DE102021118466A1

DE102021118466A1 - Spannhülse

Info

Publication number: DE102021118466A1
Application number: DE102021118466.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas E. Kuckhoff; James G. Saxon
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2020-08-12
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2022-02-17
Also published as: US11835093B2; US20230400063A1; US20220049742A1; CN114076154A

Abstract

Es wird eine Lageranordnung offenbart, die Folgendes umfasst: eine äußere Laufbahn und mehrere Wälzelemente, die der äußeren Laufbahn zugeordnet sind. Eine innere Laufbahn, die zur Aufnahme einer Welle darin ausgeführt ist, ist in der äußeren Laufbahn drehbar angeordnet, so dass die mehreren Wälzelemente zwischen der inneren und der äußeren Laufbahn angeordnet sind. Eine zylindrische Erstreckung, die mehrere Lappen bildet, die symmetrisch um die gesamte Peripherie der zylindrischen Erstreckung herum angeordnet sind, ist zum Eingriff mit der Welle ausgeführt. Eine Spannhülse, die um die zylindrische Erstreckung herum installierbar ist, wird von einer kreisförmigen Wand definiert, wobei sich mindestens eine Gewindeöffnung durch die kreisförmige Wand hindurch erstreckt. Das Gewindeglied erstreckt sich dahingehend durch eine der Gewindeöffnungen, einen Lappen aus den mehreren Lappen zu berühren und eine Vorspannkraft daran zur Welle hin anzulegen, wenn die Welle in der inneren Laufbahn zur Sicherung der inneren Laufbahn an der Welle angeordnet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Patentoffenbarung bezieht sich allgemein auf Industriemaschinen, in die eine Lageranordnung integriert ist, und insbesondere auf eine Spannhülse.
HINTERGRUND
Lageranordnungen unterstützen das Drehen von Wellen. Durch das Unterstützen des Drehens von Wellen gestatten Lager die Übertragung von mechanischer Drehenergie. Für Wälzkörperlager muss zur Unterstützung der Wellenbelastung das Lager an der kreisrunden Welle angebracht sein, um zu gestatten, dass die Wellendrehung von den Lagerwälzelementen ohne Verschiebung zwischen der Lageranordnung und der Welle, die ein Lagerversagen verursachen kann, unterstützt wird. Typische Lagerwellenbefestigungen umfassen einen inneren Ring des Lagers oder einen Ring, der aus der inneren Laufbahn des Lagers zusammengesetzt ist. Unabhängig davon, wie die Befestigung zwischen dem Lagerinnenring und der Welle erfolgt, die Methode muss die Lastanforderungen der Anwendung sowie die Leichtigkeit von Anbau und Abbau berücksichtigen.
Eine in der Industrie standardmäßige Lagerwellenbefestigung beinhaltet die Verwendung von Gewindestiften, die durch den Innenring geschraubt sind und direkt mit der Welle in Eingriff stehen. Derartige Verbindungsstrukturen beschädigen oftmals die Welle, wobei stellenweises Zerkratzen des Wellenmaterials durch die Spitze des Gewindestifts verursacht wird, ihre Verwendung ist jedoch trotz dessen weit verbreitet, da sie eine hohe Lagerhaltekraft an der Welle erzielen können. Diese höhere Haltekraft ist für Lager, die einer hohen Belastung ausgesetzt sind, erforderlich. Wellenbeschädigungen sind das Ergebnis von Gewindestiften, die durch starre Lagerbunde und Innenringe hindurchgehen und die Oberfläche der Welle durch hohe Drehmomentwerte an den Gewindestiften verformen. Diese Verformung der Welle schafft Erschwernisse beim Abbau des Lagers, da die Innenringe nicht ohne Weiteres über das verformte Material der Welle hinweggehen können, was oftmals dazu führt, dass die gesamte Lageranordnung entsorgt wird, wenn ein Lager versagt, oder die gesamte Anordnung Hydraulikunterstützung zum Abbau des defekten Lagers erfordert, wodurch bei vielen Anwendungen die Standzeit, die Kosten und die Komplexität erhöht werden können. Eine gebräuchliche Lösung für die Anbringung eines Lagers ohne Beschädigung der Welle besteht darin, eine Spannhülse und eine flexible Innenringkonstruktion zu verwenden, die im Vergleich zu Gewindestiften für einige Anwendungen eine reduzierte Wellenhaltekraft aufweist. Bei der Spannhülse wird bzw. werden ein oder zwei Schrauben verwendet, die Bereiche der Hülse miteinander verbindet bzw. verbinden, die beim Festziehen als ein Spannstück zum Festziehen der Hülse an dem flexiblen Innenring des Lagers wirkt, der wiederum an der Welle festgezogen wird. Wie bei der Funktionsweise einer Schlauchschelle weist die Hülse eine C-Form auf, die sich bei Festziehen der Schraube um die flexible Hülse herum schließt. Da die flexible Hülsenkonstruktion dem Anlegen von beschränktem Drehmoment an die Spannhülsenschraube unterliegt, kann es aufgrund von elastischer Verformung der Spannhülse zu Haltekrafteffizienzverlusten kommen. Somit sind unbeschädigte Wellen und Lager mit hoher Wellenhaltekraft derzeit Konstruktionsoptionen, die sich gegenseitig ausschließen, und beide haben ihre eigenen Problematiken.
KURZDARSTELLUNG
Die Offenbarung stellt eine Lageranordnung mit einer mit einem Gewindeglied versehenen Spannhülse für gleichmäßigen Wellenhaltedruck bereit. Die Lageranordnung umfasst eine äußere Laufbahn und mehrere Wälzelemente, die der äußeren Laufbahn zugeordnet sind. Eine innere Laufbahn ist in der äußeren Laufbahn drehbar angeordnet, so dass die mehreren Wälzelemente zwischen der inneren und der äußeren Laufbahn angeordnet sind. Die innere Laufbahn ist zur Aufnahme einer Welle darin ausgeführt und umfasst eine zylindrische Erstreckung, die mehrere Lappen bildet, die symmetrisch um die gesamte Peripherie der zylindrischen Erstreckung herum angeordnet sind. Die zylindrische Erstreckung ist zum Eingriff mit der Welle ausgeführt. Darüber hinaus umfasst die Lageranordnung eine Spannhülse mit einer allgemeinen Ringform, die von einer kreisförmigen Wand definiert wird. Die kreisförmige Wand weist eine Dicke in einer axialen Richtung, eine Höhe in einer radialen Richtung und einen Spannhülsenspalt, der sich radial durch die kreisförmige Wand hindurch erstreckt, auf. Der Spannhülsenspalt weist eine Spannhülsenspaltdicke auf, die zu der kreisförmigen Wand tangential ist. Die Spannhülse weist mindestens eine Gewindeöffnung auf, die sich radial durch die Höhe der kreisförmigen Wand hindurch erstreckt. Die Gewindeöffnung weist eine innere und eine äußere Öffnung, die an der kreisförmigen Wand definiert werden, auf. Ein Gewindeglied kann in mindestens einer Gewindeöffnung in Gewindeeingriff stehen und sich durch die mindestens eine Gewindeöffnung hindurch erstrecken. Das Gewindeglied ist dazu konfiguriert, einen Lappen aus den mehreren Lappen anliegend und lösbar zu berühren. Ferner ist die Spannhülse an der zylindrischen Erstreckung und um diese herum installierbar, so dass das Gewindeglied eine Vorspannkraft an einen der mehreren Lappen in der radialen Richtung zur Welle hin anlegt, wenn die Welle in der inneren Laufbahn zur Sicherung der inneren Laufbahn an der Welle in sowohl der radialen als auch der axialen Richtung angeordnet ist. Ein möglicher Vorteil der Lageranordnung dieser Offenbarung besteht darin, dass die durch das Gewindeglied an einen der mehreren Lappen angelegte Vorspannkraft die Mittellinie der Welle eher so platziert wird, dass sie in stärkerer Annäherung an eine kollineare Ausrichtung mit der Mittellinie der inneren Laufbahn platziert ist, wodurch das Vibrieren der Lageranordnung während des Betriebs verringert wird. Diese und weitere mögliche Vorteile und Merkmale gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen hervor.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Lageranordnung, bei der eine Spannhülse entfernt wurde, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Lageranordnung, bei der eine Spannhülse installiert ist, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
3 ist eine zum Teil auseinandergezogene Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Lageranordnung gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
4 ist eine Querschnittsansicht einer Spannhülse gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
5 ist eine Querschnittsteilansicht einer Lageranordnung gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
6 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Spannhülse gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
7 ist eine perspektivische Ansicht einer Spannhülse in Verwendung mit einem Spannhülsenkeil gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
8 ist ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Verbauen eines Lagers mit einer mit einem Gewindeglied versehenen Wellenspannhülse gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die Offenbarung oder die Anwendung und die Verwendungsmöglichkeiten der Offenbarung nicht einschränken. Überdies besteht nicht die Absicht, sich auf eine angegebene oder angedeutete Theorie festlegen zu wollen, die vorstehend unter Technischem Gebiet, Hintergrund, Kurzdarstellung, Kurze Beschreibung der Zeichnungen oder nachstehend in der Detaillierten Beschreibung dargelegt wurde bzw. wird.
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, wird in 1 eine perspektivische Ansicht einer Lageranordnung 100 ohne installierte Spannhülse dargestellt. Die Lageranordnung 100, die auch in 3 gezeigt wird, umfasst eine Basis 101, die bei der dargestellten Ausführungsform Befestigungsmittelöffnungen 103 zur Befestigung an einer Basisstruktur (nicht gezeigt) umfasst. Die Basis 101 ist eine zweistückige Halterung, die ein Wälzlager 105 stützt. Das Wälzlager 105 umfasst eine äußere Laufbahn 108, eine innere Laufbahn 110 und mehrere Wälzelemente 112, die zwischen der äußeren Laufbahn 108 und der inneren Laufbahn 110 angeordnet sind. Die innere Laufbahn 110 ist in der äußeren Laufbahn 108 unter Verwendung von mehreren Wälzelementen 112, die zwischen der inneren Laufbahn 110 und der äußeren Laufbahn 108 angeordnet sind, drehbar angeordnet, wodurch gestattet wird, dass sich die innere Laufbahn 110 in der äußeren Laufbahn 108 dreht, während sich die mehreren Wälzelemente 112 zwischen der inneren Laufbahn 110 und der äußeren Laufbahn 108 drehen. Die mehreren Wälzelemente 112 sind symmetrisch zwischen der inneren Laufbahn 110 und der äußeren Laufbahn 108 angeordnet. Bei typischen Anwendungen können auch Lagerhaltevorrichtungen zum Halten der Abstandsbeziehung zwischen den Wälzelementen um die Peripherie der inneren Laufbahn 110 und der äußeren Laufbahn 108 herum verwendet werden (nicht gezeigt).
Die innere Laufbahn 110 umfasst eine zylindrische Erstreckung 104, die mehrere Lappen 106 bildet. Die mehreren Lappen 106 umfassen Lappen 107 gemäß der Darstellung in 1. Die Lappen 107 sind symmetrisch um die gesamte Peripherie der zylindrischen Erstreckung 104 herum angeordnet und erstrecken sich axial über eine Strecke entlang einer Längsachse der Welle. Die Lappen 107 der mehreren Lappen 106 erstrecken sich in gleichem Maße über jeweilige Segmente einer Innenperipherie der zylindrischen Erstreckung 104 hinweg. Bei einer Ausführungsform sind die mehreren Lappen 106 an einem Ende der zylindrischen Erstreckung 104 ausgebildet. Bei einer weiteren Ausführungsform können die mehreren Lappen 106 auch an beiden Enden der zylindrischen Erstreckung 104 ausgebildet sein. Bei noch einer weiteren Ausführungsform ist bzw. sind ein oder mehrere Lappen 107 der mehreren Lappen 106 flexibel. Darüber hinaus ist die zylindrische Erstreckung 104 zum Eingriff mit einer Welle durch die axiale Richtung ausgeführt.
Unter Bezugnahme auf 2 wird eine perspektivische Ansicht einer Lageranordnung 100 mit einer installierten Spannhülse 102 dargestellt. Die Spannhülse 102 weist eine allgemeine Ringform auf, die von einer kreisförmigen Wand 126 definiert wird, die einen Innen- und Außenumfang in einer radialen Richtung aufweist. Die kreisförmige Wand 126 weist eine Dicke in einer axialen Richtung, z. B. entlang einer Längsachse (L) der Welle, an der sie installiert ist (Welle nicht gezeigt), eine Höhe in einer radialen Richtung, die zur Längsachse L senkrecht ist, und einen Spannhülsenspalt 118, der sich radial durch die kreisförmige Wand hindurch erstreckt, auf. Der Spannhülsenspalt 118 erstreckt sich radial durch die Wand, so dass die kreisförmige Wand allgemein C-förmig ist. Beispielsweise kann die Spannhülse einen Außenradius von 10 cm an ihrem Außenumfang und einen Innenradius von 9 cm an ihrem Innenumfang aufweisen. Somit wären die Höhe der kreisförmigen Wand der Spannhülse 102 in der axialen Richtung entlang der Längsachse L sowie die radiale Länge des Spannhülsenspalts 118 1 cm. In demselben Beispiel kann die Dicke der kreisförmigen Wand der Spannhülse 102 in der Längsrichtung auch 1 cm betragen, so dass die kreisförmige Wand einen allgemein quadratischen Querschnitt aufweist, und der Spannhülsenspalt 118 kann eine Spannhülsenspaltdicke von 0,5 cm aufweisen. Dies ist lediglich ein Beispiel und andere Abmessungen für die Spannhülse 102 und den Spannhülsenspalt 118 werden auch in Betracht gezogen und können basierend auf der Gesamtform und Größe des Lagers 105 gewählt werden.
Wie in 2 dargestellt wird, ist die Spannhülse 102 an der zylindrischen Erstreckung 104 und um diese herum installierbar. Die Spannhülse 102 weist auch mindestens eine Gewindeöffnung 114 auf, die sich radial durch die Höhe der kreisförmigen Wand der Spannhülse 102 erstreckt. Die Gewindeöffnung 114 erstreckt sich durch die kreisförmige Wand 126 und umfasst eine innere und eine äußere Öffnung gemäß der Definition durch die Höhe der kreisförmigen Wand der Spannhülse 102. Die äußere Öffnung der Gewindeöffnung 114 erstreckt sich durch die Fläche des Außenumfangs der kreisförmigen Wand, und die innere Öffnung erstreckt sich durch die Fläche des Innenumfangs der kreisförmigen Wand. Bei einer Ausführungsform gibt es mehr als eine durch die Spannhülse 102 hindurch ausgebildete Gewindeöffnung 114, wobei die Öffnungen 114 in diesem Fall symmetrisch um die kreisförmige Wand der Spannhülse 102 herum beabstandet sein können. Beispielsweise kann es zwei, drei oder vier Gewindeöffnungen 114 geben, die an der kreisförmigen Wand der Spannhülse 102 um 180, 120 bzw. 90 Grad voneinander beabstandet sind. Bei weiteren Ausführungsformen kann es mehr als vier Gewindeöffnungen 114 oder weniger als eine geben, die um die kreisförmige Wand der Spannhülse 102 herum symmetrisch beabstandet sind. Eine Position jeder Gewindeöffnung 114 kann auch von einer Positionierung des Spannhülsenspalts 118 abhängig sein, so dass die Gewindeöffnung(en) 114 über einen Durchmesser der Spannhülse 102, der den Spannhülsenspalt 118 umfasst, hinweg symmetrisch verteilt sind und an radialen Stellen, die dem Spannhülsenspalt 118 allgemein gegenüberliegen, symmetrisch angeordnet sind.
Unter Bezugnahme auf 3 wird eine zum Teil auseinandergezogene Ansicht einer Ausführungsform einer Lageranordnung 100 gezeigt, bei der die Spannhülse 102 der Klarheit halber von der Lageranordnung 100 entfernt wurde. Die kreisförmige Wand der Spannhülse 102 weist zwei Gewindeöffnungen 114 mit zwei jeweiligen Gewindegliedern 116 auf. Darüber hinaus gibt es einen Spannhülsenspalt 118 in der Spannhülse 102 und eine der Spannhülse 102 zugeordnete Spannhülsenschraube 120. Bei einer Ausführungsform sind die Gewindeöffnungen 114 um die Spannhülse 102 herum in einem dem Spannhülsenspalt 118 und der Spannhülsenschraube 120 gegenüberliegenden Bereich symmetrisch beabstandet, wie in 3 dargestellt wird. Bei dieser Ausführungsform sind die Gewindeöffnungen 114 bei +135 Grad und bei -135 Grad von der Positionierung des Hülsenspalts 118 angeordnet, so dass sie einen Winkel von 90 Grad zwischen sich bilden.
Unter Bezugnahme auf 4 wird eine Querschnittsansicht einer Spannhülse 102 dargestellt. Die Spannhülse 102 unterscheidet sich bei dieser Ausführungsform von der Spannhülse 102, die bei vorherigen Ausführungsformen gezeigt wurde, darin, dass der Spalt 118 weggelassen wird. Die hier gezeigte Spannhülse 102 umgibt die zylindrische Erstreckung 104 komplett und weist einen Innendurchmesser auf, der während der Installation über die mehreren Lappen 106 hinweggeht. Die mehreren Lappen 106 sind so ausgebildet, dass die einzelnen Lappen 107 um die gesamte Peripherie der zylindrischen Erstreckung 104 herum symmetrisch angeordnet sind. Jeder Lappen 107 von den mehreren Lappen 106 erstreckt sich in gleichem Maße über ein Segment der Innenperipherie der zylindrischen Erstreckung 104 hinweg. Bei dieser Ausführungsform sind vier Gewindeöffnungen 114 um die Spannhülse 102 herum symmetrisch beabstandet (z. B. gibt es eine Gewindeöffnung 114, die in Abständen von 90 Grad um die kreisförmige Wand der Spannhülse 102 herum beabstandet ist). Jede Gewindeöffnung 114 erstreckt sich durch die Höhe der kreisförmigen Wand der Spannhülse 102 hindurch, so dass sich ein Gewindeglied 116 (in 4 nicht gezeigt) dahingehend durch jede Gewindeöffnung 114 hindurch erstreckt, einen jeweiligen der mehreren Lappen 106 anliegend und lösbar zu berühren.
Unter Bezugnahme auf 5 und 6 wird eine Querschnittsteilansicht einer Lageranordnung 100 mit einer Spannhülsenschraubengewindeöffnung 124 bzw. eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Spannhülse 102 mit einer Spannhülsenschraubengewindeöffnung 124 dargestellt. Die Spannhülsenschraubengewindeöffnung 124 erstreckt sich tangential durch eine innere Öffnung der Spannhülse 102 und durch die kreisförmige Wand 126 auf beiden Seiten des Spannhülsenspalts 118. Die Spannhülsenschraube 120 steht mit der Spannhülsenschraubengewindeöffnung 124 in Gewindeeingriff, so dass, wenn die Spannhülsenschraube 120 festgezogen wird, sich der Zwischenraum des Spannhülsenspalts 118 verringert und die Hülse so gezogen wird, dass sie sich auf der zylindrischen Erstreckung 104 zentriert. Bei einer weiteren Ausführungsform besteht die Spannhülse 102 aus zwei Halbkreisen, die jeweils zwei Spannhülsenschraubengewindeöffnungen 124 aufweisen, so dass sie durch zwei Spannhülsenschrauben 120 zur Sicherung der Welle verbunden werden können. Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Spannhülse 102 ein Scharnier auf, dass auf der dem Spannhülsenspalt 118 gegenüberliegenden Seite der Spannhülse 102 positioniert ist.
Darüber hinaus stellen 5 und 6 mehrere Lappen 106 an der zylindrischen Erstreckung 104 und zwei Gewindeöffnungen 114 dar. Die mehreren Lappen 106 sind derart ausgebildet, dass die einzelnen Lappen um die gesamte Peripherie der zylindrischen Erstreckung 104 herum symmetrisch angeordnet sind. Wie gezeigt wird, erstreckt sich jeder der mehreren Lappen 106 in gleichem Maße über ein jeweiliges Segment der Innenperipherie der zylindrischen Erstreckung 104 hinweg. Jede Gewindeöffnung 114 erstreckt sich durch die kreisförmige Wand 126 der Spannhülse 102 in einer radialen Richtung, so dass sich ein Gewindeglied 116 dahingehend durch jede Gewindeöffnung 114 erstreckt, einen jeweiligen Lappen 107 von den mehreren Lappen 106 anliegend und lösbar zu berühren. Bei einer Ausführungsform sind die mehreren Lappen 106 flexibel oder zumindest elastisch verformbar, so dass sie sich biegen, wenn sie gegen die Welle gedrückt werden, um eine Haltekraft in Form von Reibung zwischen der Welle und jedem Lappen 107 anzulegen. Bei den dargestellten Ausführungsformen berührt, wenn ein Gewindeglied 116 in der Gewindeöffnung 114 in Gewindeeingriff steht und sich so erstreckt, dass sich eine Spitze des Gewindeglieds 116 radial nach innen an der Innenperipherie der kreisförmigen Wand 126 vorbei erstreckt, die Spitze einen Lappen 107 der mehreren Lappen 106 und legt eine Vorspannkraft an den einen Lappen 107 der mehreren Lappen 106 in der radialen Richtung zur Welle hin an, wenn die Welle in der inneren Laufbahn 110 angeordnet ist. Diese Vorspannkraft drückt den Lappen 107 gegen die Welle zur Sicherung der inneren Laufbahn 110 an der Welle in sowohl der radialen als auch der axialen Richtung. Es wird angemerkt, dass durch die große Kontaktfläche zwischen dem Lappen 107 und der Welle Beschädigungen an der Welle vermieden werden, da der Kontaktdruck zwischen dem Lappen 107 und der Welle so gewählt wird, dass er unter einer Elastizitätsgrenze des Wellenmaterials liegt. Die Vorspannkraft bewirkt, dass sich der Lappen 107 nach innen zur Mitte der zylindrischen Erstreckung 104 hin biegt. Wenn die Welle in der zylindrischen Erstreckung 104 in Eingriff steht, bewirkt die Vorspannkraft, dass der Lappen 107 eine Vorspannkraft an die Welle anlegt, so dass die Welle so positioniert wird, dass sie in stärkerer Annäherung an eine kollineare Ausrichtung mit der Mittellinie der inneren Laufbahn 110 positioniert ist, wodurch das Vibrieren der Lageranordnung 100 während des Betriebs verringert wird, insbesondere wenn mehr als ein Lappen 107 symmetrisch um einen Bereich der Welle herum angeordnet sind und nacheinander festgezogen werden, beispielsweise in einem Sternmuster.
7 ist eine perspektivische Ansicht einer Spannhülse 102 in Verwendung mit einem Spannhülsenkeil 122, der in den Spannhülsenspalt 118 installiert ist. Der Spannhülsenkeil 122 gleitet in den Spalt 128 zwischen zwei Lappen 107 der mehreren Lappen 106 von der zylindrischen Erstreckung 104 zur Ausrichtung der einen oder mehreren Gewindeöffnungen 114 und eines oder mehrerer Gewindeglieder 116 auf die Mitte jedes jeweiligen Lappens 107 von den mehreren Lappen 106. Bei weiteren Ausführungsformen wird zusätzlich oder alternativ zu dem Spannhülsenkeil 122 ein Spannhülsenzentrierstift, der mechanisch in der Spannhülse 102 festgehalten wird, verwendet, oder ein Mechanismus zur radialen Ausrichtung wird dazu verwendet, die eine oder die mehreren Gewindeöffnungen 114 und ein oder mehrere Gewindeglieder 116 auf die Mitte jedes jeweiligen Lappens 107 von den mehreren Lappen 106 auszurichten. Durch Ausrichten der einen oder der mehreren Gewindeöffnungen 114 und des einen oder der mehreren Gewindeglieder 116 auf die Mitte jedes jeweiligen Lappens 107 von den mehreren Lappen 106 wird die Vorspannkraft, die von jedem des einen oder der mehreren Gewindeglieder 116 an jeden jeweiligen Lappen 107 von den mehreren Lappen 106 angelegt wird, gleichmäßig über jeden jeweiligen Lappen 107 von den mehreren Lappen 106, die von Gewindegliedern 116 berührt werden, hinweg angelegt, um einen gleichmäßigen Druck an der Welle, wenn die Vorspannkraft an die Lappen 107 angelegt wird, zu fördern.
8 ist ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Verbauen eines Lagers mit einer mit einem Gewindeglied versehenen Wellenspannhülse für gleichmäßigen Wellenhaltedruck. Gemäß dem Verfahren beginnt das Verfahren bei Schritt 802 mit Bereitstellen einer äußeren Laufbahn, einer inneren Laufbahn und mehrerer Wälzelemente, die zwischen der inneren und der äußeren Laufbahn, die die innere Laufbahn bezüglich der äußeren Laufbahn drehbar stützt, angeordnet sind. Bei einer Ausführungsform sind die äußere Laufbahn, die innere Laufbahn und die mehreren Wälzelemente aus Metall hergestellt, es können jedoch auch andere Materialien verwendet werden. Die mehreren Wälzelemente sind zwischen der inneren Laufbahn und der äußeren Laufbahn angeordnet und symmetrisch angeordnet. Die innere Laufbahn ist zur Aufnahme der Welle darin ausgeführt. Die innere Laufbahn umfasst eine zylindrische Erstreckung, die mehrere Lappen bildet, die um eine gesamte Peripherie der zylindrischen Erstreckung herum symmetrisch angeordnet sind. Jeder Lappen von den mehreren Lappen erstreckt sich in gleichem Maße über ein jeweiliges kreisförmige Segment der zylindrischen Erstreckung hinweg. Wie oben erörtert wird, sind bei einer Ausführungsform die mehreren Lappen lediglich an einem Ende der zylindrischen Erstreckung ausgebildet. Bei einer weiteren Ausführungsform sind die mehreren Lappen an beiden Enden der zylindrischen Erstreckung ausgebildet. Bei noch einer weiteren Ausführungsform ist bzw. sind ein oder mehrere Lappen der mehreren Lappen flexibel oder elastisch verformbar.
Bei Schritt 804 wird eine Spannhülse mit einer allgemein ringförmigen C-förmigen Wand, die einen Spannhülsenspalt und mindestens eine Gewindeöffnung umfasst, bereitgestellt. Bei einer Ausführungsform weist die Spannhülse eine kreisförmige Wand ohne einen Hülsenspalt auf, wie oben erörtert wird. Bei weiteren Ausführungsformen besteht die Spannhülse aus zwei Halbkreisen, die jeweils zwei Spannhülsenschraubengewindeöffnungen aufweisen, so dass sie durch zwei Spannhülsenschrauben zur Sicherung der Welle verbunden werden können, oder die Spannhülse weist ein Scharnier auf, das auf der dem Spannhülsenspalt gegenüberliegenden Seite der Spannhülse positioniert ist, wie oben erörtert wird. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Spannhülse aus Metall hergestellt, es können jedoch auch andere Materialien, wie z. B. ein thermoplastisches Material, verwendet werden. Die Spannhülse weist eine allgemeine Ringform auf, die von einer kreisförmigen Wand definiert wird, die einen Innen- und Außenumfang, z. B. entlang einer Längsachse der Welle, an der sie installiert ist, eine Höhe in einer radialen Richtung und einen Spannhülsenspalt, der sich radial durch die kreisförmige Wand hindurch erstreckt, aufweist. Der Spannhülsenspalt weist eine Dicke auf, die die kreisförmige Wand an einer Stelle abtrennt. Mindestens eine Gewindeöffnung kann sich radial durch die Höhe der kreisförmigen Wand der Spannhülse erstrecken. Die Gewindeöffnung weist eine innere und eine äußere Öffnung entsprechend der Definition durch die Höhe der kreisförmigen Wand der Spannhülse auf. Die äußere Öffnung der Gewindeöffnung erstreckt sich durch die Fläche des Außenumfangs der kreisförmigen Wand, und die innere Öffnung erstreckt sich durch die Fläche des Innenumfangs der kreisförmigen Wand. Bei einer Ausführungsform sind mehr als eine Gewindeöffnung durch die Spannhülse hindurch ausgebildet, wobei die Gewindeöffnungen in diesem Fall um die kreisförmige Wand der Spannhülse herum symmetrisch beabstandet sein können. Beispielsweise kann es zwei, drei oder vier Gewindeöffnungen geben, die an der kreisförmigen Wand um 180, 120 bzw. 90 Grad voneinander beabstandet sein können. Bei weiteren Ausführungsformen kann es mehr als vier Gewindeöffnungen oder weniger als eine geben, die um die kreisförmige Wand der Spannhülse herum symmetrisch beabstandet sind. Bei einer Ausführungsform stimmt die Anzahl an Gewindeöffnungen mit der Anzahl an Lappen in der zylindrischen Erstreckung überein. Darüber hinaus ist bei einer Ausführungsform eine Spannhülsenschraubengewindeöffnung in der kreisförmigen Wand der Spannhülse enthalten. Die Spannhülsenschraubengewindeöffnung erstreckt sich tangential durch eine innere Öffnung der Spannhülse durch die kreisförmige Wand auf beiden Seiten des Spannhülsenspalts. Die Positionierung der Gewindeöffnungen kann auch von einer Positionierung des Spannhülsenspalts abhängig sein, so dass die Gewindeöffnung(en) über einen Durchmesser der Spannhülse, der den Spannhülsenspalt umfasst, hinweg symmetrisch verteilt sind und an radialen Stellen, die dem Spannhülsenspalt allgemein gegenüberliegen, symmetrisch angeordnet sind.
Bei Schritt 806 erfolgt der Gewindeeingriff eines Gewindeglieds mit einer Gewindeöffnung. Das Gewindeglied erstreckt sich durch die Gewindeöffnung und ist dazu konfiguriert, einen jeweiligen Lappen von den mehreren Lappen anliegend und lösbar zu berühren. Bei einer Ausführungsform wird dieser Schritt für zusätzliche Gewindeöffnungen und Gewindeglieder wiederholt, wobei ein separates Gewindeglied mit einer separaten Gewindeöffnung in Gewindeeingriff gelangt und sich durch die jeweilige Gewindeöffnung erstreckt und dazu konfiguriert ist, einen jeweiligen Lappen von den mehreren Lappen anliegend und lösbar zu berühren. Das Festziehen der Gewindeglieder kann auf das Festziehen der Hülsenschraube, falls vorhanden, um zunächst die Hülse um die zylindrische Erstreckung herum zu sichern, folgen.
Bei Schritt 808 wird die Spannhülse an der zylindrischen Erstreckung und um diese herum installiert. Ein Spannhülsenkeil wird in den Spannhülsenspalt und einen Spalt zwischen zwei der mehreren Lappen zur Ausrichtung des Gewindeglieds auf die Mitte eines der mehreren Lappen von der zylindrischen Erstreckung installiert. Bei einer Ausführungsform wird, wenn es mehr als eine Gewindeöffnung und mehr als ein Gewindeglied gibt, durch die Installation des Spannhülsenkeils jedes der Gewindeglieder auf die Mitte eines jeweiligen Lappens von den mehreren Lappen ausgerichtet. Durch Ausrichten der einen oder der mehreren Gewindeöffnungen und des einen oder der mehreren Gewindeglieder auf die Mitte jedes Lappens von den mehreren Lappen wird die Vorspannkraft, die von dem einen oder den mehreren Gewindegliedern an jeden jeweiligen Lappen von den mehreren Lappen angelegt wird, gleichmäßig über jeden jeweiligen Lappen von den mehreren Lappen, die von dem einen oder den mehreren Gewindegliedern berührt werden, hinweg angelegt, um einen gleichmäßigen Druck an der Welle, wenn die Vorspannkraft an die Lappen angelegt wird, zu fördern. Darüber hinaus wird dadurch auch die innere Laufbahn an der Welle in sowohl der radialen als auch der axialen Richtung gesichert und die Mittellinie der Welle so positioniert, dass sie in stärkerer Annäherung an eine kollineare Ausrichtung mit der Mittellinie der inneren Laufbahn positioniert ist, wodurch das Vibrieren der Lageranordnung während des Betriebs verringert wird.
Durch Verwenden der Lageranordnung und Anlegen einer Vorspannkraft an die Welle auf die in der vorliegenden Offenbarung beschriebene Art und Weise wird eine stärkere Haltekraft für die Welle erzielt, als bei Verwendung einer Hülse, die nicht die Gewindeöffnungen 114 (wie z. B. in 3 gezeigt) aufweist, jedoch ohne Verursachen einer Beschädigung an der Welle, da die Gewindeglieder die Welle nicht direkt berühren. Stattdessen drücken die Gewindeglieder gegen Lappen, die die Last über eine größere Fläche der Welle hinweg verteilen. Ferner werden lokale Stresskonzentrationen zwischen dem Gewindeglied und der Welle vermieden, und Haftreibung zwischen den Lappen und der Welle wird erhöht, sowohl aufgrund der größeren Kontaktfläche als auch der erhöhten Druckkraft, die die Lappen an die Welle drückt. Die höhere Haltekraft der Lageranordnung gestattet einen besseren Wellenrundlauf als vorherige Lagerwellenbefestigungen. Beispielsweise sorgt die Lageranordnung der vorliegenden Offenbarung für einen Anstieg der Haltekraft von 90-110 % im Vergleich zu Spannhülsenhaltekraftkonstruktionen (und einen Anstieg der Haltekraft von 60-75 % im Vergleich zu einer Gewindestifthaltekraftkonstruktion) .
Die Verwendung der Begriffe „ein/e“ und „der, die, das“ und ähnlicher Bezugswörter im Kontext der Beschreibung der Erfindung (insbesondere im Kontext der folgenden Ansprüche) sind als sowohl den Singular als auch den Plural umfassend auszulegen, es sei denn es wird hier Gegenteiliges angegeben oder durch den Kontext klar widersprochen. Die Verwendung des Begriffs „mindestens ein/e/er“ gefolgt von einer Liste von einem oder mehreren Elementen (beispielsweise „mindestens eines von A und B“) soll in der Bedeutung von einem aus den aufgelisteten Elementen ausgewählten Element (A oder B) oder einer beliebigen Kombination aus zwei oder mehr der aufgelisteten Elemente (A und B) aufgefasst werden, es sei denn es wird hier Gegenteiliges angegeben oder durch den Kontext klar widersprochen. Die Begriffe „umfassen“, „aufweisen“, „einschließlich“ und „enthaltend“ sind als nicht einschränkende Begriffe auszulegen (d.h., bedeuten „einschließlich, aber nicht darauf beschränkt“), wenn nicht anders angegeben. Alle hier beschriebenen Verfahren können in einer beliebigen geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, wenn hier nicht anders angegeben oder durch den Kontext klar widersprochen. Die hier angeführte Verwendung irgendwelcher oder aller Beispiele oder beispielhafter Ausdrucksweise (z. B. „wie z. B.“) soll lediglich die Erfindung besser erläutern und stellt keine Beschränkung des Schutzbereichs der Erfindung dar, wenn nicht anders beansprucht. Keine Ausdrucksweise in der Beschreibung sollte als Angabe irgendeines nicht beanspruchten Elements als zur Ausübung der Erfindung wesentlich ausgelegt werden.
Alle hier beschriebenen Verfahren können in einer beliebigen geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, wenn hier nicht anders angegeben oder durch den Kontext klar widersprochen. Die hier angeführte Verwendung irgendwelcher oder aller Beispiele oder beispielhafter Ausdrucksweise (z. B. „wie z. B.“) soll lediglich die Erfindung besser erläutern und stellt keine Beschränkung des Schutzbereichs der Erfindung dar, wenn nicht anders beansprucht. Keine Ausdrucksweise in der Beschreibung sollte als Angabe irgendeines nicht beanspruchten Elements als zur Ausübung der Erfindung wesentlich ausgelegt werden.
Es werden hier bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Für den Durchschnittsfachmann können bei Lektüre der vorangehenden Beschreibung Variationen dieser bevorzugten Ausführungsformen offensichtlich werden. Die Erfinder erwarten vom Fachmann den Einsatz solcher Variationen wie angemessen, und die Erfinder beabsichtigen die Ausübung der Erfindung auch auf andere Weise als hier speziell beschrieben. Demgemäß umfasst die vorliegende Erfindung alle Modifikationen und Äquivalente des in den hier anhängigen Ansprüchen angeführten Erfindungsgegenstands, wie durch das zutreffende Gesetz gestattet. Des Weiteren werden von der Erfindung alle Kombinationen der oben beschriebenen Elemente in allen ihren möglichen Variationen mit umfasst, wenn hier nicht anders angegeben oder sonst durch den Kontext klar widersprochen.

Claims

Lageranordnung, die Folgendes umfasst: eine äußere Laufbahn; mehrere Wälzelemente, die der äußeren Laufbahn zugeordnet sind; eine innere Laufbahn, die in der äußeren Laufbahn drehbar angeordnet ist, so dass die mehreren Wälzelemente zwischen der inneren und der äußeren Laufbahn angeordnet sind, wobei die innere Laufbahn zur Aufnahme einer Welle darin ausgeführt ist, wobei die innere Laufbahn eine zylindrische Erstreckung umfasst, die mehrere Lappen bildet, die symmetrisch um die gesamte Peripherie der zylindrischen Erstreckung herum angeordnet sind, wobei die zylindrische Erstreckung zum Eingriff mit der Welle ausgeführt ist; eine Spannhülse mit einer allgemeinen Ringform, die von einer kreisförmigen Wand definiert wird, wobei die kreisförmige Wand eine Dicke in einer axialen Richtung, eine Höhe in einer radialen Richtung aufweist, und; mindestens eine Gewindeöffnung, die sich radial durch die Höhe der kreisförmigen Wand hindurch erstreckt, wobei die Gewindeöffnung eine innere und eine äußere Öffnung, die an der kreisförmigen Wand definiert werden, aufweist; ein Gewindeglied, das in der mindestens einen Gewindeöffnung in Gewindeeingriff steht, wobei sich das Gewindeglied durch die mindestens eine Gewindeöffnung hindurch erstreckt und dazu konfiguriert ist, einen Lappen aus den mehreren Lappen anliegend und lösbar zu berühren; und wobei die Spannhülse an der zylindrischen Erstreckung und um diese herum installierbar ist, so dass das Gewindeglied eine Vorspannkraft an einen der mehreren Lappen in der radialen Richtung zur Welle hin anlegt, wenn die Welle in der inneren Laufbahn zur Sicherung der inneren Laufbahn an der Welle in sowohl der radialen als auch der axialen Richtung angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, wobei sich jeder der mehreren Lappen in gleichem Maße über ein Segment einer Innenperipherie der zylindrischen Erstreckung hinweg erstreckt.
Lageranordnung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Wälzelemente zwischen der inneren und der äußeren Laufbahn symmetrisch angeordnet sind.
Lageranordnung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: einen Spannhülsenkeil, der in den Spalt zwischen zwei der mehreren Lappen zur Ausrichtung des Gewindeglieds auf die Mitte eines der mehreren Lappens gleitet.
Lageranordnung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: einen Spannhülsenspalt, der sich radial durch die kreisförmige Wand hindurch erstreckt, wobei der Spannhülsenspalt eine Spannhülsenspaltdicke aufweist, die zu der kreisförmigen Wand tangential ist; eine Spannhülsenschraubengewindeöffnung, die sich tangential durch eine innere Öffnung der Spannhülse und durch die kreisförmige Wand auf beiden Seiten des Spannhülsenspalts erstreckt; und eine Spannhülsenschraube, die mit der Spannhülsenschraubengewindeöffnung in Gewindeeingriff steht, um die Spannhülsenspaltdicke zur Sicherung der mehreren Wälzelemente zwischen der inneren und der äußeren Laufbahn und Zentrierung der zylindrischen Erstreckung in der Spannhülse zu verringern.
Lageranordnung nach Anspruch 5, wobei die Gewindeöffnungen um die Spannhülse herum in einem der Spannhülsenschraubengewindeöffnung gegenüberliegenden Bereich symmetrisch beabstandet sind.
Lageranordnung nach Anspruch 5, wobei das Gewindeglied und die Spannhülsenschraube dieselbe Nussgröße aufweisen.
Lageranordnung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Gewindeöffnung zwei Gewindeöffnungen entspricht und wobei ein separates Gewindeglied mit jeder der mindestens einen Gewindeöffnung in Gewindeeingriff steht.
Lageranordnung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Gewindeöffnung drei oder vier Gewindeöffnungen entspricht und wobei ein separates Gewindeglied mit jeder der mindestens einen Gewindeöffnung in Gewindeeingriff steht.
Lageranordnung nach Anspruch 1, wobei die von dem Gewindeglied an einen der mehreren Lappen angelegte Vorspannkraft die Mittellinie der Welle eher so platziert, dass sie in stärkerer Annäherung an eine kollineare Ausrichtung mit der Mittellinie der inneren Laufbahn platziert ist, wodurch das Vibrieren der Lageranordnung während des Betriebs verringert wird.
Verfahren zum drehbaren Stützen einer Welle, das Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Lageranordnung, wobei die Lageranordnung Folgendes umfasst: eine äußere Laufbahn; mehrere Wälzelemente, die der äußeren Laufbahn zugeordnet sind; eine innere Laufbahn, die in der äußeren Laufbahn drehbar angeordnet ist, so dass die mehreren Wälzelemente zwischen der inneren und der äußeren Laufbahn angeordnet sind, wobei die innere Laufbahn zur Aufnahme einer Welle darin ausgeführt ist, wobei die innere Laufbahn eine zylindrische Erstreckung umfasst, die mehrere Lappen bildet, die symmetrisch um die gesamte Peripherie der zylindrischen Erstreckung herum angeordnet sind, wobei die zylindrische Erstreckung zum Eingriff mit der Welle ausgeführt ist; Bereitstellen einer Spannhülse, wobei die Spannhülse eine allgemeine Ringform aufweist, die von einer kreisförmigen Wand definiert wird, wobei die kreisförmige Wand eine Dicke in einer axialen Richtung, eine Höhe in einer radialen Richtung aufweist, wobei die Spannhülse Folgendes umfasst: mindestens eine Gewindeöffnung, die sich radial durch die Höhe der kreisförmigen Wand hindurch erstreckt, wobei die Gewindeöffnung eine innere und eine äußere Öffnung, die an der kreisförmigen Wand definiert werden, aufweist; Herstellen eines Gewindeeingriffs eines Gewindeglieds mit der mindestens einen Gewindeöffnung, wobei sich das Gewindeglied durch die mindestens eine Gewindeöffnung hindurch erstreckt und dazu konfiguriert ist, einen Lappen aus den mehreren Lappen anliegend und lösbar zu berühren; und Installieren der Spannhülse an der zylindrischen Erstreckung und um diese herum, so dass das Gewindeglied eine Vorspannkraft an einen der mehreren Lappen in der radialen Richtung zur Welle hin anlegt, wenn die Welle in der inneren Laufbahn zur Sicherung der inneren Laufbahn an der Welle in sowohl der radialen als auch der axialen Richtung angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei sich jeder der mehreren Lappen in gleichem Maße über ein Segment einer Innenperipherie der zylindrischen Erstreckung hinweg erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die mehreren Wälzelemente zwischen der inneren und der äußeren Laufbahn symmetrisch angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner Folgendes umfasst: Schieben eines Spannhülsenkeils in den Spalt zwischen zwei der mehreren Lappen zur Ausrichtung des Gewindeglieds auf die Mitte eines der mehreren Lappen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bereitstellen der Spannhülse ferner einen Spannhülsenspalt, der sich radial durch die kreisförmige Wand hindurch erstreckt, wobei der Spannhülsenspalt eine Spannhülsenspaltdicke aufweist, die zu der kreisförmigen Wand tangential ist, und eine Spannhülsenschraubengewindeöffnung, die sich tangential durch eine innere Öffnung der Spannhülse durch die kreisförmige Wand auf beiden Seiten des Spannhülsenspalts erstreckt, umfasst, wobei das Verfahren ferner Bringen einer Spannhülsenschraube in Gewindeeingriff in der Spannhülsenschraubengewindeöffnung, um die Spannhülsenspaltdicke zur Sicherung der mehreren Wälzelemente zwischen der inneren und der äußeren Laufbahn und Zentrierung der zylindrischen Erstreckung in der Spannhülse zu verringern, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Gewindeöffnungen um die Spannhülse herum in einem der Spannhülsenschraubengewindeöffnung gegenüberliegenden Bereich symmetrisch beabstandet sind.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Gewindeglied und die Spannhülsenschraube dieselbe Nussgröße aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine Gewindeöffnung zwei Gewindeöffnungen entspricht und wobei ein separates Gewindeglied mit jeder der mindestens einen Gewindeöffnung in Gewindeeingriff steht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine Gewindeöffnung drei oder vier Gewindeöffnungen entspricht und wobei ein separates Gewindeglied mit jeder der mindestens einen Gewindeöffnung in Gewindeeingriff steht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei durch Anlegen der Vorspannkraft von dem Gewindeglied an einen der mehreren Lappen die Mittellinie der Welle eher so platziert wird, dass sie in stärkerer Annäherung an eine kollineare Ausrichtung mit der Mittellinie der inneren Laufbahn platziert ist, wodurch das Vibrieren der Lageranordnung während des Betriebs verringert wird.