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Wälzlager Die Erfindung betrifft ein Wälzlager und insbesondere ein
Kugeln oder Rollenlager, welches einen inneren Ring, der auf einer Welle angeordnet
ist, einen äußeren Ring, der in ein Lagerehäuse eingesetzt ist und Kugeln oder Rollen
zwischen dem inneren und dem äußeren Ring aufweist.
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Bisher wurden Wälzlager in kleinen Maschinen, insbesondere elektrischen
Maschinen, wie z.B. kleinen Elek-tronoteren, Gebläsen, Kompressoren usw. in den
meisten Fällen als abgekapselte Lager aus gebildet, die abgesch.l.ossene Schmierkammerr
aufweisen, die Fett für die Schmierung vorrätig halten und das Eindringen von Staub
vermeiden. Bei einer bekannten Ausführungsform dieser Art sind die Schmierkammern
durch Abdichtung eines Ringraumes gebildet, der zwischen den äußeren und dem inneren
Ring des Lagers vorgesehen ist, in welchem die Kugeln oder Rollen angeordnet sind,
wobei
dieser Ringraum durch Abdichtplatten abgeschlossen ist, die sich ar. die axialen
Enden dieser Ringe anlegen.
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Diese Ausführungsform ist grundsätzlich in der Lage, die weiter oben
angegebenen Aufgaben zu losen, solange es sich um Lager handelt, deren Wellendurchmesser
nicht größer als 50 mm ist, jedoch ist diese Ausgestaltung bei großen oder schnell
laufenden Maschinen nicht mehr anwendbar.
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Der Hauptgrund für diese Beschränkung ist bei großen und schnell laufenden
Maschinen darin zu sehen. daß eine wirksame Abdichtung des Schmiermittels nicht
vorgenommen und das Eindringen von Staub nicht verhindert werden. kann, woraus sich
ein Verschleiß bzw. eine Bescbädigung und eine schlechte Funktion des Lagers ergibt.
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Bei großen oder schnell laufenden Maschinen ist das Schmiermittel
in dem Lager gruhndsätzlich einem Aufwallen und einer relativ hohen Temperatur unterworfen,
was auf die Reibungshitze zurückzuführen ist, die in dem Lager erzeugt wird und
deshalb wird das Schmierfett zu weich und dünnflüssig, als daß es weiterhin -für
eine Schmierung geeignet und in den Schmierkammern wirksam zurückgehalten werden
könnts.
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Diese mit dem Erweichen des Schmierfettes zusammenhängenden.
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Probleme werden ernsthafter, wenn das Aufnahmevermögen der Schmierkammern
klein und unzureichend ist.
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Um diesen oben erwähnten Mangel, der auf eine unzureichende A.ufnahmefähigkeit
der Schmierlcammern zurückzuführen ist, zu vermeiden, ist es bekannt, Schmierkammern
einer genügenden Aufnahmefähigkeit axial neben dem Ringraum zwischen dem äußeren
und dem inneren Ring des Wälzlagers anzuordnen. Der Aufbau eines solchen bekannten
Lagers soll mit Bezug auf Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt einen axialen Teilschnitt eines bekannten Lagers, welches
beispielsweise in einem Elektromotor vorgesehen ist, der eine Welle 1 und ein Gehäuse
2 aufweist.
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In Fig. 1 sind zwei Lager, welche im allgemeinen mit 3 und 4 bezeichnet
sind, zum Zwecke der Erläuterung als Rollen- bzw.
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Kugellager dargestellt, jedoch ist es nur eine Sache der Darstellung,
in welcher Position welche Art von Lagern dargestellt ist.
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Die Lager 3 bzw. 4 weisen äußere Ringe 5 bzw. 6, innere Ringe 7 bzw.
8 und Rollen 9 bzw. Kugeln 10 auf. Die inneren Ringe 7 und 8, die auf einer Welle
1 angeordnet sind, werden in ihrer bestimmten axialen Lage durch Führungshülsen
11, 12 bzw. 13 und 14 gehalten. Auf der anderen Seite sind die äußeren Ringe 5 und
6 in zylindrischen Bohrungen 15a und 16a von Naben 15 und 16 im Gehäuse 2 angeordnet,
wobei die Naben im wesentlichen radial verlaufende Abschnitte 15b und 16b aufweisen,
welche Begrenzungswände von Lagergehäusen bilden, um die axial inneren Enden der
Lager 3 und 4 abzuschließen. Die axial äußeren Enden der Lager 3 und 4 sind durch
Deckel 17 und 18 geschlossen, welche Endwände von Lagergehäusen bilden und ebenso
geeignet sind, die Lager an ihren axial bestimmten Stellen im Gehäuse zu halten.
Mit 19 ist ein Endring bezeichnet, der auf das Ende der Welle 1 aufgeschraubt ist.
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Zu beiden Seiten der Lager, d.h. zu beiden Seiten der Ringräume,
welche durch den äußeren und den inneren Ring der Lager gebildet sind, sind Schmierkammern
20,21,22 und 23 vorgesehen, welche durch die Wände der Lagergehäuse und der Führungshülsen
11 bis 14 begrenzt und in Richtung auf die Ringräume offen sind. Die Führungshülsen
11,12 und 13 rotieren innerhalb von ringförmigen Randabschnitten des
Deckels
17 und der radialen Abschnitte 15b bzw. 16b, wobei die äußeren Durchmesser der Führungshülsen
etwas kleiner sind als die mit diesen zusammenwirkenden ringförmigen Randabschnitte,
so daß ein geringes Spiel zwischen den Führungshülsen und den Randabschnitten verbleibt,
welches notwendig ist, um eine gegenseitige Berührung dieser Teile zu vermeiden.
Die Schmierkammern sind mit Fett gefüllt und das Entweichen aus diesen Kammern aber
die ringförmiC'en Spalte wird durch einen verhältnismäßig großen Strörmungswiderstand
des Schmierfettes verhindert, welches die ringförmigen Spalte ausfüllt, wobei dieses
Fett gleichzeitig das Eindringen von Staub und Wasser verhindert.
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Diese in Fig. 1 dargestellte Lagerandnung ist in großem Ausmaße in
großen oder schnell laufenden Maschinen verwerdet worden. Es kann jedoch nicht gesagt
werden, daß diese Lager hinsichtlich der Vermeidung des Austretens von Schmierfett
und des Eindringens von Staub und Wasser immer zur Zufricdenheit gearbeitet hatten.
Insbesondere besteht bei dem Lager 3, bei welchem die Welle 1 durch das Gehäuse
hipdurchgeführt ist, die Neigung, daß Staub oder Wasser durch die ringförmigen Spalte
zusammen mit einem Luftstrom auf Grund eines Druckunterschiedes zwischen der Außen-
und der Innenseite des Gehäuses angesaugt wird und durch das Lager während des Betriebes
der Maschine hindurchströmt, wodurch das Schmiermittel abgebaut bzw. verringert
wird oder eine Beschädigung des Lagers eintritt. Bei großen oder schnell laufenden
Maschinen wird die Luft innerhalb des Gehäuses durch ein Gebläse, wie es mit 24
in Fig. 1 bezeichnet ist, zu Kühlzwecken umgewälzt und es entsteht darüber hinaus
ein verhältnismäßig großer Unterdruck in der Nähe des Lagers, welcher durch die
schnell umlaufenden Teile erzeugt wird, wodurch die Außenluft, welche verunreinigt
ist, in das Gehäuse durch
die Lageranordnung gesaugt wird. Insbesondere
können die Lager von Maschinen, wie z.B. Elektrokarren, welche in einer staubigen
Umgebung arbeiten, niemals wirksam gegen das Eindringen von Staub bei einer derartigen
Ausgestaltung der Lager geschützt werden.
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IIierdurch kann das Schmierfett in dem Lager der weiter oben erläuterten
Art nicht für die übliche Verwendungsdauer verwendet werden, ehe es soweit verschmutzt
ist, daß es als Schmiermittel nicht mehr dienen kann, wodurch sich die Dauer zwischen
den einzelnen Inspektionen verkürzt. Darüber hinaus wird das in die Schmierkammern
eingebrachte Schmierfet-t entleert und geht verloren, wenn das- Lager zum Zwecke
der Wartung ausgebaut wird und deshalb muß das Schmierfett ergänzt oder vollständig
neu aufgefüllt werden, was einen großen Arbeitsaufwand darstellt.
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Andererseits ist in den letzten Jahren die Leistungsfähigkeit von
Rotationsmaschinen stark vergrößert worden, un die Drehzahlen sind ebenfalls erhöht
worden, trotz größerer Anforderungen an die Lebensdauer der Maschinen und trotz
größerer Inspektionsintervalle.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lageranordnung zu schaffen,
die in großen oder schnell laufenden Rotationsmaschinen verwendet werden kann und
die bei großen Inspektionsintervallen mit möglichst geringen Schwierigkeiten, wie
z.B. das Austreten von Schmierfett oder das Eindringen von Staub oder Wasser arbeitet.
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Diese Aufgabe wird bei einem Wälzlager der eingangs erläuterten Art
erfindungsgemäß gelöst durch Schmiermittelkammern, die axiaL neben einem Ringraum
zwischen dem inneren
und äußeren Ring angeordnet und nur in Richtung
auf den Ringraum geöffnet sind.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Luftkammern
axial neben de.n Schmiermittelkammern auf der dem Ringraum abgewandten Seite derselben
vorgesehen, die miteinander strömungsmäßig verbunden sind. Hierdurch wird die von
außen angesaugte und staub- oder wasserenthaltende Luft über diese als Bypaß dienende
Luftkammern geleitet, wodurch eine Verunreinigung des Schmiermittels wirksam vermieden
wird.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Schmiermittelkammern
jeweils aus einer ringförmigen Schale mit U-förmigem Querschnitt bestehen, die vom
Außenrand radial nach außen vorstehende Flansche aufweisen die zwischen dem äußeren
Lagerring und dem Lagergehäuse gehalten sind. Durch diese Ausgestaltung und Anordnung
brauchen die Schmierfett enthaltenden Kammern und dementsprechend auch das darin
enthaltende Schmierfett beim Ausbau eines Lagers nicht ausgewechselt zu werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die innere
Fläche am äußeren Rand der ringförmigen Schale und die innere Fläche des Außenringes
zumindest im untersten Bereich miteinander fluchten, wodurch das in die Schm-iermittelkammern
eingefüllte Schmiermittel in wirksamer Weise vollständig zur Schmierung herangezogen
werden kann.
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Vorzugsweise kann die ringförmige Schale aus einem kunstharzhaltigen
Werkstoff bestehen und es kann eine ringförmige Dichtung zwischen dem Flansch der
Schale und dem Außenring des Lagers angeordnet sein.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Es
zeigen: Fig. 1 einen axialen Teilschnitt durch eine bekannte Lageranordnung zur
Erläuterung des Standes der Technik; Fig.2 einen axialen Teilschnitt durch eine
erfindungsgemäße Lageranordnung ; Fig.3 einen Axialschnitt durch eine andere Ausf-ührungsform
gemäß der Erfindung; Fig. 4 eine Ansicht einer in der Ausführungsform gemäß Fig.
3 vorgesehenen ringförmigen Schale; und Fig. 5 eine Ansicht einer gegenüber Fig.
4 abgeänderten Ringschale.
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Die in Fig.2 dargestellte Wälzlageranordnung entspricht einer bekannten
Lageranordnung, die in Fig. 1 dargestellt ist. Jedoch ist die Anordnung gemäß Fig.
2 auf Grund der vorliegenden Erfindung verbessert. In Fig. 2 sind diejenigen Teile,
die denen in Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Demgemäß
sind die Lageranordnungen entsprechend Fig. 2 beispielsweise in einem Elektromotor
vorgesehen, der eine Welle 1 und ein Gehäuse 2 aufweist, das das Rollen- bzw. Kugellager,die
allgemein mit 3 und 4 bezeichnet sind, aufnimmt und welche einen Außenring 5 bzw.
6, einen Innenring 7 bzw. 8 und Rollen 9 bzw. Kugeln 10 aufweisen. Der Innenring
7 bzw. 8 des Rollen- bzw. Kugellagers ist auf der Welle 1 angeordnet und ist in
seiner bestimmten axialen Lage durch Führungshülwsen 111,112 bzw. 113 und 114 gehalten.
Die Außenringe 5 und 6 sind in zylindrischen Bohrungen 115a und 116a von Naben 115
und 116 des Gehäuses 2 aufgenommen. Die Naben 115 und 116 haben
Wandabschnitte
115b und 116b, die im wesentlichen radial verlaufen und Wandabschlüsse für ein Lagergehäuse
bilden und die axial inneren Enden der Lager 3 bzw. 4 verschließen. Die axial äußeren
Enden der Lager 3 und 4 sind durch Deckel 117 bzw. 118 verschlossen, Welche die
Außenwände der Lagergehäuse bilden.
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Zu beiden axialen Seiten der Ringräume, die zwischen dem Außen- und
Innenring 5 bzw. 7 des Rollenlagers 3 und zwischen dem Außen- und Innenring 6 bzw.
8 des Kugellagers .4 gebildet sind, sind schmiermittelenthaltende Kammern 120, 121,122
und 123 vorgesehen, welche durch ringförmige Schalen 124, 125, 126 und 127 begrenzt
sind. Die ringförmigen Schalen 124,125,126 und 127 haben Flansche 124a, 125a, 126a
und 127a, die jeweils vom Außenrand radial nach außen vorstehen. Die ringförmigen
Schalen 124 und 125 sind identisch ausgebildet, jedoch einander entgegengesetzt
angeordnet.
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In gleicher Weise können- die ringförmigen Schalen 126 und 127 identisch
ausgebildet, jedoch einander entgegengesetzt angeordnet sein. Die ringförmige Schale
124 ist mit ihrem Flansch 124a zwischen einer Endfläche 117a eines ringförmigen
Ansatzes 117b des Deckels 117 und der axialen Endfläche des Außenringes 5 gehalten,
während die ringförmige Schale 125 mit ihrem Flansch 125a zwischen einer ringförmigen
Schulter 115c des radialen Abschnittes 1 115b und der anderen axialen Endwand des
Außenringes 5 gehalten.
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In ähnlicher Weise ist die ringförmige Schale 126 mit ihrem Flansch
126a zwischen einer ringförmigen Schulter 116c der Nabe 116 und der axialen Endfläche
des Außenringes 6 gehalten, während die ringförmige Schale 127 mit ihrem Flansch
127a zwischen einer Endfläche 118a eines ringförmigen Ansatzes 118b des Deckels
118 und der anderen axialen Endfläche des Außenringes 6 eingeklemmt ist. Zwischenn
den
Flanschen 124a und 125a und dem Außenring 5 sind ringförmige
Dichtungen 28 vorgesehen, so daß das erweichte Fett bei hoher Temperatur, die sich
aus der erzeugten Reibungswarme ergibt, nicht durch Spalte zwischen den Flanschen
und dem Außenring entweichen kann. In ähnlicher Weise sind ringförmige Dichtungen
129 zwischen den Flanschen 126a und 127a und dem Außenring 6 vorgesehen.
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Zu beiden axialen Seiten der ringförmigen Schalen 124 und 125 sind
ringförmige Luftkammern 130 bzw. 131 vorgesehen, welche durch die Außenwände der
ringförmigen Schalen 124 und 125 und den Innenwänden des Deckels 117 und dem radialen
Abschnitt 115b begrenzt sind, wobei die Innenwände von den Außenwändend,er Schale
einen Abstand aufweisen. Die Luftkammern 130 und 131 sind miteinander durch Luftleitungen
132 verbunden, die in geeigneter Weise am Außenumfang der Lageranordnung verteilt
angeordnet sind und sich durch den ringförmigen Ansatz 117b und die Nabe 115 erstrecken.
Zu beiden axialen Seiten der ringförmigen Schalen 126 und 127 sind ebenfalls Luftkammern
133 und 134 vorgesehen.
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Bei der Lageranordnung gemäß Fig.2 ist das Innere der schmierfettenthaltenden
Kammern 120 bis 123 gegenüber den rotierenden Führungshülsen 111 bis 114 durch den
inneren Rand der ringförmigen Ü-förmig ausgebildeten Schale abgedichtet, wodurch
eine starke Bewegung des Schmierfettes, wie sie in den üblichen Lageranordnungen
gemäß Fig. 1 auftritt, vermieden wird. Darüber hinaus wird das in die Schmiermittelkammern
eingefüllte Schmierfett durch die Schalen gehalten, so daß es selbst bei einem'Ausbau
des Lagers zum Zwecke der Wartung nicht entleert zu werden braucht oder verlorengeht.
Andererseits wird die durch den
ringförmigen Spalt zwischen dr
Führungshülse 111 und dem Deckel 117 angesaugte Luft über die Luftkammer 130, die
Luftleitungen 132 und die Luftkammer 131 in das Innere des Gehäuses 2. geleitet,
so daß die Luft um die fettaufweisenden Flächen und Räume des Lagers herumgeleitet
wirdW°durch eine Verschmutzung des Schmierfettes durch Staub oder Wasser, das mit
der Luft hereingebracht wird, vermieden ist. Im Falle des Lagers 4, welches am geschlossenen
Ende des Gehäuses anordnet ist, besteht keine Gefahr, daß verunreinigte Luft von
außen hereingesaugt wird und deshalb besteht dort nicht die Notwendigkeit, Luft-Bypaßleitungen
entsprechend der Leitung 132 vorzusehen. Jedoch ist die Luftkammer 133 vorgesehen,
um denjenigen Staub aufzufangen, welcher durch den ringförmigen Spalt zwischen der
Führungshülse 113 und dem radialen Abschnitt 116b der Nabe 116 hineinkommen kann.
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Da die schmierfettenthaltenden Kammern 120 bis 123 bzw.
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die ringförmigen Schalen 124 bis 127 nur in Richtung auf die ringförmigen
Räume geöffnet sind, in welchen zwischen den äußeren und den inneren Ringen der
Lager die Rollen bzw.
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Kugeln angeordnet sind, kann das Schmierfett bzw. das Schmiermittel,
welches in diese Kammern eingefüllt ist, in wirksamer Weise vollständig für die
Schmierung der Lager verwendet werden. Die vollständige Verwendung des Schmiermittels
ist jedoch bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 3 bis5 besser gewährleistet. Bei
einer Lageranordnung gemäß Fig.3, welche ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel gemäß
der Erfindung darstellt, ist die innere Fläche 203 eines Außenringes 202 eines Kugellagers
201 in gleicher Höhe angeordnet, wie die innere Fläche 205 am äußeren Rand der ringförmigen,
U-förmig ausgestalteten Schale 204, und zwar zumindest-im untersten Bereich beider
Flächen. Durch diese Ausgestaltung wird das Schmiermittel in den Schmiermittelkammern
206 den Lagerflächen der Kugeln und den Laufflächen des Lagers bis zum
letzten
Tropfen des Schmiermittels zugeführt werden, ohne daß im untersten Bereich dieser
Kammern ein Stau im Schmiermittel auftreten könnte.
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Die Abstimmung der Flächen 203 und 205 im untersten Bereich ist bei.
der Ausführungsform gemäß Fig. 4 durch Ausbildung einer horizontalen Fläche 207
an der Innenfläche 205 der ringförmigen Schale 204 gewährleistet oder diese Abstimmung
kann bei der anderen Ausführungsform gemäß Fig. 5 durch exzentrische Anordnung der
ringförmigen Schale in bezug auf das Lager 201 erzielt werden, so daß die Oberflächen
203 und 205 im unteren Bereich miteinander fluchten.
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Bei einer weiteren und ganz. einfachen Ausgestaltung kann die Übereinstimmung
im unteren Bereich der Flächen 203 und 205 dadurch erreicht werden, daß beide Flächen
den gleichen Durchmesser aufweisen. Diese zuletzt genannte Ausgestaltung hat jedoch
den Nachteil, daß das Volumen der Schmiermittelkammern gegenüber den Ausführungsformen
gemäß den Fig.4 und 5 verkleinert ist.
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Die ringförmigen Kammern können aus Metall oder thermoplastischem
Kunstharz mit einer höheren Wärmebeständigkeit hergestellt werden. Beispielsweise
wird für die ringförmigen Schalen, welche ständig einer Temperatur oberhalb 1000C
ausgesetzt sind, vorsugsweise Polyäthylen, Terephthalat oder glasfaserverstärktes
Polyamidharz verwendet. Da diese Harze in gewisser Weise elastisch sind, und durch
Verstärkung mittels Glasfasern zäh gemacht werden können, können die ringförmigen
Schalen, die aus diesen Harzen hergestellt sind, so genau passend zwischen die Außenringe
und die Lagergehäuse eingebaut werden,daß es nicht mehr notwendig ist, eine ringförmige
Dichtung an diesen Halteflächen vorzusehen,