take into account the low compressibility of the incompressible fluid medium.
Mittels der bestimmten Belastung kann ein Zustand der Lageranordnung wie eine Alterung, ein Schaden und ergänzend oder alternativ eine Überlastung bestimmt werden. So kann eine vorausschauende Wartung ermöglicht werden. Hierdurch können Kosten eingespart werden, da die Lageranordnung nicht zu früh gewechselt werden muss oder aber auch rechtzeitig ein Wechsel der Lageranordnung geplant werden kann, um Standzeiten zu vermeiden.A state of the bearing arrangement such as aging, damage and, additionally or alternatively, an overload can be determined by means of the load determined. This enables predictive maintenance. As a result, costs can be saved since the bearing arrangement does not have to be changed too early, or a change in the bearing arrangement can also be planned in good time in order to avoid downtimes.
Im Schritt des Bestimmens können ein Absolutwert des erfassten Drucks, Änderungen des erfassten Drucks über die Zeit, eine Ableitung des erfassten Drucks über die Zeit oder ein Integral über den erfassten Druck über die Zeit ausgewertet werden, um den Zustand zu bestimmen. Dabei können auch mehrere der Auswertungen miteinander kombiniert werden, um den bestimmten Zustand robuster zu bestimmen, diesen zu validieren oder um besondere Aussagen über den Zustand treffen zu können.In the determination step, an absolute value of the detected pressure, changes in the detected pressure over time, a derivative of the detected pressure over time, or an integral can be evaluated over the sensed pressure over time to determine the condition. In this case, several of the evaluations can also be combined with one another in order to determine the specific state more robustly, to validate it or to be able to make specific statements about the state.
Die vorstehenden Erläuterungen betreffend das Verfahren gelten für die Vorrichtung entsprechend und umgekehrt. Die Messeinrichtung und insbesondere die Auswerteeinrichtung der Messeinrichtung kann in einer Komponente oder verteilt in mehreren Komponenten ausgeführt sein. Ferner kann die Messeinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung in einen ASIC oder einer vergleichbaren integrierten Schaltung (µC, FPGA, ...) integriert sein. Unter der Auswerteeinrichtung kann allgemein auch ein Steuergerät verstanden werden. Die hier genannte Auswerteeinrichtung kann insbesondere als eine Prozessoreinheit und/oder eine zumindest teilweise festverdrahtete oder logische Schaltungsanordnung für die messtechnischen Schritte und Schritte zum Auswerten des erfassten Drucks des beschriebenen Verfahrens ausgeführt sein. Besagte Auswerteeinrichtung kann jede Art von Prozessor oder Rechner oder Computer mit entsprechend notwendiger Peripherie (Speicher, Input/Output-Schnittstellen, Ein-Ausgabe-Geräte, etc.) sein oder umfassen.The above explanations regarding the method apply accordingly to the device and vice versa. The measuring device and in particular the evaluation device of the measuring device can be designed in one component or distributed in several components. Furthermore, the measuring device and/or the evaluation device can be integrated into an ASIC or a comparable integrated circuit (μC, FPGA, . . . ). The evaluation device can generally also be understood as a control unit. The evaluation device mentioned here can be designed in particular as a processor unit and/or an at least partially hardwired or logical circuit arrangement for the metrological steps and steps for evaluating the recorded pressure of the method described. Said evaluation device can be or include any type of processor or processor or computer with the necessary peripherals (memory, input/output interfaces, input/output devices, etc.).
Figurenlistecharacter list
Eine derartige Lageranordnung soll im Folgenden mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben werden. Die folgende Beschreibung ist aber als rein beispielhaft anzusehen. Die Erfindung ist allein durch den Gegenstand der Ansprüche bestimmt. Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Lageranordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; -
2a eine Hydraulikkammer in einer Schnittdarstellung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; -
2b die in2a dargestellte Hydraulikkammer in einer um 90° gedrehten Schnittdarstellung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; -
3a einen Ausschnitt einer Lageranordnung in einer Schnittdarstellung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; -
3b die in3a dargestellten Hydraulikkammer in einer um 90° gedrehten Schnittdarstellung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; -
4 eine Detaildarstellung der in3 dargestellten Hydraulikkammer mit einem Expandierblech gemäß dem dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; -
5 eine Detaildarstellung einer Hydraulikkammer mit einem ringförmigen Hydraulikstempel -
6 eine Passhülse für ein Hydrauliksystem einer Lageranordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; -
7a-7c eine Hydraulikkammer mit einem Expandierblech gemäß einem fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; -
8a-8c Varianten von Lageranordnungen mit zumindest zwei Axiallagern gemäß einem sechsten, siebten und achten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und -
9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Lageranordnung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
-
1 a bearing assembly according to a first embodiment of the present invention; -
2a a hydraulic chamber in a sectional view according to a second embodiment of the present invention; -
2 B in the2a hydraulic chamber shown in a 90 ° rotated sectional view according to the second embodiment of the present invention; -
3a a detail of a bearing assembly in a sectional view according to a third embodiment of the present invention; -
3b in the3a illustrated hydraulic chamber in a 90 ° rotated sectional view according to the third embodiment of the present invention; -
4 a detailed representation of the3 illustrated hydraulic chamber with an expanding plate according to the third embodiment of the present invention; -
5 a detailed view of a hydraulic chamber with an annular hydraulic ram -
6 a fitting sleeve for a hydraulic system of a bearing assembly according to a fifth embodiment of the present invention; -
7a-7c a hydraulic chamber with an expanding plate according to a fifth embodiment of the present invention; -
8a-8c Variants of bearing assemblies with at least two axial bearings according to a sixth, seventh and eighth embodiment of the present invention; and -
9 a flowchart of a method for operating a bearing assembly according to embodiments of the present invention.
Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The figures are only schematic representations and only serve to explain the invention. Elements that are the same or have the same effect are provided with the same reference symbols throughout.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Der erste Lagerring 104 ist um eine Drehachse 118 einer Welle 120 drehbar angeordnet. Der erste Lagerring 104 weist eine erste Laufbahn 122 für die Mehrzahl von Wälzkörpern 102 auf. Der zweite Lagerring 106 weist eine zweite Laufbahn 124 für die Mehrzahl von Wälzkörpern 102 auf. Diese zweite Laufbahn 124 ist parallel zur ersten Laufbahn 122 an dem ersten Lagerring 104 angeordnet. Die Wälzkörper 102 sind zwischen dem ersten Lagerring 104 und dem zweiten Lagerring 106 angeordnet. Der zweite Lagerring 106 befindet sich in der Distanzhülse 112. Über diese Distanzhülse 112 werden axiale Druckkräfte F dann in die Lageraufnahme 108 geleitet. Die axiale Kraft F beziehungsweise axiale Druckkraft F symbolisiert die auf die Welle 120 wirkenden axialen Kräfte, welche über das Axiallager 101 an die Lageraufnahme 108 geleitet werden.The
Die erste Distanzhülse 110 ist auf der Welle 120 angeordnet (und mit dieser optional verdrehsicher verbunden, da der Rollwiderstand der Wälzkörper deutlich kleiner ist, als der Gleitwiderstand zwischen Hülse und bspw. Wellenschulter). Die zweite Distanzhülse 112 (beziehungsweise die Distanzhülse mit dem verbundenen Kanalsystem des Hydrauliksystems) liegt an der Lageraufnahme 108 an und ist mit dieser verdrehsicher verbunden. In oder an der ersten Distanzhülse 110 ist eine erste Aufnahme 114 ausgebildet, in oder an der der erste Lagerring 104 angeordnet ist. In oder an der zweiten Distanzhülse 112 ist die zweite Aufnahme ausgeformt, in oder an der der zweite Lagerring 106 angeordnet ist. Zwischen der ersten Distanzhülse 110 und dem ersten Lagerring 104 kann ein hier nicht dargestelltes hydraulisches Kissen mit einer Hydraulikkammer ausgeformt sein, wobei die Hydraulikkammer hydraulisch mit einem Hydrauliksystem verbunden ist. Hier dargestellt ist ein hydraulisches Kissen 126, welches zwischen der zweiten Distanzhülse 112 und dem zweiten Lagerring 106 ausgeformt ist. Das hydraulische Kissen 126 ist, hier nicht dargestellt, mit dem genannten Hydrauliksystem verbunden.The
Hier detailliert beschrieben ist ein Axiallager 101, es sind in
Zum Ausbilden des hydraulischen Kissens 126 ist in der (zweiten) Distanzhülse 112 eine umlaufende Nut 232 ausgeformt, welche fluiddicht mit einem Expandierblech 234 abgedeckt ist. Das Expandierblech 234 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein dünnes Metallblech, welches einfach durch Druckbeaufschlagung mittels des Hydrauliksystems 230 verformbar ist. Das Expandierblech 234 deckt die umlaufende Nut 232 vollständig ab und ist fluiddicht, beispielsweise stoffschlüssig mit der zweiten Distanzhülse 112 an einer Auflage neben der umlaufenden Nut 232 verbunden, wodurch eine fluiddichte Verbindung zwischen Distanzhülse 112 und Expandierblech 234 hergestellt wird und eine umlaufende Hydraulikkammer 236 des hydraulischen Kissens 126 ausgeformt wird.To form the
Wenn der (Innen-)Druck in der Hydraulikkammer 236 über das hydraulische System 230 erhöht wird, wirkt letztlich eine Kraft auf das Expandierblech 234, welches aus Sicht der Hydraulikkammer 236 nach Außen gedrückt wird und sich entsprechend verformt. Man hat hier den Eindruck, als ob ein Kissen entsteht. Das Expandierblech 234 wird gegen den dort angeordneten Lagerring 106 gedrückt und übt auf diesen eine Vorspannung aus, sofern eine Gegenkraft existiert. Dadurch können etwaige Fertigungstoleranzen ausgeglichen und eine definierte Vorspannung eingestellt werden.When the (internal) pressure in the
Die Idee der hier beschriebenen Lageranordnung 100 beruht darauf, dass im Wesentlichen konventionelle Axiallager verwendet werden können, welche aber nicht hochpräzise sein müssen. Jedes Axiallager 101 liegt auf einem hydraulischen Kissen 126. Die einzelnen Hydraulikkammern 236 sind mit einander verbunden. Dabei erfolgt ein Druckausgleich zwischen den einzelnen Hydraulikkammern 236. Der Druckausgleich erfolgt durch ein weitgehend inkompressibles fluides Medium nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren. Vorteilhafterweise wird dazu ein Hydrauliköl eingesetzt. Es wären aber auch beispielsweise Stäube denkbar. Optional kann das System mit Druck vorgespannt werden, sodass vorteilshafterweise die schwimmende Lagerung zusätzlich unterstützt wird.The idea of the
Das Hydrauliksystem erzwingt bei Belastung eine identische Kraftverteilung, da jede Mehrbelastung eines Lagers über das Hydrauliksystem direkt auf die anderen Lager verteilt beziehungsweise ausgeglichen wird.Under load, the hydraulic system forces an identical force distribution, since any additional load on one bearing is distributed or compensated directly to the other bearings via the hydraulic system.
In besonderen Ausführungsbeispielen ist die Anzahl der gestapelten Axiallager 101 quasi beliebig hoch, so dass entsprechend skalierbar hohe Kräfte bei geringem radialem Bauraum aufgenommen werden können. Dabei ist der Einsatz Lage-unabhängig und die Belastung der einzelnen Axiallager 101 kann beidseitig erfolgen.In particular exemplary embodiments, the number of stacked
Optional ist die Belastung der gesamten Lageranordnung 100, auch als Lagerverbund bezeichnet, durch die Messung des hydraulischen Druckes direkt möglich. Vorteilhafterweise können diese Informationen zur Beurteilung der tatsächlichen Krafteinwirkung auf das Lager genutzt werden, um beispielsweise die Lageranordnung 100 im laufenden Betrieb zu überwachen und/oder Überlastungen und/oder Schäden der Lageranordnung 100 frühzeitig zu erkennen und entsprechend gegenwirken zu können.Optionally, the loading of the
Eine derartige Messung kann bereits an einem einzelnen Axiallager vorteilhaft umgesetzt werden, um das Lager zu überwachen und vorausschauende Wartung und dergleichen durchführen zu können. Dies ist also nicht nur für Tandemlager von Vorteil, sondern kann sinnvoll bereits bei einem einzelnen Axiallager 101 umgesetzt werden. Ausreichend hierfür ist ein Axiallager 101 mit einem hydraulischen Kissen 126 und einem daran angeschlossenen Drucksensor.Such a measurement can already be advantageously implemented on a single axial bearing in order to be able to monitor the bearing and carry out predictive maintenance and the like. This is therefore not only advantageous for tandem bearings, but can also be implemented sensibly with a single
Wie bereits dargestellt bietet sich die hier vorgestellte Lageranordnung 101 für jede Anwendung (System) an, bei der (hohe) Axialkräfte - bei geringem radialem - Bauraum aufgenommen werden müssen. Hierzu zählen insbesondere Doppelschneckenextruder, aber auch verschiedene Einschneckenextruder, Spritzguss- und Werkzeugmaschinen, aber auch beispielsweise Anwendungen im Schiffbau, Turbinenbau oder Bergbau.As already shown, the
Das Prinzip des hydraulischen Kissens 126 kann sowohl in der an der Welle 120 angeordneten ersten Distanzhülse 110 als auch in der an der Lageraufnahme 108 (oder Nabe oder Gehäuse) angeordneten zweiten Distanzhülse 112 realisiert werden. Technisch scheint nach ersten Versuchen eine Umsetzung in der zweiten Distanzhülse 112 sinnvoller, ist aber auch von der Umsetzbarkeit des hydraulischen Systems 230 abhängig. In besonderen Fällen kann auch auf beiden Seiten ein hydraulisches System 230 mit hydraulischem Kissen 126 vorgesehen sein. The principle of the
Der gegenüberliegende Kanal beziehungsweise allgemein weitere Kanäle sind optional, können aber insbesondere das Befüllen mit einem Fluid vereinfachen.The opposite channel or, in general, further channels are optional, but can in particular simplify filling with a fluid.
Die hier beschriebene Lageranordnung 100 kann optional mit Radiallagern 860 kombiniert werden. Um die Idee aufrecht zu erhalten, dass eine Mehrzahl von Axiallagern 101 über die hydraulischen Kissen 126 eine gleichmäßige Kraftverteilung über die Mehrzahl von Lagern schaffen, ist es wichtig, dass auch beim Einsatz von zusätzlichen Radiallagern 860 das hydraulische System 230 der einzelnen Axiallager 101 miteinander verbunden ist. In
Mit anderen Worten kann die Rohrleitung 228 beispielsweise durch eine Bohrung oder durch einen außen liegenden Kanal umgesetzt werden. Der äußere Kanal wäre dann anschließend noch luft- und druckdicht zu verschließen. Auch ein innen liegender Kanal ist denkbar, erscheint aber weniger vorteilhaft. Alternativ kann jede Distanzhülse auch Hydraulikanschlüsse haben und die Kopplung über Schläuche und Rohre erfolgen, oder wie beschrieben auch elektrisch über eine entsprechende Steuer- und Regelungseinrichtung. Die einzelnen Kanäle, beziehungsweise Rohrleitungen 228, müssen an den Stirnflächen verbunden beziehungsweise gefügt werden, dies kann Stoffschlüssig - beispielsweise Schweißen, Löten, Kleben,... - Formschlüssig - beispielsweise Passhülsen, Passgeometrie, ... - oder Kraftschlüssigbeispielsweise Überwurfmuttern, Verschraubungen - realisiert werden, wobei auch eine Kombination möglich ist.In other words, the
Das Expandierblech 234 kann eben, konvex oder konkav (ungünstiger) ausgebildet sein. Eventuell ist auch kein Metallblech erforderlich. Es kommt hier auf die expandierende Fläche an. So ist auch ein Rohr in Ringform mit einer hydraulischen Verbindung, auf der das Axiallager liegt, denkbar.The
Die Kraftaufnahme kann also nicht nur in eine Richtung erfolgen, sondern auch zweiseitig. Das Hydrauliksystem für die Aufnahme der Kräfte der einen Seite kann mit dem Hydrauliksystem der anderen Seite verbunden sein. Die Verbindung ist jedoch nicht notwendig. Beide Varianten haben entsprechende Vor- und Nachteile.The force absorption can therefore not only take place in one direction, but also in two directions. The hydraulic system for absorbing the forces on one side can be connected to the hydraulic system on the other side. However, the connection is not necessary. Both variants have corresponding advantages and disadvantages.
Der in
Die hier gezeigte und beschriebene Lageranordnung 100 weist einige Vorteile auf. So können die Kosten gegenüber konventionellen Tandemlagern sinken. Die Lebensdauer steigt tendenziell durch die gleichmäßige Belastung der einzelnen Axiallager. Dadurch verringert sich auch der Verschleiß.The bearing
Durch eine optionale Druckmessung kann die Lageranordnung 100 überwacht werden, wodurch die Standzeiten erhöht werden können und Stillstandszeiten verringert werden können.The
Die geringeren Massen im Vergleich zu konventionellen größeren Axiallagern wirken sich positiv auf Montage und Demontage, Materialkosten sowie Lagerkosten aus.The lower masses compared to conventional, larger axial bearings have a positive effect on assembly and disassembly, material costs and storage costs.
Optional werden im Schritt 52 des Aufnehmens axiale Kräfte eines Doppelschneckenextruders mittels der Lageranordnung aufgenommen werden.Optionally, in step 52 of absorbing, axial forces of a twin-screw extruder are absorbed by means of the bearing arrangement.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren einen Schritt S3 des Erfassens des Drucks des inkompressiblen fluiden Mediums und einen Schritt S4 des Bestimmens einer Belastung des Lagerverbundes unter Verwendung des erfassten Drucks auf. Die so bestimmte Belastung ist letztlich eine Information über den Betriebszustand und damit bei Einsatz in einem Doppelschneckenextruder beispielsweise der auf die Schnecke wirkende Druck, d.h. wirkende Kraft; bei einer Erfassung und Bestimmung über einen Zeitraum sind somit Lastverläufe über die Zeit ermittelbar.In one exemplary embodiment, the method has a step S3 of detecting the pressure of the incompressible fluid medium and a step S4 of determining a load on the bearing assembly using the detected pressure. The load determined in this way is ultimately information about the operating status and thus, when used in a twin-screw extruder, for example, the pressure acting on the screw, i.e. the force acting; in the case of a detection and determination over a period of time, load curves can thus be determined over time.
Optional kann im Schritt S3 des Erfassens die Belastung über die Zeit erfasst werden. Mittels der bestimmten Belastung kann ein Zustand der Lageranordnung wie eine Alterung und/oder ein Schaden und/oder eine Überlastung, insbesondere für eine vorausschauende Wartung, bestimmt werden.Optionally, the load can be recorded over time in step S3 of recording. A state of the bearing arrangement, such as aging and/or damage and/or overloading, in particular for predictive maintenance, can be determined by means of the load determined.
Optional wird im Schritt S4 des Bestimmens ein Absolutwert des erfassten Drucks und/oder Änderungen über die Zeit des erfassten Drucks und/oder ein Integral über den erfassten Druck über die Zeit ausgewertet, um den Zustand zu bestimmen.Optionally, in step S4 of determination, an absolute value of the detected pressure and/or changes over time in the detected pressure and/or an integral over the detected pressure over time are evaluated in order to determine the state.
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- Lageranordnungbearing arrangement
- 101101
- Axiallagerthrust bearing
- 102102
- Wälzkörperrolling elements
- 104104
- erster Lagerringfirst bearing ring
- 106106
- zweiter Lagerringsecond bearing ring
- 108108
- Lageraufnahmestock pick-up
- 110110
- erste Distanzhülsefirst spacer
- 112112
- zweite Distanzhülsesecond spacer sleeve
- 114114
- erste Aufnahmefirst shot
- 116116
- zweite Aufnahmesecond recording
- 118118
- Drehachseaxis of rotation
- 120120
- Wellewave
- 122122
- erste Laufbahnfirst career
- 124124
- zweite Laufbahnsecond career
- 126126
- hydraulisches Kissenhydraulic cushion
- 228228
- Rohrleitungpipeline
- 230230
- Hydrauliksystem, hydraulisches SystemHydraulic system, hydraulic system
- 232232
- umlaufende Nutcircumferential groove
- 234234
- Expandierblechexpanding sheet
- 236236
- Hydraulikkammerhydraulic chamber
- 540540
- Hydraulikstempelhydraulic ram
- 542542
- Dichtungpoetry
- 650650
- Passhülsefitting sleeve
- 652652
- Bohrungdrilling
- 860860
- Radiallagerradial bearing
- 862862
- Bypassbypass
- 864864
- Verbindungselementfastener
- 866866
- Distanzstückspacer
- Ff
- axiale Kraftaxial force
Claims (15)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102020110360.3A DE102020110360B4 (en) | 2020-04-16 | 2020-04-16 | Bearing arrangement and method for operating a bearing arrangement |
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