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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lageranordnung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die axiale Belastbarkeit von Wälzlagern hängt von dem Lagerkontaktwinkel und der Art, der Größe und der Anzahl der Wälzkörper ab. Lager können auch hintereinander angeordnet sein, um die Gesamtbelastbarkeit zu erhöhen. Der Kontaktwinkel ist als der Innenkontaktwinkel in dem Lager definiert. Je größer der Kontaktwinkel ist, desto höher ist die axiale Belastbarkeit.
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Bei hohen Geschwindigkeiten erzeugen Zentrifugalkräfte auf den Wälzkörpern eine induzierte axiale Kraft, die auf die Welle in der entgegengesetzten Richtung zu der äußeren Kraft wirkt. Je größer der Kontaktwinkel ist, desto größer ist die induzierte Kraft. Wenn die induzierte Kraft größer als die äußere Kraft ist, wird dies in einer axialen Verschiebung der Welle in der Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der äußeren Kraft resultieren. Dies muss vermieden werden. Dies kann beispielsweise in Schraubenkompressoren eintreten, bei denen die äußere Kraft klein beim Anlaufen ist. Die Verschiebung kann begrenzt werden, indem ein Unterstützungslager verwendet wird, das der Verschiebung entgegenwirkt, aber ein Unterstützungslager wird zusätzlich zu der äußeren Kraft eine Kraft auf das (die) Axiallager induzieren und eine Reibungswärme erhöhen. Dies erhöht die Belastung auf die Axiallager und reduziert die Lebensdauer. Um eine induzierte Kraft zu reduzieren oder zu eliminieren, kann ein Ausgleichskolben verwendet werden, um eine Kraft in entgegengesetzter Richtung zu der induzierten Kraft bereitzustellen.
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Jedoch ist es gleichzeitig notwendig, eine Schmierung und Kühlung des Lagers vorzusehen, um Schäden aufgrund hoher Temperatur und ungeeignet geschmierter Lager zu vermeiden. Ein großer Kontaktwinkel, eine hohe Geschwindigkeit und eine große Lageraxialkraft erzeugen alle mehr Reibung und Reibungswärme. Um eine Lageranordnung bereitzustellen, die bei einer hohen Geschwindigkeit mit großer Kraft arbeiten kann, ist es notwendig, Axiallager mit einem großem Kontaktwinkel zu haben, und eine effektive Schmierung und Kühlung zu haben, um die Wärme zu entfernen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lageranordnung mit einem Ausgleichskolben bereitzustellen, sodass die Lageranordnung einfach geschmiert werden könnte.
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Diese Aufgabe wird durch die Lageranordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Die Lageranordnung weist zumindest zwei Lager auf, wobei jedes einen Innenring und einen Außenring hat, wobei die Innenringe der zumindest zwei Lager auf einer Welle montiert sind. Die Lager können irgendeine Art von Lager sein, beispielsweise Kugellager, Rollenlager, Kegelrollenlager oder ähnliches.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann eines der zumindest zwei Lager ein Axiallager sein und das andere Lager kann ein Vierpunktkugellager sein. Ein Vierpunktkugellager ist ein einreihiges Schrägkugellager mit Laufbahnen, die dazu ausgebildet sind, axiale Belastungen in beiden Richtungen aufzunehmen. Für eine gegebene axiale Belastung kann auch eine begrenzte radiale Belastung aufgenommen werden. Axiallager sind dazu ausgebildet, nur axiale Belastungen aufzunehmen. Das Axiallager kann ein Kegelrollenlager oder ein Schrägkugellager sein. Das Axiallager kann auch eine Kombination von einem oder mehreren Kegelrollenlagern oder Schrägkugellagern oder eine Kombination von Kegelrollenlagern und Schrägkugellagern sein.
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Um die Axiallager vor und während des Anlaufens sitzend zu halten oder um eine axiale Verschiebung der Welle zu vermeiden, die beispielsweise während des Anlaufens, wie oben erläutert, auftreten kann, weist die Lageranordnung eine Feder auf, die mit einem Ausgleichskolben zusammenwirkt, der zwischen den zwei Lagern angeordnet ist. Der Ausgleichskolben weist einen ersten Teil und einen zweiten Teil auf, wobei der erste Teil und der zweite Teil die Außenringe der zwei Lager in einer axialen Richtung kontaktieren, wobei der Ausgleichskolben des Weiteren einen Einlass aufweist, um ein Druckfluid zwischen den ersten Teil und den zweiten Teil zu leiten, um einen Druck auf den ersten Teil und den zweiten Teil bereitzustellen, und wobei der Ausgleichskolben dazu ausgebildet ist, eine axiale Kraft auf zumindest eines der zwei Lager anzupassen.
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Indem ein Vierpunktkugellager als Unterstützungslager in Kombination mit einem Ausgleichskolben und Federn verwendet wird, ist es möglich, eine Federkraft durch das Unterstützungslager zu erzeugen, in der Richtung der äußeren Kraft beim Anlaufen, und dann durch den Ausgleichskolben eine Kraft in der entgegengesetzten Richtung im stationären Betrieb zu erzeugen. Wenn der Ausgleichskolben betätigt ist, komprimiert er zuerst leicht die Federn, übt dann eine Kraft auf die Welle entgegengesetzt zu der äußeren Kraft auf. Auf diese Weise wird (werden) das (die) Axiallager beim Anlaufen durch die Federkraft gesetzt und dann wird, im stationären Zustand, die Kolbenkraft der äußeren Kraft entgegenwirken, wodurch die Kraft auf das (die) Axiallager in stationären Zuständen reduziert wird.
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Für diesen Zweck übt der Ausgleichskolben eine axiale Kraft über den ersten Teil und den zweiten Teil durch eines der Lager, z.B. das Vierpunktkugellager, in der entgegengesetzten Richtung zu der Federvorspannung aus. Der erste Teil und der zweite Teil des Ausgleichskolbens werden durch das Druckfluid auseinander gedrückt, wodurch eine axiale Kraft bereitgestellt wird, die die Kraft auf die Axiallager reduziert. Da die wirkende Kraft des Ausgleichskolbens der Federkraft und der äußeren Kraft entgegenwirkt, passt die wirkende Kraft des Ausgleichskolbens die axiale Kraft auf zumindest eines der zwei Axiallager an. Die axiale Kraft auf zumindest eines der zwei Axiallager ist die Summe der äußeren Kraft, der Federkraft/-vorspannung und der wirkenden Kraft des Ausgleichskolbens.
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Um eine Schmierung der Lageranordnung, insbesondere für das Vierpunktkugellager, zusätzlich zu der Anpassung der axialen Kraft bereitzustellen, weist der Ausgleichskolben einen Auslass zum Leiten des Druckfluids als Schmiermittel zu zumindest einem der zwei Lager auf. Somit kann das Druckfluid zum Bereitstellen eines Drucks, um die axiale Kraft anzupassen, indem die Kraft auf die Axiallager reduziert wird, und gleichzeitig zum Schmieren des Vierpunktkugellagers verwendet werden. Zusätzlich Elemente zur Schmierung dieses Lagers können weggelassen werden.
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Der Auslass zum Leiten des Druckfluids als Schmiermittel zu zumindest einem der zwei Lager kann durch einen Spalt zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil des Ausgleichskolbens bereitgestellt werden. Zusätzlich, beispielsweise wenn die Schmierung über diesen Spalt nicht ausreichend ist, kann der erste Teil des Ausgleichskolbens eine Öffnung aufweisen, die sich zu einem der Vierpunktkugellager öffnet. Alternativ oder zusätzlich kann das Lager über die Welle und einen Innenringabstandshalter geschmiert werden. Das Schmiermittel kann zur Kühlung und zur Schmierung des Vierpunktkugellagers verwendet werden.
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Es sollte beachtet werden, dass die Schmierung über den Ausgleichskolben auch zusätzlich zu einer anderen Schmierung, beispielsweise über einen Innenringabstandshalter, vorgesehen sein kann oder eine solche Schmierung unterstützen kann.
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Der Einlass des Ausgleichskolbens kann mit einer äußeren Druckfluidversorgung gekoppelt sein, oder in dem Fall eines Schraubenkompressors mit dem Förderdruck des Kompressors gekoppelt sein. Das Druckfluid kann beispielsweise ein Öl oder ein Hydraulikfluid sein, das auch als Schmiermittel dienen kann. Der Einlass kann beispielsweise eine Öffnung in dem Ausgleichskolben in einer radialen Richtung der Lageranordnung sein.
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Gemäß einer Ausführungsform bilden der erste Teil und der zweite Teil des Ausgleichskolbens eine ringförmige Kolben-Zylinder-Vorrichtung. Beide Teile können ringförmig gebildet sein. Insbesondere kann eine effektive axiale Druckfläche der ringförmigen Kolben-Zylinder-Vorrichtung größer als eine axiale Seitenfläche der Außenringe sein, kann beispielsweise um einen Faktor von 1,5 - 3, vorzugsweise 2 - 2,5 größer sein. Somit kann die Fläche des Ausgleichskolbens, die gegen die Fläche der Außenringfläche drückt, größer sein, was zu einer guten Übertragung des Drucks von dem Ausgleichkolben zu dem Außenring führt. Insbesondere ist der Außendurchmesser des Ausgleichskolbens zumindest 5 % größer als der Außendurchmesser des Vierpunktlager. Mit einem solchen vergrößerten Kolbenbereich kann die Kolbenkraft für einen gegebenen Druck erhöht werden und kann daher in einer größeren Ausgleichskraft resultieren.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Lageranordnung Axiallager, einen Ausgleichskolben und ein Vierpunktkugellager auf, wobei der Außendurchmesser des Ausgleichskolbens zumindest 5 % größer als der Außendurchmesser des Vierpunktkugellagers ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Außendurchmesser des Ausgleichskolbens größer als der Außendurchmesser der Außenringe der Lager, und ein Innendurchmesser des Ausgleichskolbens ist kleiner als ein Innendurchmesser der Außenringe der Lager. Somit liegt die resultierende Kraft von dem Kolbendruck auf einer Linie mit der Kontaktkraft auf den Vierpunktkugellageraußenring. Diese Abmessungen des Ausgleichskolbens können sicherstellen, dass der Ausgleichkolben, insbesondere der erste Teil, der den Vierpunktkugellageraußenring kontaktiert, nicht dazu neigt, sich zu verformen. Ein Verformen des Kolbens kann bewirken, dass er sich verklemmt. Zusätzlich könnte ein Verformen auch einen negativen Einfluss auf das kontaktierende Lager haben, wenn der Ausgleichskolben die Außenringe in nur einem kleinen Bereich berührt. Wenn die resultierende Kraft von dem Kolbendruck nicht auf einer Linie mit der Kontaktkraft auf den Vierpunktkugellageraußenring liegt, kann der Druck nicht gleichmäßig verteilt sein. In einem solchen Fall kann die resultierende Kraft von dem Kolbendruck mit der Kontaktkraft auf den Lagerau-ßenring versetzt sein. Dies kann ein Kippmoment erzeugen, das den Kolben verformt. Aufgrund der Abmessungen des Ausgleichskolbens bezüglich der Abmessungen des Lageraußenrings, wie oben beschrieben, kann der Druck gleichmäßig verteilt werden und das Risiko einer Verformung wird reduziert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Kontaktfläche des Ausgleichskolbens mit einem Bereich des Außenrings des Vierpunktkugellagers konvex sein. Dies erlaubt, dass der Kontaktpunkt der Ausgleichskolbenkraft in dem Fall einer Verformung im Wesentlichen unverändert bleibt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Lageranordnung einen axialen Einlass zum Bereitstellen eines Schmiermittels an die Lageranordnung und einen axialen Auslass zum Abführen von Schmiermittel aus der Lageranordnung auf. Das Schmiermittel kann gleichzeitig zum Schmieren der Lager und zum Kühlen der Lager verwendet werden. Der axiale Einlass kann an einer axialen Seite der Lageranordnung angeordnet sein und der axiale radiale Auslass kann an der entgegengesetzten Seite der Lageranordnung angeordnet sein. Somit kann das Schmiermittel jedem Lager, durch die gesamte Lageranordnung hindurch, individuell zugeführt werden, was eine Schmierung aller Lager bereitstellt.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Lageranordnung zumindest drei Lager auf. In diesem Fall kann ein, beispielsweise im Wesentlichen radialer, Einlass zumindest zwischen den Innenringen der zwei Lager angeordnet sein, um Schmiermittel an die Lager bereitzustellen. Ein solcher Einlass kann mit einem axialen Loch der Welle koppelbar sein, um Schmiermittel an die Lager bereitzustellen. Die Welle kann als eine Hohlwelle ausgebildet sein. Die Welle kann eine oder mehrere radiale, oder im Wesentlichen radiale, Öffnung(en) aufweisen, die mit dem Einlass zwischen den Innenringen der Lager zum Bereitstellen von Schmiermittel an die Lager gekoppelt sein kann (können). Alternativ kann der Einlass mit einem externen Schmiermittelreservoir außerhalb der Lageranordnung koppelbar sein. Des Weiteren kann ein Abstandshalter zwischen den Außenringen und/oder den Innenringen der zwei Lager angeordnet sein und der Einlass kann in dem Abstandshalter angeordnet sein.
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Zum Abführen des Schmiermittels aus der Lageranordnung kann ein Auslass zumindest zwischen den Außenringen der zwei Lager angeordnet sein. Somit kann das Schmiermittel über den Einlass (die Einlässe) zugeführt werden und kann über den Auslass (die Auslässe) abgeführt werden, sodass es einen Schmiermittelfluss durch die Lager gibt, was die Schmierung und Kühlung verbessert. Wie der Einlass kann ein solcher Auslass auch in einem Abstandshalter angeordnet sein.
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Insbesondere kann jedes Lager über individuelle Einlässe und Auslässe für maximale Kühl- und Schmierbedingungen geschmiert werden. Der Schmiermittelflusspfad kann durch die Mitte der Welle und durch radiale Löcher in der Welle und Einlässe zu den Axiallagern an einer Seite sein und das Schmiermittel kann an der anderen Seite abgeführt werden, wobei jedes Axiallager einen separaten Flusspfad hat und die Flussrichtung in der Pumprichtung des Lagers ist. In anderen Worten ist der Schmiermittelflusspfad von der radialen Innenseite zu der radialen Außenseite der Lageranordnung. Das Schmiermittel von jedem Lager kann in einen Raum zwischen den Lageraußendurchmessern und dem Gehäuse abgeführt werden. Das Schmiermittel kann dann von diesem Raum, vorzugsweise über einen gemeinsamen Auslass, abgeführt werden.
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Das Schmiermittel kann gleichzeitig zum Kühlen sowie zur Schmierung verwendet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die (Hohl-)Welle an einem Ende mit einem Ring geschlossen, wobei der Ring einen Einlass bereitstellt, der mit einer externen Schmierversorgung koppelbar ist. Zusätzlich kann der Ring sicherstellen, dass das Schmiermittel nicht zurückfließt.
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Durch die hierin vorgeschlagene Lageranordnung ist es möglich, eine Kombination einer guten Kühlung und Schmierung sowie Axiallager mit hoher axialer Belastbarkeit, die eine hohe Belastbarkeit bei hoher Geschwindigkeit erlaubt, bereitzustellen.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der Beschreibung und den Figuren definiert. Dabei können Elemente, die in Kombination mit anderen Elementen beschrieben oder gezeigt sind, allein oder in Kombination mit anderen Elementen vorhanden sein, ohne von dem Schutzumfang abzuweichen.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei die Zeichnungen nur beispielhaft sind und nicht dazu gedacht sind, den Schutzumfang zu begrenzen. Der Schutzumfang ist nur durch die begleitenden Ansprüche definiert.
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Die Figuren zeigen:
- 1: eine schematische Schnittansicht eines Teils einer Lageranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 2: eine schematische Schnittansicht der gesamten Lageranordnung von 1;
- 3: eine schematische Schnittansicht einer Lageranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
- 4: eine schematische Schnittansicht einer Lageranordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, einschließlich der Kräfte in der Lageranordnung während des Anlaufens;
- 5: die schematische Schnittansicht der Lageranordnung von 4, einschließlich der Kräfte in der Lageranordnung während des stationären Zustands; und
- 6: eine schematische Schnittansicht eines Teils einer Lageranordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
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Im Folgenden werden gleiche oder ähnlich wirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen angegeben.
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1 zeigt einen Abschnitt einer Lageranordnung 1, die durch zwei Lager 2, 4 dargestellt ist. Zwischen den zwei Lagern 2, 4 ist ein Ausgleichskolben 6 angeordnet.
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Das Lager 2 ist ein Vierpunktkugellager mit einem Innenring 8, einem Außenring 10 und einem Wälzkörper 12, der eine Kugel ist. Das Lager 2 kann axiale Belastungen in beiden Richtungen aufnehmen und kann auch eine begrenzte radiale Belastung aufnehmen.
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Das Lager 4 ist ein Axiallager mit einem Innenring 14, einem Außenring 16 und einem Wälzkörper 18, in diesem Fall einer Kugel. Das Lager 4 nimmt in dieser Ausführungsform nur axiale Belastungen auf. Das Lager 2 und das Lager 4 sind durch einen Abstandshalter 20 an ihren Innenringen 8, 14 getrennt.
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Um die Kräfte auf die Lager 4 zu reduzieren, weist die Lageranordnung 1 den Ausgleichskolben 6 auf. Der Ausgleichskolben 6 weist einen ersten Teil 22 und einen zweiten Teil 24 auf. Der erste Teil 22 und der zweite Teil 24 kontaktieren die Außenringe 10, 16 der zwei Lager 2, 4 in einer axialen Richtung. Der Ausgleichskolben 6 weist des Weiteren einen Einlass 25 auf, der mit einer externen Druckfluidversorgung gekoppelt sein kann. Der Einlass 25 wird verwendet, um ein Druckfluid zwischen den ersten Teil 22 und den zweiten Teil 24 zu leiten, um einen Druck auf den ersten Teil 22 und den zweiten Teil 24 bereitzustellen.
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Ein Federelement 30 kann verwendet werden, um eine axiale Federkraft auf das Lager 2 vor und während des Anlaufens bereitzustellen (d. h. eine Vorspannung zu erzeugen). Der Zweck der Federvorspannung ist es, das Axiallager 4 gesetzt zu halten. Jedoch wird bei in stationären Betriebszuständen eine axiale Kraft durch das (die) Axiallager aufgrund von Zentrifugalkräften induziert. Der induzierten Kraft wird durch die Federkraft und eine äußere Kraft, die dieselbe Richtung wie die Federkraft hat, entgegengewirkt. Dies bedeutet, dass die Kraft in dem Axiallager (den Axiallagern) hoch ist. Der Ausgleichskolben 6 kann verwendet werden, um der Federkraft durch Komprimieren der Feder entgegenzuwirken, d. h. die Federkraft zu eliminieren oder auszulöschen. Für diesen Zweck übt der Ausgleichskolben 6 eine axiale Kraft über den ersten Teil 22 und den zweiten Teil 26 auf das Lager 2 aus. Diese axiale Kraft wirkt in der entgegengesetzten Richtung zu der Federvorspannkraft. Die Ausgleichskolbenkraft übt auch eine Kraft auf das Vierpunktkugellager in der Richtung entgegengesetzt zu der äußeren Kraft aus, die auf die Welle durch das Vierpunktkugellager übertragen wird, was die Kraft auf das (die) Axiallager reduziert und daher die Lebensdauer des Axiallagers (der Axiallager) verlängert. Der erste Teil 22 und der zweite Teil 24 des Ausgleichskolbens 6 werden durch das Druckfluid auseinandergedrückt, wodurch die axiale Kraft auf das Vierpunktkugellager ausgeübt wird. Dies wird auch unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben.
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Um eine Schmierung und Kühlung des Lagers 2 bereitzustellen, weist der Ausgleichskolben 6 einen Auslass 26 zum Leiten des Druckfluids als Schmiermittel zu dem Lager 2 auf. Der Schmiermittelfluss ist durch den Pfeil 28 dargestellt. Somit kann das Druckfluid zwei Funktionalitäten bereitstellen, Bereitstellen eines Drucks zum Anpassen der axialen Kraft, die auf das Lager 4 wirkt (was eine Summe der äußeren Kraft, der Federvorspannung und der Kraft des Ausgleichskolbens ist) und gleichzeitig Schmieren und Kühlen des Lagers 2.
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Das Lager 4 kann von dem Ausgleichskolben 6 durch einen Abstandshalter 32 beabstandet sein. Der Abstandshalter 32 kann einen Auslass zum Abführen von Schmiermittel aus dem Lager 4 aufweisen, wobei der Fluss von diesem durch den Pfeil 36 dargestellt ist. Das Schmiermittel für das Lager 4 kann über unterschiedliche Öffnungen zugeführt werden, was in den folgenden Figuren erklärt wird. Die Schmierung des Lagers 4 ist getrennt von dem Lager 2, da das Lager 2 lediglich über den Ausgleichskolben 6 und das Druckfluid geschmiert wird.
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Alternativ kann das Lager 2 auch durch ein radiales Loch in dem Abstandshalter 20 geschmiert werden. Dies kann notwendig sein, wenn eine separate Schmiermittelpumpe in einem Vor-Schmierzyklus, vor dem Anlaufen, verwendet wird, da der Kolben 6 vor dem Anlaufen nicht betätigt werden muss.
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2 zeigt die gesamte Lageranordnung 1 von 1, und mit zwei Axiallagern 4, 38 hintereinander. Wie gesehen werden kann, weist die Lageranordnung 1 vier Lager auf: das Vierpunktkugellager 2, das Axiallager 4, ein zweites Axiallager 38 und ein Zylinderrollenlager 56.
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Das zweite Axiallager 38 weist einen Innenring 40, einen Außenring 42 und einen Wälzkörper 44, in diesem Fall eine Kugel, auf. Die Lager 2, 4 und 38 sind in einem Gehäuse 46 angeordnet.
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Das Lager 56 ist ein Zylinderrollenlager, das radiale Belastungen aufnimmt und einen Innenring 58, einen Außenring 60 und Zylinderrollenelemente 60 aufweist, die zwischen den Ringen 58, 60 angeordnet sind. Die Innenringe 40 und 58 der Lager 38 und 56 sind durch einen Abstandshalter 54 getrennt. Die radiale Belastung wird durch das Gehäuse 46 hindurch übertragen. Der Außenring 60 kontaktiert das Gehäuse 46. Die anderen Lager 2, 4, 38 nehmen nur axiale Belastungen auf und haben einen Spalt 47 zwischen den Außenringen 10, 16, 42 und dem Gehäuse 46, was sie daran hindert, radiale Belastungen aufzunehmen.
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Die Außenringe 42 und 60 der Lager 38 und 56 sind durch einen Abstandshalter 48 getrennt. In dieser Ausführungsform weist der Abstandshalter 48 eine Öffnung 50 auf, die als ein radialer Einlass zum Zuführen von Schmiermittel in die Lager 56, 38, 4 wirkt. Der Abstandshalter weist auch eine radiale Öffnung 52 auf, die sich in Richtung der Lager 38, 4 und in Richtung des Lagers 56 öffnet. Der Fluss des Schmiermittels ist durch den Pfeil dargestellt, beginnend bei dem Einlass 50 und durch den Auslass 52 zu dem Lager 56 und durch die Lager 38 und 4 fließend, die Lageranordnung 1 über den Abstandshalter 32 mit dem Auslass 34 verlassend. In diesem Fall wird das Lager 4 mit Schmiermittel geschmiert, das das Lager 38 passiert hat. Dies kann zur Schmierung und Kühlung des Lagers 4 ausreichend sein, da beide Lager 38 und 4 Kugellager sind, die weniger Reibungswärme als Rollenlager erzeugen. Somit wird in dieser Ausführungsform die Lageranordnung 1 von der radial äußeren Seite der Lageranordnung 1 geschmiert. Der Einlass 50 kann mit einem externen Schmiermittelreservoir (nicht gezeigt) gekoppelt sein.
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3 zeigt eine andere Ausführungsform der Lageranordnung 1. In diesem Fall umfasst die Lageranordnung 1 das Lager 2 von 1 und 2, das Lager 56 von 2 und zwei Lagerpaare hintereinander, wobei jedes Paar aus den Lagern 4 und 38 von 2 besteht.
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In diesem Fall wird die Schmierung der Lager 4, 38 und 56 von der radial inneren Seite der Lageranordnung 1 ausgeführt, d. h. von der Seite einer Welle 64. Für diesen Zweck ist die Welle 64 als eine Hohlwelle mit einem Mittelloch 66 ausgebildet. Von diesem Loch 66 führen radiale Auslässe 68 zu Einlässen 72 der Abstandshalter 54 zwischen den Innenringen 40 und 14 und 40 und 58. Die Abstandshalter 32, 74 weisen in dieser Ausführungsform Auslässe 34, 74 zum Verteilen von Schmiermittel von der Lageranordnung 1 auf. Somit ist der Schmiermittelfluss wie folgt (dargestellt durch die Pfeile): von dem Mittelloch 66 der Welle 64 durch die Öffnungen 68 über die Einlässe 72 in die Lager 4, 38 und 4, 38 und 56 und dann über die Auslässe 34, 74 zu der Außenseite der Lageranordnung 1. Da es einen Schmiermittelfluss gibt, der neues, frisches Schmiermittel durch die Lager transportiert, kann die Schmierung verbessert werden.
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Um einen Rückfluss von Schmiermittel von dem Mittelloch 66 der Welle 64 zu verhindern, kann die Welle 64, d. h. das Mittelloch 66, mit einem Ring 70 geschlossen werden. Das Schmiermittel wird in die Welle durch den Ring 70 gesprüht.
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4 zeigt eine andere Ausführungsform der Lageranordnung 1. In dieser Ausführungsform sind die Lager 4 und 38 nicht zwei Kugelaxiallager, sondern zwei Kegelrollenlager 4, 38. Im Gegensatz zu den Ausführungsformen von 1 bis 3 ist der zweite Teil 24 des Ausgleichskolbens 6 an dem Außendurchmesser breiter, wobei die größere Breite benötigt wird, um den Raum zwischen den Außenringen der Lager auszugleichen.
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Wie in 4 gezeigt ist, ist in einer ersten Betriebsstufe, d. h. beispielsweise während des Anlaufens, eine äußere Kraft 76 beim Anlaufen null und erhöht sich graduell mit ansteigender Geschwindigkeit. Diese äußere Kraft wird durch eine Federkraft 80 durch das Unterstützungslager 2 in der Richtung der äußeren Kraft 76 beim Anlaufen erhöht, was in einer Lagerkraft 82 zum Vorspannen und Setzen der Lager 4, 38 resultiert.
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In einer zweiten Betriebsstufe, wie in 5 gezeigt ist, beispielsweise während eines stationären Zustands, komprimiert der Ausgleichskolben, wenn er betätigt ist, zuerst die Feder 30, übt dann eine Kraft 78 auf die Welle entgegengesetzt zu der äußeren Kraft 76 aus. Der Ausgleichskolben 6 übt auch eine Kraft 79 in der entgegengesetzten Richtung der Kraft 78 auf, die durch die Abstandshalter und Außenringe der Lager 4, 38, 56 auf das Gehäuse 46 übertragen wird. Auf diese Weise wird das Axiallager (werden die Axiallager) beim Anlaufen durch die Federkraft 80 gesetzt und dann wirkt im stationären Zustand die Kolbenkraft 78 der äußeren Kraft entgegen, wodurch die Kraft auf das (die) Axiallager bei stationären Zuständen reduziert wird.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Lageranordnung 1. Wie gezeigt ist, ist die Kontaktfläche 23 des Ausgleichskolbens 6 mit einem Bereich des Außenrings 10 des Vierpunktkugellagers 2 konvex. Dies erlaubt, dass der Kontaktpunkt der Ausgleichskolbenkraft in dem Fall einer Verformung im Wesentlichen unverändert bleibt.
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Wie auch in 6 gezeigt ist, kann das Lager 2 durch einen radialen Einlass 21 in dem Abstandshalter 20 geschmiert werden. Dies kann notwendig sein, wenn eine separate Schmiermittelpumpe in einem Vor-Schmierzyklus, vor dem Anlaufen, verwendet wird, da der Kolben 6 vor dem Anlaufen nicht betätigt werden muss.
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Es sollte beachtet werden, dass die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen der Lageranordnung 1 kombiniert werden können oder dass manche der Merkmale einer Ausführungsform mit den Merkmalen einer anderen Ausführungsform ausgetauscht werden können, beispielsweise die Schmierversorgung von der Seite der Welle mit der Schmierversorgung von der radial äußeren Seite der Lageranordnung. Des Weiteren sind die Arten von Lagern, die in der Ausführungsform verwendet werden (Kugellager, Kegelrollenlager, Zylinderrollenlager) nur beispielhaft und irgendeine andere Art von Lagern kann verwendet werden, auch können die Lager in verschiedenen Kombinationen verwendet werden.
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Zusammenfassend stellt die hierin beschriebene Lageranordnung eine hohe axiale Belastbarkeit, eine verbesserte Kontrolle der axialen Wellenverschiebung und zusätzlich eine Schmierung und Kühlung der Lageranordnung ohne zusätzliche Elemente bereit.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lageranordnung
- 2
- Vierpunktlager
- 4
- Axiallager
- 6
- Ausgleichskolben
- 8
- Innenring
- 10
- Außenring
- 12
- Kugel
- 14
- Innenring
- 16
- Außenring
- 18
- Wälzkörper
- 20
- Abstandshalter
- 22
- erster Teil
- 23
- konvexe Fläche
- 24
- zweiter Teil
- 26
- Auslass
- 28
- Schmiermittelfluss
- 30
- Federelement
- 32
- Abstandshalter
- 34
- Auslass
- 36
- Schmiermittelfluss
- 38
- Axiallager
- 40
- Innenring
- 42
- Außenring
- 44
- Wälzkörper
- 46
- Gehäuse
- 47
- Abstandshalter
- 48
- Abstandshalter
- 50
- Einlass
- 52
- Auslass
- 54
- Abstandshalter
- 56
- Lager
- 58
- Innenring
- 60
- Außenring
- 62
- Wälzkörper
- 64
- Welle
- 66
- axiales Loch
- 68
- Öffnung
- 70
- Ring
- 72
- Einlass
- 74
- Auslass
- 76
- äußere Kraft
- 78
- Kolbenkraft
- 79
- Kolbenkraft
- 80
- Federkraft
- 82
- Lagerkraft
