DE1261707B - Einstelleinrichtung mittels Keilen, insbesondere fuer Lager - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.

F16c

Deutsche KL: 47 b - ik -? ^ 'C ν

Nummer: 1 261707

Aktenzeichen: K 41254 XII/47 b

Anmeldetag: 21. Juli 1960

Auslegetag: 22. Februar 1968

Die Erfindung betrifft eine Einstelleinrichtung, insbesondere für Lager von Wellen, Achsen u. dgl., bei der das einzustellende Teil zwecks Änderung seiner Lage im Räume auf gekrümmten Keilflächen gleitet.

Die bekannten Stelleinrichtungen verwenden durchweg Keile, deren Keilflächen von Geraden erzeugt werden, die entweder untereinander parallel und etwas schräg zur Mittelachse beispielsweise der einzustellenden Lagerbüchse liegen (Flachkeile und zylindrische Keile) oder deren etwas schräg zur Mittelachse liegende Erzeugende sich in einem Punkte schneiden (Kegelkeile). Das einzustellende Teil kann dabei ausschließlich parallel verschoben werden, um z. B. Passungsungenauigkeiten oder die durch natürlichen Verschleiß eingetretene Vergrößerung des Lagerspiels zu beseitigen. Die genannten Keile gestatten hingegen keine Schwenkung der Lagerachse, um etwa vorhandene Fluchtungsfehler zweier oder mehrerer Lager zu beheben.

Für diesen Zweck sind die sogenannten selbsteinstellenden Lager bekanntgeworden, bei denen das die Welle umschließende Teil außen mit einer Kugelfläche versehen ist, auf der es sich in einer entsprechenden Kalotte des Gehäuses abstützt. Der Mittelpunkt der Kugel liegt dabei in der Lagerachse, d. h., der Kugelradius ist verhältnismäßig klein und die Flächenkrümmung entsprechend groß. Derartige Flächen lassen sich aber besonders in Hohlkörpern mit der im neuzeitlichen Maschinenbau geforderten Präzision nur äußerst schwierig herstellen.

Außerdem ist bekannt, Lagerbüchsen mittels kugeliger oder balliger Flächen oder mit Hilfe von Schwenkwalzen, Schwenkbolzen oder Kippkanten zum Zweck des Ausgleichs von Fluchtungsfehlern schwenkbar anzuordnen. Bei diesen Lagern, ebenso wie bei den zuvor erwähnten, ist jedoch eine Parallelverschiebung ohne zusätzliche Stellmittel nicht möglich.

Es ist weiterhin eine Vorrichtung zur Schrägeinstellung einer Lagerachse bekannt, bei der zwei schräg gebohrte Flanschbüchsen ineinandergeschachtelt sind und die Berührfläche der Flansche rechtwinklig zur Achse der Schrägbohrung liegt. Durch Verdrehen einer der oder beider Flanschbüchsen kann hiermit innerhalb der maximalen Winkelabweichung von der »Sollrichtung« jeder Winkel eingestellt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einstelleinrichtung mittels Keilen so auszubilden, daß sowohl Schwenkungen als auch parallele und/oder axiale Verschiebungen des einzustellenden Teiles möglich sind.

Einstelleinrichtung mittels Keilen,
insbesondere für Lager

Anmelder:

Dr.-Ing. Egon Kirchner,

6800 Mannheim-Feudenheim, Schützenstr. 24

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Egon Kirchner,
6800 Mannheim-Feudenheim

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Stützung des einzustellenden Teiles ausschließlich Keilpaare angeordnet sind, deren Erzeugende der Keilflächen in achsparallelen Ebenen liegende Kreisbögen sind, von denen die in einer Ebene befindlichen unterschiedliche Krümmungsradien haben, oder daß die Lagerbüchse sich axial an einem in der Gehäusewand drehbar zentrierten Ring unter Zwischenschaltung eines mit zur Wellenachse geneigten Keilfiachen versehenen Drehkeiles abstützt.

Wenn alle nebeneinanderliegenden Kreisbögen den gleichen Radius haben, stellt die Keilfläche also einen schmalen Ausschnitt aus einem Zylindermantel quer zur Zylinderachse dar. Die Radien nebeneinanderliegender Kreisbögen können nun aber auch versehieden groß sein, so daß beliebige Flächen zweiter Ordnung, z. B. Kugel- oder Kegelflächen, entstehen. Andererseits kann die Führung längs gekrümmter Bahnen auch in der Weise erfolgen, daß der oder die Keile auf schräggestellten Ebenen oder sonstigen Kegelflächen zweiter Ordnung um eine Achse gedreht werden.

Keilpaare, deren Erzeugende der Keilflächen in achsparallelen Ebenen liegende Kreisbögen sind, von denen die in einer Ebene befindlichen unterschiedliehe Krümmungsradien haben, gehören an sich zum Gegenstand des älteren Patents 1169 760 und sind vom Umfang des vorliegenden Schutzrechtes ausgeschlossen.
Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Einstelleinrichtung für ein Gleitlager mit Kreisbogenkeilen im Querschnitt,

809 503/159

F i g. 2 einen Axialschnitt durch das Lager nach F i g. 1 längs Linie H-II,

Fig. 3 eine Zweifachlagerung mit abhängigen Kreisbogenkeilen,

F i g. 4 eine Zweifachlagerung mit unabhängigen Kreisbogenkeilen,

F i g. 5 eine Anordnung mit sphärischen Keilen im Schnitt,

F i g. 6 die Anordnung nach F i g. 5 in der Draufsicht,

F i g. 7 eine einstellbare Wälzlagerung mit zwei sphärischen Keilpaaren,

F i g. 8 eine Anordnung mit sphärischen Keilen, deren Scheitelpunkte außerhalb der Lagermittelebene liegen, im Axialschnitt,

F i g. 9 einen Schnitt längs Linie IX-IX der F i g. 8, F i g. 10 einen Schnitt längs Linie X-X der F i g. 9,

Fig. 11 ein Axialdrucklager mit kegelförmigen Keilflächen.

In Fig. 1 und 2 bezeichnet 1 eine Hohlwelle, die in der Gleitlagerbüchse 2 gelagert ist. Diese ist an vier diametral gegenüberliegenden Stellen mit konvex gekrümmten Flächen 3 und konkav gekrümmten Flächen 3' versehen, deren Erzeugende in zur Lagerachse parallelen Ebenen liegende Kreisbögen sind. Auf diesen Flächen liegen die Kreisbogenkeile 4 und 4' auf, deren Innenflächen denjenigen Krümmungen der Flächen 3, 3' entsprechen. Die Außenfläche 5 des Keiles 4 ist in der Verschieberichtung ebenfalls konvex und die Fläche 5' des Keiles 4' konkav gekrümmt. Die diese Flächen 5, 5' erzeugenden Kreisbögen können gleiche oder verschiedene Krümmungen haben wi& diejenigen der Flächen 3, 3'; sie dürfen jedoch nicht konzentrisch sein. Auf den Keilflächen S, S' liegen die Keile 6, 6' mit geometrisch gleichen Innenflächen auf. Für die Bemessung der äußeren Keilr flächen 7, T der Keile 6, 6', mit der diese sich an geometrisch gleichen Innenflächen im Lagergehäuse 8 abstützen, gilt das gleiche, wie oben zu den Keilflächen S, 5' ausgesagt. Je zwei Keile 4, 6 bzw. 4', 6' sind in einer breiten Nut 9 bzw. 9', deren Grundflächen die Gegenflächen der äußeren Keilflächen 7, 7' bilden, geführt und dadurch gegen seitliche Verschiebungen gesichert. Das Gehäuse 8, dessen Außenfläche als glatte zylindrische Fläche ausgebildet ist, ist an den Stirnseiten mit angeschraubten Flanschdeckeln 10, 11 abgeschlossen.

Um die Lagerbüchse 2 gegen axiale Verschiebungen zu sichern, sind zwischen den Flanschdeckeln 10, 11 und der Büchse 2 elastische Ringe 12, 13 angeordnet. Für schwere Lager können statt dessen auch Kugelflächen oder bombierte Fläche an den sich berührenden Enden der Lagerbüchse und der Ansätze der Flanschdeckel vorgesehen werden.

Zur Verstellung der Kreisbogenkeile 4, 6 bzw. 4', 6' können beliebige Stellmittel, z. B. mit Gewinden versehene drehbare Ringe, Stellschrauben, Hebelmechanismen, hydraulische Kolben u. dgl., verwendet werden. In F i g. 2 sind beispielsweise Stellschrauben 14, IS und Spielausgleichsfedern 16, 17 angedeutet. Alle Schraubenköpfe werden zweckmäßig in Ausnehmungen, z. B. Senklöcher 18, des Gehäuses bzw. der Flanschdeckel untergebracht, damit das Lager als komplettes Einsteckelement in eine Bohrung eingesetzt werden kann, für deren Koordinatenlage bzw. Fluchtung zu anderen korrespondierenden Bohrungen keine allzu geringen Toleranzen erforderlich sind. Bei der gezeigten zylindrischen Außenfläche des Lagergehäuses kann dieses in der es aufnehmenden Wandbohrung beliebig verdreht und dann fixiert werden.

Die Wirkungsweise der Keilpaare 4, 6 bei ihrer Verschiebung gemeinsam oder einzeln, und zwar entgegengesetzt zueinander oder in gleicher Richtung, ist im Zusammenhang mit Fig. 2 des deutschen Patents 1169 760 erläutert und mathematisch bewiesen. Es geht daraus terror, daß bei Bewegung beider

ίο Keile, z. B. 4, 6, eines Paares in gleicher Richtung eine Schwenkung und bei Bewegung in entgegengesetzter Richtung unter Einhaltung bestimmter Verhältnisse der Verschiebewege eine Parallelverschiebung der Wellenachse eintritt. Für die Schwenkung müssen selbstverständlich die nicht in Funktion befindlichen Keile, in F i g. 1 also die um 90° versetzt liegenden, gelöst werden.

Für die Mehrfachlagerung mit Kreisbogenkeilen bieten sich folgende grundsätzliche Systeme an:

I. Die Lagerung mit »abhängigen« Kreisbogenkeilen, wie in Fig. 3 dargestellt, bei der die Scheitelpunkte S₀ bzw. die Krümmungsmittelpunkte M₁, M₂ in der Ausgangsstellung in der Mittelebene x-x zwischen den beiden Endlagern

liegen und

II. die Lagerung mit »unabhängigen« Kreisbogenkeilen, wie in Fig. 4 dargestellt, bei der die Scheitelpunkte 5₀' der Kreisbogenkeile bzw. deren Krümmungsmittelpunkte M₃, M₄ in der

Mittelebene y-y eines jeden Lagers liegen.

Welchem dieser Systeme der Vorzug zu geben ist, muß von Fall zu Fall entschieden werden. System Π eignet sich hauptsächlich für Lagerungen mit mehr als zwei Lagerstellen und für große Lagerabstände. System I kommt dagegen vornehmlich für Zweifachlagerungen und kurze Lagerabstände in Betracht.

Die F i g. 3 und 4 veranschaulichen nochmals die Zuordnung der konvex und konkav gekrümmten Keilflächen. Die diese erzeugenden Kreisbögen sind in F i g. 3 mit O₁, b_z und b₃, &₄, in F i g. 4 mit b₅, b_e und b₇, b₈ bezeichnet. Die zugehörigen Krümmungsradien sind Y₁, r_t + A₂, r₃, Y₃ + A₁, Y₅, Y₅ + A₀, Y₇, r₇ + A_s. Die koordinierten Bögen b_x, B₂ liegen kon-

zentrisch mit dem Abstand A₂. Ebenso liegen die Bögen b_s, i>₄ konzentrisch mit dem Abstand A_t. Für die Parallelverschiebung der Wellenachse ist nun Bedingung, daß b₃ (bzw. 6₄) einen vom Bogen b_± (bzw. b₂) verschiedenen Mittelpunkt M₂ hat, oder

daß der Radius r₃ (bzw. r₃ + A^ verschieden groß ist von Y₁ (bzw. r_t +^A₂). Das gleiche gilt für die Radien Y₅ und Y₇ bzw. Y₅ + A_e und r₇ + A_s.

Die oben erläuterten Einstelleinrichtungen mit Kreisbogenkeilen lassen nur Schwenkungen in soviel Ebenen zu, als koordinierte Kreisbogenkeilpaare vorhanden sind, sofern nicht — wie im Zusammenhang mit F i g. 1 und 2 erwähnt — der ganze Lagerkörper verdreht wird. Werden nun die Keilflächen als konvexe und konkave Kugelflächen ausgebildet, dann können mit zwei gegenüberliegenden Keilpaaren Schwenkungen in beliebigen Ebenen vorgenommen werden. Solche sphärischen Keile sind im Prinzip in F i g. 5 und 6 erläutert. Auf einer Kugelfläche 20 mit konvexer Krümmung und Krümmungsradius R₀ liegt

der sphärische Keil 21 auf, dessen Innenfläche 21a konkav mit Radius R₀ und dessen Außenfläche 21 b konvex mit Radius R₁^R₀ konvex gekrümmt ist. Auf der letzteren liegt der sphärische Keil 22 auf,

dessen Innenfläche 22 α entsprechend R₁ konkav gekrümmt ist.

Nach obigen Erläuterungen ist es ohne weiteres verständlich, daß ein auf dem Keil 22 gelagertes Teil (nicht dargestellt) bei Verschiebung der Keile 21 und 22 in entgegengesetzten Richtungen abgesenkt wird. Ferner sind auf den Kugelflächen Schwenkungen in beliebigen Ebenen möglich.

Als Stellmittel ist hier ein an einem Bund 23 geführter Ring 24 angedeutet, der mit zwei diametral gegenüberliegenden Schraubenpaaren 25, 26 und 25', 26' versehen ist. Durch Drehen des Ringes 24 gelangen die Schraubenpaare in die gewünschte Schwenkebene.

F i g. 7 zeigt die Anwendung sphärischer Keile für die Einstellung eines Wälzlagers 27, mit dem die Welle 28 gelagert ist. Das Wälzlager 27 ist dabei in den Schalen 29, 30 eingekapselt, deren Außenflächen 29 a, 30 a sphärisch konvex gekrümmt sind. An diesen Flächen liegen analog Fig. 5 die sphärischen Keile 31, 32, 33, 34 an, von denen sich die Keile 32 und 34 an den sphärisch konkav gekrümmten Innenflächen 35 a, 36 a der an der Gehäusewand 37 drehbar gelagerten Flanschdeckel 35 und 36 abstützen. Zur Verschiebung der Keile dienen die Schraubenbolzen 38 und 39 bzw. 38', 39', die an Bunden der Keile 31 und 32 bzw. 33 und 34 angreifen. Mit der gezeigten Einstelleinrichtung läßt sich nicht nur der Mittenabstand der Lager, sondern auch die Fluchtung geometrisch exakt einstellen, was besonders für die Lebensdauer von Wälzlagern von ausschlaggebender Bedeutung ist.

In F i g. 8, 9 und 10 bezeichnet 40 eine Gehäusewand, in der die axiale und radiale Kräfte übertragende Welle 41 mit Bund 42 mittels Lagerbüchse 43 gelagert ist. Diese ist in den Hals 44 a eines Zwischenstückes 44 eingepaßt, das seinerseits in eine mit der Gehäusewand 40 über Gelenkbolzen 45 od. dgl. gelenkig verspannten Traverse 46 eingepreßt ist. Andererseits ist in der Wand 40 das Widerlagerstück 47 drehbeweglich eingepaßt, das auf der Außenseite mit einem Bund 47 a versehen ist.

Zur Einstellung des Lagers dienen die sphärischen Keile 48 und 49, die auf entsprechend geformten Flächen 44 & und 47 b der Teile 44 und 47 aufliegen.

Für Verschiebungen in Achsrichtung werden die Keile 48, 49 wiederum gegeneinander verschoben. Zu diesem Zweck ist die Büchse 43 an ihrem freien Ende bei 43' abgesetzt und hier mit Nocken 50, 50' und 51, 51' versehen, die in oval abgeflachte öffnungen 52 und 53 der Keile 49 und 48 eingreifen. Beim Verdrehen der Büchse 43, z. B. mit Hilfe eines am Bund 43 a angesetzten Hakenschlüssels, werden die beiden Keile in entgegengesetzte Richtungen und dadurch der Bund 43 α in Achsrichtung verschoben. Um die Keile an gegenseitiger Verdrehung zu hindern, sind sie mit einer Nut-Feder-Führung 54 ausgestattet.

Im Unterschied zu den Anordnungen nach F i g. 5 bis 7 sind hierbei die sphärischen Keile nicht so ausgebildet, daß ihre Scheitelpunkte S₁, S₂ in der Lagerachse liegen, sondern im Abstand e von derselben entfernt. Diese Maßnahme gestattet das Schwenken der Welle 41 lediglich durch Verdrehen des Widerlagerstückes 47. Dieses Widerlagerstück, dessen konkave Innenfläche bei rotatorischer Verschiebung in der Verschieberichtung ebenfalls konstant gekrümmt ist, übt hier also eine Keilfunktion aus. Es versteht sich von selbst, daß man vor jeder Einstellung die Lagerspannkräfte durch Lockern der Verschraubungen verringern wird, um die Einstellkräfte möglichst klein zu halten.

In besonderen Fällen kann nun die rein rotatorische Verschiebung bei der Verdrehung eines oder mehrerer Keile für die Einstellung eines Lagers genügen, wobei die Keilfläche nicht — wie bei dem Widerlagerstück 47 der Fig. 8 — kugelförmig sein muß, sondern eine beliebige Fläche erster oder zweiter Ordnung sein kann. Ein solches Lager ist beispielsweise in Fig. Ii dargestellt. Darin bezeichnet

60 eine Gehäusewand, in der in einer Ausnehmung der Ring 61 drehbar gelagert ist. Die obere Stirnfläche 61a dieses Ringes ist nach innen konisch, also kegelförmig, und zwar derart, daß die Kegelachse y-y um den Winkel α schräg zur Achse x-x der Welle

62 liegt. Auf dieser Konusfläche liegt der Drehkeil 63 auf, dessen dem Teil 61 zugewendete Stirnfläche eine dem Innenkonus 61a entsprechende Außenkonusfläche darstellt, wohingegen die andere Stirnfläche

63 α wiederum als Innenkonusfläche ausgebildet ist, deren Mittelachse z-z mit der Wellenachse den Winkel β einschließt. Der Neigungsunterschied der beiden Kegelachsen y-y und z-z zur Wellenachse x-x beträgt also γ = α,—β. Auf der Fläche 63 a liegt schließlich die eigentliche Lagerbüchse 64 auf, mit einem dem Innenkonus 63 α entsprechenden Außenkonus auf der unteren Stirnseite und einer als Anschlag für den Wellenbund dienenden oberen Stirnfläche.

Diese Anordnung bietet in sehr einfacher Weise die Möglichkeit, die Wellenachse x-x mit großer Genauigkeit aus der gezeigten Nullage herauszuschwenken, indem der Drehkeil 63 und die Teile 64 und

61 mit unterschiedlichen Winkelbeträgen um ihre Achsen gedreht werden, zu denen sie infolge Konizität der Gleit- oder Keilflächen zentriert sind.

Abschließend sei erwähnt, daß die Gleitflächen nicht unbedingt konisch sein müssen; sie können auch ebene, schräggestellte Kreisflächen sein, die an Bunden zentriert sind. Ferner muß die Neigung nicht · unterschiedlich groß sein, Winkel γ kann auch gleich Null sein, wobei dann die Achsen der Drehkeilflächen parallel verlaufen. Außerdem können analog den gezeigten und erläuterten Kreisbogenkeilanordnungen auch mehrere Drehkeile zusammenwirken.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Einstelleinrichtung, insbesondere für Lager von Wellen u. dgl., bei der das einzustellende Teil zwecks Änderung seiner Raumlage auf gekrümmten Keilflächen gleitet, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stützung des einzustellenden Teiles (1) ausschließlich Keilpaare (4, 6) angeordnet sind, deren Erzeugende der Keilflächen (5) in achsparallelen Ebenen liegende Kreisbögen sind, von denen die in einer Ebene befindlichen unterschiedliche Krümmungsradien haben, oder daß die Lagerbüchse (64) sich axial an einem in der Gehäusewand (60) drehbar zentrierten Ring (61) unter Zwischenschaltung eines mit zur Wellenachse (x-x) geneigten Keilflächen (61a, 63 a) versehenen Drehkeiles (63) abstützt.

2. Einstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilflächen (21a, 21 b) Teile von Kugelflächen sind.

3. Einstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilflächen des

Drehkeiles (63) als Flächen erster oder zweiter Ordnung ausgebildet sind.

4. Einstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Keilpaare (4, 4'; 6, 6') diametral gegenüberliegend angeordnet sind.

5. Einstelleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anordnung eines drehbaren Ringes (24) mit Stellschrauben (25, 26; 25', 26'), der in die jeweilige Schwenkebene gedreht werden kann.

6. Einstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keile (48, 49) mittels Nut-Feder-Führung (54) gegen Drehung ge-

sichert sind und mit BBIf e von an der Lagerbüchse (43) paarweise angebrachten Nocken (50, 50'; 51, 51') gegenläufig bewegt werden können.

7. Ernstelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitelpunkte (Sp S₂) der Kugelflächen außerhalb der Lagermittelebene liegen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 342 045.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1169 760.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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