DE19509768C2 - Lager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lager gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der GB 20 55 151 A ist ein Radiallager mit einem Flanschteil bekannt, welcher eine Gleitlagerbuchse enthält und über Keile winkelverstellbar mittels achsparallelen Schrauben befestigt ist. In einem DE-Prospekt "Das Wälzlager im Kraftfahrzeug", Publ. Nr. 05100, Seite 21, sind die Möglichkeiten dargestellt, die axiale Beweglichkeit eines Wälzlagers durch einen Lagerdeckel, einen Haltering oder radial übergreifende Halteelemente zu begrenzen, welche durch achsparallele Schrauben an einem nicht näher beschriebenen Gegenstück befestigt sind. Die DE-PS 5 99 706 zeigt ein Schiebelager zur Lagerung von zueinander einstellbaren, gemeinsam angetriebenen Rollenwellen, wobei Wellenlager kolbenartig in Führungen im inneren des Antriebsgehäuses verschiebbar angeordnet sind. Die DE-PS 1 19 920 zeigt um eine zu lagernde Welle herum verteilt angeordnete Lagersegmente, die durch Schrauben im Lagergehäuse quer zur Lagerachse einstellbar sind. US 4 095 856 zeigt ein sphärisch einstellbares Vertikallager. Das DE 73 16 999 U1 zeigt ein Radiallager, welches durch achsparallele Schrauben an einem Rahmen befestigt ist. Auf den Schrauben befinden sich Exzenterscheiben zur radialen Einstellung des Lagers bei gelöster Schraube. Die US 2 594 836 und das DE 91 03 425 U1 zeigen ebenfalls Wellenlagerungen mit Exzenterringen zur exzentrischen Lagereinstellung. Die US 1 109 773 zeigt einen Lagerbock, der in einem Lagerrahmen durch Stellschrauben quer zur Lagerachse verschiebbar ist.

Eine hohe Laufgenauigkeit und eine hohe dynamische Steifigkeit von Maschinenwellen und Spindeln einer Maschine können nur erreicht werden, wenn die Lager und Wellen exakt zueinander positioniert sind. Insbesondere im Getriebebau spielt die Einbaugenauigkeit der Zahnradwellen relativ zu den Wellenlagern eine wichtige Rolle, da sie die Verschleißeigenschaften und die dynamische Stabilität des Getriebes wesentlich beeinflußt. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Passungs-, Form- und Lagetoleranzen dieser Bauteile. Für den Maschinenhersteller bedeutet es allerdings einen hohen Fertigungsaufwand und entsprechende Kosten, diese Anforderungen zu erfüllen. Um die Fertigungskosten zu reduzieren sind daher Gleitlager wünschenswert, bei denen zum einen die Position der Welle relativ zum Lager und zum anderen das Lagerspiel nachträglich eingestellt werden kann.

Ein solches Lager ist das Dreiflächen-Lager nach Mackensen, in dessen Lagergehäuse eine hülsenförmige Lagerschale lösbar befestigt ist, in welcher eine Welle drehbar gelagert ist. Zwischen der inneren Umfangsfläche des Lagergehäuses und der äußeren Umfangsfläche der Lagerschale sind in Wellenlängsrichtung drei Leisten eingepreßt, durch welche die ursprünglich kreisrunde Lagerschale zu einem Dreiflächen-Lager verformt wird. Zum Einstellen des Lagerspiels oder zum Verändern der Wellenposition innerhalb des Lagers müssen die Leisten ausgewechselt werden. Dies ist aufwendig, da die eingepreßten Leisten aus dem Lager herausgelöst werden müssen und weil für jedes gewünschte Lagerspiel drei Leisten angefertigt werden müssen. Eine Vergrößerung des Lagerspiels ist nicht immer möglich, weil sich eine über einen längeren Zeitraum wirkende elastische Verformung der Lagerschale nur unvollständig zurückbildet.

Aus dem Stand der Technik sind außerdem Kippsegmentlager bekannt, bei denen die Position der Welle relativ zum Lager verändert werden kann, indem radial bzw. axial einstellbare Kippsegmente verwendet werden. Da die Welle bei einem solchen Lager durch mehrere Kippsegment-Laufflächen geführt wird, ist es aufwendig, die einzelnen Kippsegmente so einzustellen, daß die Position der Welle unter Beibehaltung eines bestimmten Lagerspiels verändert wird.

Beim kreiszylindrischen Drehbanklager von Ten Bosch kann das Lagerspiel nachträglich eingestellt werden. Dazu weist die Lagerschale in axialer Richtung einen konischen Sitz im Lagergehäuse auf, wobei zur Verringerung des Lagerspiels die Lagerschale durch eine Zugmutter in diesen Sitz gepreßt wird, wodurch sich der Innendurchmesser der Lagerschale verringert.

Sphärische Gleitlager erlauben eine Drehung der Welle relativ zum Lager, eine nachträgliche Einstellung des Lagerspiels oder ein radialer Versatz der Welle ist jedoch nicht möglich.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Radialgleitlager so auszubilden, daß die Position der Welle relativ zum Lagergehäuse oder die Position der Lagerschale realtiv zur Welle auf einfache Weise eingestellt werden kann und die Fertigungskosten für ein solches Lager möglichst gering sind. Insbesondere sollen die Einstellvorgänge ohne Demontage des Lagers möglich sein.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:

• - aufgrund der nachträglichen Beeinflussungs­ möglichkeit der Einbaulage der Welle gegenüber dem Lagergehäuse oder Maschinengehäuse sind bei der Lager- und Wellenfertigung größere Toleranzen möglich, was zu niedrigeren Fertigungskosten dieser Bauteile führt;
• - die Einstell-Mittel sind standardisierte Bauteile und daher kostengünstig;
• - das Lager kann ohne Demontage nachträglich eingestellt werden;
• - vertikal gelagerte Rotoren, z. B. von Elektromotoren, neigen aufgrund der nichtlinearen Federungs- und Dämpfungseigenschaften des Schmierfilms zu selbsterregten Querschwingungen (oil-whip). Durch eine radiale Verstellung der Rotor-Radiallager können gezielt magnetische Radialkräfte erzeugt werden, die den Rotor dynamisch stabilisieren.

Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben. Sie zeigen in

Fig. 1 einen vertikalen Halbschnitt einer ersten Ausführungsform der Erfindung als einstellbares Radialgleitlager, welches mit einem Axialgleitlager kombiniert ist;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 1;

Fig. 3 einen vertikalen Halbschnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung als einstellbares Radialgleitlager;

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung als einstellbares Radialgleitlager 1, welches mit einem Axialgleitlager 2 kombiniert ist und mit diesem zusammen ein Vertikallager 4 bildet.

Das Vertikallager 4 von Fig. 1 umfaßt im wesentlichen ein zylindrisches Lagergehäuse 6, einen ringförmigen Lagerdeckel 8, eine geschlossene zylindrische Radiallagerschale 10, einen ringförmigen Lagerboden 12, sowie einen oberen Dichtring 14.

Der Lagerdeckel 8 weist an seinem äußeren Umfang einen Flanschteil 16 mit einer nach unten weisenden stufenförmigen Ausnehmung 18 auf, welche durch eine horizontale Flanschteil-Bodenfläche 20 und durch eine vertikale Flanschteil-Umfangsfläche 22 gebildet wird, wie in Fig. 2 zu sehen ist. Der Lagerdeckel 8 liegt mit der horizontalen Flanschteil-Bodenfläche 20 auf der ringförmigen Stirnfläche des Lagergehäuses 6 auf und ist mit dieser verschraubt, wodurch er das Vertikallager 4 von oben verschließt.

Die Radiallagerschale 10 befindet sich im Inneren des Lagergehäuses 6 und ist gegenüber dem Lagerdeckel 8 durch einen Absatz 23 zentriert und mit dem Lagerdeckel 8 verschraubt. In der Radiallagerschale 10 ist eine vertikale Welle 24 radial gelagert, welche sich durch die Öffnung des oberen Dichtrings 14 erstreckt, welcher am Lagerdeckel 8 befestigt ist. Die Welle 24 hat einen rechtwinkligen Wellen-Absatz 26, welcher einen oberen durchmesserkleineren Teil 28 der Welle 24 von einem unteren durchmessergrößeren Teil 30 trennt.

Die Welle 24 wird im Inneren des Lagergehäuses 6 von einer zylindrischen Laufglocke 32 umgeben, wobei die Mittelachsen des Lagergehäuses 6, des Lagerdeckels 8, der Radiallagerschale 10, des Lagerbodens 12, des oberen Dichtrings 14 und der Laufglocke 32 zusammenfallen und auf der Rotations-Mittelachse 34 der Welle 24 liegen. Die Laufglocke 32 ist in vertikaler Richtung in eine hülsenförmige Glockenspitze 36, ein Glocken-Mittelteil 38 und ein flanschartiges Glocken-Unterteil 40 unterteilt, wobei der Laufglocken-Innendurchmesser am Wellen-Absatz 26 stufenartig zunimmt.

Der durchmesserkleinere Teil 28 der Welle 24 ragt durch eine achsmittige Öffnung der Glockenspitze 36, wobei die innere Umfangsfläche der Glockenspitze 36 ohne Abstand an der äußeren Umfangsfläche des durchmesserkleineren Teils 28 der Welle 24 anliegt. Die Glockenspitze 36 wird von oben durch Befestigungsmittel (nicht gezeigt) gegen den Wellen-Absatz 26 gedrückt und ist durch eine nicht gezeigte Wellen-Naben-Verbindung mit der Welle 24 drehfest verbunden. Der zylindrische Glocken-Mittelteil 38 umgibt hülsenartig und mit Abstand den unteren durchmessergrößeren Teil 30 der Welle 24.

Die Radiallagerschale 10 ist um das Glocken-Mittelteil 38 angeordnet, wobei die Laufflächen des Radialgleitlagers 1 einerseits durch die kreiszylindrische Außen-Umfangsfläche des Laufglocken-Mittelteils 38 und andererseits durch die kreiszylindrische Innen-Umfangsfläche der Radiallagerschale 10 gebildet werden. Das rechnerische Lagerspiel, die Differenz zwischen Radiallagerschalen-Innendurchmesser und Laufglocken-Mittelteil-Außendurchmesser, wird an die jeweiligen Einsatzbedingungen des Radialgleitlagers 1 angepaßt und ist durch die Fertigung festgelegt.

Das flanschartige Glocken-Unterteil 40 hat eine ringförmige Bodenfläche 42, welche in einer Ebene senkrecht zur Rotations-Mittelachse 34 der Welle 24 liegt. Diese Bodenfläche 42 bildet die eine Lauffläche des Axialgleitlagers 2, dessen andere Lauffläche durch die Oberflächen von Gleitkörpern 44 gebildet wird, welche kreisförmig und am Kreisumfang mit Abstand voneinander auf dem Lagerboden 12, welcher mit dem Lagergehäuse 6 verschraubt ist, angeordnet sind.

Durch die geschilderte Anordnung ist die Einheit "Welle 24 und Laufglocke 32" gegenüber der Einheit "Radiallagerschale 10, Lagerdeckel 8 und Lagergehäuse 6" um die Rotations-Mittelachse 34 der Welle 24 drehbar gelagert.

Zur Einstellung des Radialgleitlagers 1 sind Einstell-Schrauben 46 vorgesehen, deren Mittelachsen in einer Einstell-Ebene 48 liegen, welche senkrecht zur Rotations-Mittelachse 34 der Welle 24 ist. Die Einstell-Schrauben 46 sind an der äußeren Umfangsfläche des Lagergehäuses 6 mit Abstand voneinander angeordnet und durch radiale Durchgangs-Gewindebohrungen 50 im Lagergehäuse 6 geschraubt, wie Fig. 2 zeigt. Diese Durchgangs-Gewindebohrungen 50 sind so angeordnet, daß die freien Enden 52 der Einstell-Schrauben 46 die vertikale Flanschteil-Umfangsfläche 22 des Lagerdeckels 8 berühren können. Die Einstell-Schrauben 46 sollen keine Radialkräfte vom Lagerdeckel 8 auf das Lagergehäuse 6 übertragen, sondern sie dienen zur Justierung des Lagerdeckels 8 und der Radiallagerschale 10 gegenüber der Welle 24 (Lagerspieleinstellung) und/oder zur Justierung des Lagerdeckels 8 und der Radiallagerschale 10 zusammen mit der Welle 24 gegenüber dem Lagergehäuse 6 (Wellenpositionierung) in der Einstell-Ebene 48 senkrecht zur Rotations-Mittelachse 34 der Welle 24.

Die Radialkräfte des Radialgleitlagers 1 werden durch Befestigungs-Schrauben 54 übertragen, welche den Lagerdeckel 8 am Lagergehäuse 6 befestigen. Die Mittelachsen der Befestigungs-Schrauben 54 sind parallel zur Rotations-Mittelachse 34 der Welle 24, wobei die Befestigungs-Schrauben 54 von oben in die Stirnfläche des Lagergehäuses 6 eingeschraubt sind und mit ihrem Schaft durch vertikale Durchgangsbohrungen 56 des Lagerdeckel-Flanschteils 16 ragen, wie Fig. 2 zeigt. Der Durchmesser der Durchgangsbohrungen 56 ist so groß, daß der Lagerdeckel 8 bei gelösten aber noch eingeschraubten Befestigungs-Schrauben 54 in der Einstell-Ebene 48 frei verschieblich ist. Im Betriebszustand des Radialgleitlagers 1 sind die Befestigungs-Schrauben 54 derart festgezogen, daß die Radialkräfte des Radiallagers 1 durch den Reibschluß zwischen den ringförmigen Bodenflächen der Befestigungs-Schrauben 54 und der Oberfläche des Flanschteils 16 von der Welle 24 auf das Lagergehäuse 6 übertragen werden können. Die Anzahl und Größe der Befestigungs-Schrauben 54 und der Einstell-Schrauben 46 hängen von der Größe der Radialkräfte und des Radialgleitlagers 1 ab.

Vor dem Einstellen des Radialgleitlagers 1 werden zunächst die Befestigungs-Schrauben 54 gelöst. Dann werden die Einstell-Schrauben 46 entweder nach radial innen oder nach radial außen geschraubt, wobei sie mit ihren freien Enden Druck auf die vertikale Flanschteil-Umfangsfläche 22 des Lagerdeckels 8 ausüben oder sie entlasten. Da die Einstell-Schrauben 46 am Umfang des Lagergehäuses 6 verteilt sind, kann durch eine entsprechende Einstellung dieser Schrauben innerhalb gewisser Einstell-Grenzen jede gewünschte Position des Lagerdeckels 8 und der Radiallagerschale 10 gegenüber der Welle 24 oder gegenüber dem Lagergehäuse 6 eingestellt werden. Im Falle einer radial starren Welle 24 sind die Einstell-Grenzen erreicht, wenn die Umfangsfläche der Welle 24 an der Innen-Umfangsfläche der Radiallagerschale 10 anliegt. Der maximale Verschiebeweg entspricht in diesem Fall dem rechnerischen Lagerspiel, welches konstant ist.

Da zum Lagereinstellen nur auf außerhalb des Vertikallagers 4 zugängliche Teile, nämlich die Befestigungs-Schrauben 54 und die Einstell-Schrauben 46, eingewirkt werden muß, braucht das Vertikallager 4 zum Einstellen nicht demontiert werden. Eine Lager-Einstellung kann in der Praxis nach zwei Kriterien erfolgen.

Zum einen kann es erforderlich sein, ein gleichmäßiges Lagerspiel am gesamten Umfang der Welle 24 einzustellen. Dazu wird der obere Dichtring 14 vom Lagerdeckel 8 entfernt und das örtliche Lagerspiel an mehreren Stellen mit einer in den Lagerspalt des Radiallagers 1 von oben eingeführten Fühlerlehre gemessen. Dann wird die Position des Lagerdeckels 8 und der Radiallagerschale 10 in der Einstell-Ebene 48 gegenüber der radial fixierten Welle 24 mit Hilfe der Einstell-Schrauben 46 solange verändert bis sich am Umfang der Welle 24 ein gleichmäßiges Lagerspiel ergibt. Ist dieser Zustand erreicht, werden die Einstell-Schrauben 46 durch Anziehen von Sicherungsmuttern 58, welche außen auf die Einstell-Schrauben 46 aufgeschraubt sind, gegenüber dem Lagergehäuse 6 gesichert und die Befestigungs-Schrauben 54 festgezogen.

In einem anderen Fall kann es notwendig sein, die Position der Welle 24 gegenüber dem Lagergehäuse 6 zu verändern, um bestimmte Einbautoleranzen zu erfüllen. Bei dieser Art von Einstellung muß die Welle 24 radial beweglich sein und wird dann von der durch die Einstell-Schrauben 46 verschobenen Radiallagerschale 10 mitgeführt, wobei der gegen die Bewegungsrichtung gerichtete Teil der Umfangsfläche der Welle 24 an der Innen-Umfangsfläche der Radiallagerschale 10 anliegt. Der Verschiebeweg ist in diesem Fall größer als bei der Lagerspieleinstellung, weshalb der Durchmesser der Durchgangsbohrungen 56 im Flanschteil 16 ausreichend groß bemessen sein muß. Nach Erreichen der gewünschten Wellenposition wird die Welle 24 radial fixiert. Danach wird ein gleichmäßiges Lagerspiel in der oben beschriebenen Weise eingestellt. Die geometrischen Abmessungen der Radiallagerschale 10 bleiben während der Einstellung in jedem Fall unverändert, da sie ungehindert verschoben werden kann.

Aufgrund der nachträglichen Beeinflussungsmöglichkeit der Einbaulage der Welle 24 gegenüber dem Vertikallager 4, welche sich gemäß der Erfindung ergibt, sind bei der Lager- und Wellenfertigung größere Toleranzen möglich, was zu niedrigeren Fertigungskosten führt. Außerdem kann das einstellbare Radialgleitlager 1 sehr kostengünstig hergestellt werden, weil als Einstell- und Befestigungs-Elemente standardisierte Schrauben 46, 54 verwendet werden.

Ein wesentlicher Vorteil des Lagers gemäß der Erfindung liegt auch darin, daß das Lager zum Einstellen nicht demontiert zu werden braucht, sondern nur der obere Dichtring 14 entfernt werden muß, damit der Lagerspalt von oben gut zugänglich ist.

Ein Problem bei vertikal gelagerten Rotoren wie z. B. den Läufern von Elektromotoren ist das Auftreten von selbsterregten Querschwingungen (oil-whip) aufgrund der nichtlinearen Federungs- und Dämpfungseigenschaften des Schmierfilms. Durch eine erfindungsgemäße radiale Verstellung der Rotor-Radiallager 1 können gezielt magnetische Radialkräfte erzeugt werden, die den Rotor dynamisch stabilisieren.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Das dort gezeigte Vertikallager 4 beinhaltet ein Radialgleitlager 1. Die Verstellung des Radiallagers 1 erfolgt in ähnlicher Weise wie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform. Deshalb wird im folgenden die Ausführungsform nach Fig. 3 nicht mehr im Detail beschrieben und bei der zweiten Ausführungsform werden für entsprechende Teile die gleichen Bezugszahlen wie bei der ersten Ausführungsform verwendet.

Im Unterschied zur ersten Ausführungsform sind die Einstell-Schrauben 46 durch radiale Durchgangs-Gewindebohrungen 64 eines Einstellrings 60 geschraubt, welcher den Flanschteil 16 des Lagerdeckels 8 umgibt und welcher in der horizontalen Einstell-Ebene 48 liegt. Dieser Einstellring 60 ist mit einem Lagerschild 66 der Maschine verschraubt, in welche das Vertikallager 1 eingebaut ist. Der Lagerdeckel 8 ist zwischen der oberen Stirnseite des Lagergehäuses 6 und der Bodenfläche des Lagerschilds 66 in der Einstell-Ebene 48 verschieblich angeordnet. Die Einstell-Schrauben 46 stehen wie bei der ersten Ausführungsform in beschriebener Weise mit der Flanschteil-Umfangsfläche 22 des Lagerdeckels 8 in Kontakt, so daß der Lagerdeckel 8 zusammen mit der Radiallagerschale 10 relativ zum Lagerschild 66 der Maschine eingestellt werden kann. Die Laufglocke 32 hat bei dieser Ausführungsform kein Glocken-Unterteil, da kein Axiallager vorgesehen ist.

Claims (4)

1. Lager (4) enthaltend ein Radialgleitlager, ein Lagergehäuse (6), einen Lagerdeckel (8) und mindestens einen innerhalb des Lagergehäuses angeordneten zylindrischen Lagerkörper (10) in welchem eine Welle (24) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Lagerkörper (10) am Lagerdeckel (8) befestigt ist, und daß Mittel (46) zur Einstellung der Position des Lagerdeckels (8) in einer Einstellebene (48) senkrecht zur Rotations-Mittelachse (34) der Welle (24) relativ zum Lagergehäuse (6) oder relativ zu einem Lagerschild (66) einer Maschine vorgesehen sind,
daß die Mittel zur Einstellung der Position des Lagerdeckels (8) Einstell-Schrauben (46) sind, welche in einer Einstell-Ebene (48) senkrecht zur Rotations-Mittelachse (34) der Welle (24) liegen und mit ihrem freien Ende auf eine Umfangsfläche des Lagerdeckels (8) wirken, und
daß die Einstell-Schrauben (46) entweder durch in der Einstell-Ebene (48) liegende Durchgangs-Gewindebohrungen (50) im Lagergehäuse (6) geschraubt sind, oder durch in der Einstell-Ebene (48) liegende Durchgangs-Gewindebohrungen (64) eines Einstellrings (60) geschraubt sind, welcher am Lagerschild (66) der Maschine befestigt ist, und
daß der Lagerdeckel (8) an seinem äußeren Umfang einen Flansch (16) aufweist, welcher am Lagergehäuse (6) oder am Lagerschild (66) durch Befestigungs-Schrauben (54) befestigt ist, welche parallel zur Rotations-Mittelachse (34) der Welle (24) sind und durch den Reibschluß zwischen dem Flansch (16) und dem Lagergehäuse (6) die Radialkräfte des Radiallagers (1) übertragen.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper eine geschlossene Radiallagerschale (10) ist, welche eine kreiszylindrische Lauffläche hat.

3. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Axial-Gleitlager (2) beinhaltet.

4. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Vertikal-Gleitlager (4) ist.