DE19781289B4 - Getriebe mit Lageranordnung - Google Patents

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Abstract

Getriebe (10), welches eine Welle (12) und auf derselben ein Zahnrad (13) aufweist, welches in Verbindung mit einem auf einer Welle (16) angebrachten Zahnrad (17) steht, wobei die Welle (16) eine erste Lagereinrichtung (18) auf der einen Seite des Zahnrades (17) und eine zweite Lagereinrichtung (19) auf der anderen Seite des Zahnrades (17) aufweist, die jeweils zwischen einem Rahmen (11) des Getriebes (10) und der Welle (16) angeordnet sind, wobei auf den Lagereinrichtungen (18, 19) die Welle (16) drehbar angebracht ist, wobei das Getriebe wenigstens eine Feder (23a1, 23a2 ...) aufweist, welche mit einer Kraft (F1) auf einen Außenring (18') der ersten Lagereinrichtung (18) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Umfangsfläche (C1) des Außenrings (18') und dem Rahmen (11) des Getriebes (10) oder einem damit verbunden Teil eine Spielpassung vorliegt, dass ein Außenring (19') und ein Innenring (19'') der zweiten Lagereinrichtung (19) derart mit der mit ihnen verbundenen Getriebekonstruktion bzw....

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe.
  • Aus dem Stand der Technik ist die Minimierung des Lagerspiels dadurch bekannt, dass einzelne Transfermechanismen verwendet werden, und zwar eine Schraubeinrichtung, durch welche das Spiel dadurch minimiert wird, dass die Lagerlaufrille bzw. Lagerlauffläche in der seitlichen Richtung verschoben wird. Bei den Lösungen aus dem Stand der Technik wird das Verschieben der Lagerlaufrille ausdrücklich mittels einer separaten Positionsverschiebungsrichtung durchgeführt.
  • Ein gattungsgemäßes Getriebe ist aus der US 4,611,935 A bekannt. Die US 5,067,827 A und die DE 37 10 185 A1 beschreiben jeweilige Lagerungen für in Gehäusen untergebrachte Spindeln bzw. Wellen. Eine weitere Lageranordnung ist aus der US 4,023,868 A bekannt.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Getriebe mit einer Lageranordnung zu schaffen, die eine sichere Lagerung einer Getriebewelle gewährleistet und eine einfache Montage erlaubt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Bei der vorliegenden Patentanmeldung wurden Versuche durchgeführt, eine Lösung zu dem Problem des Lagerspiels zu finden, und zwar insbesondere bei einem Getriebe, wobei das Getriebe eine Welle mit hoher Geschwindigkeit und eine Welle mit niedriger Geschwindigkeit aufweist, wobei in diesem Zusammenhang die Hochgeschwindigkeitswelle so angeordnet ist, dass sie die Niedriggeschwindigkeitswelle antreibt. Die Niedriggeschwindigkeitswelle ist an beiden Seiten des Zahnkranzes mittels Rollenkugellagern angebracht. Bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Lösung dieser Art treten insbesondere bei zunehmenden Geschwindigkeiten Probleme bei den Lagern der Niedriggeschwindigkeitswelle auf. Insbesondere bei Papiermaschinenantrieben müssen, wenn sich die Temperaturen verändern, die Lagerspiele angemessen sein, und zwar damit ein zuverlässiger Betrieb des Lagers unter allen Betriebs bedingungen garantiert werden kann. Bei einem Getriebe ist es möglich, von einem effektiven Belastungspunkt an demjenigen Punkt zu sprechen, an welchem die Hochgeschwindigkeitswelle in Kontakt mit der Niedriggeschindigkeitswelle ist. In einer normalen Belastungssituation werden Versuche unternommen, die auf die Lager wirkenden Kräfte zu minimieren, und zwar durch Ausgleichen des Getriebes mittels einer Drehmomentunterstützung von einem geeigneten Punkt an der Außenseite des Rahmenaufbaus. Wenn der Ausgleich erfolgreich ist, ist das Lager vollständig von seinem Spiel abhängig und es ist in einem solchen Fall anfällig für Schwingungen. In einem solchen Fall stellen Impulse von außen ein erhöhtes Risiko von Schäden in der Lagereinrichtung dar. Wenn das Getriebe in einem Papiermaschinenantrieb verwendet wird, treten große Veränderungen in der thermischen Belastung auf die Rillenkugellager auf, die an beiden Seiten des Zahnrades der Niedriggeschwindigkeitswelle angeordnet sind, wobei die Veränderungen des weiteren in der Notwendigkeit eines größeren Spiels resultieren. Wenn das Spiel größer wird, gleiten einige der Rollen entlang der Laufbahn und es werden in diesem Fall Lagerschäden und Lagerabnutzung erhöht. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Nutzungsdauer der Lager der Niedriggeschwindigkeitswelle erhöht worden durch die Verwendung einer separaten Federvorrichtung bei der seitlichen Verschiebung der Lager. Die Federvorrichtung ist derart angebracht, dass ihre Federn auf das Lager einer der Lagerflächen wirken, so dass die Federkraft außerhalb des Gebiets zwischen den Lagern und auf die äußere Lagerlauffläche aufgebracht wird. Die Lagerlauffläche ist mittels einer Spielpassung auf den Rahmen des Getriebegehäuses montiert und mittels der Federn wird die Lagerlauffläche bei der Konstruktion nach außen verschoben. Auf diese Art und Weise wird das Lagerspiel eliminiert und die Rollelemente werden in Kontakt mit ihren Lagerlaufflächen gebracht, und zwar sowohl mit der inneren Lagerlauffläche als auch mit der äußeren Lagerlauffläche. Wenn die Rollelemente in Kontakt mit der inneren Lagerlauffläche verschoben werden, wirkt die Kraft auf die mit der inneren Lagerlauffläche verbundene Zahnradwelle und die innere Lauffläche des anderen Lagers wird nun ihrerseits weiter verschoben, so dass das Verschieben in Richtung der vertikalen, zentralen Achse Y des Lagers stattfindet. Somit werden mittels der gleichen Federvorrichtung die Spiele von zwei Sätzen von Lagereinrichtungen eliminiert, und zwar sowohl von der einen als auch von der anderen Seite des Zahnrades.
  • Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, welche in den Figuren der beigelegten Zeichnung dargestellt sind, wobei die Erfindung jedoch nicht allein auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt sein soll.
  • 1 Stellt die Situation dar, die an dem effektiven Belastungspunkt bei einer Lagerkonstruktion auftritt.
  • 2A ist eine Schnittansicht einer Getriebekonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2B ist eine separate Darstellung eines Rings mit Federaufnahmen gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2C ist eine Schnittansicht entlang der Linie I-I aus 2B.
  • 2D ist eine teilweise Darstellung der Anbringung des Rings mit Lageraufnahmen an dem Getrieberahmen.
  • 3A ... 3D zeigen verschiedene Lagerkonstruktionen, welche geeignet sind für die Verwendung in einem Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung und bei einer Federbelastung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 1 stellt die Situation dar, die durch den effektiven Belastungspunkt insbesondere bei Lagerkonstruktionen von großem – 500 mm ... 800 mm – Durchmesser dar. Bei der in 1 dargestellten Situation gemäß dem Stand der Technik wirkt die Belastung auf den Punkt P. Die effektive Richtung der Kraft wird durch den Pfeil F1 dargestellt. In einem solchen Fall ist das Spiel an der Seite gegenüber der Belastung (Punkt 01) minimal und an der Seite der Belastung (Punkt 02) maximal. Die Rollelemente bzw. Wälzelemente in den Lagern gleiten (an dem Punkt 02) und drehen sich nicht entlang ihrer Laufbahnoberflächen. Dies resultiert des weiteren in Abnutzung und möglicherweise in einem Lagerschaden. Die Situation wird insbesondere bei großen Lagerdurchmessern (∅ 500 mm ... ∅ 800 mm) verschlechtert, insbesondere durch die Tatsache, daß das Lagerspiel relativ groß sein muß, um die Änderungen, die bei der thermischen Belastung auftreten, berücksichtigen zu können. Wenn das Spiel zwischen den Rollelementen und den Lagerringen oder -laufflächen der Lagerkonstrukion groß ist, ist auch eine Situation möglich, in welcher, wenn das Getriebe mittels einer Torsionsstrebe gut ausgeglichen ist, Schwingungen des weiteren zu Resonanzen in den Lagerelementen führen. In einem solchen Fall ist die Anfälligkeit der Lager auf Schäden noch weiter erhöht.
  • 2A stellt ein Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Das Getriebe 10 weist einen Rahmen bzw. ein Gehäuse 11 auf. Der Antrieb wird in das Getriebe durch die Welle 12 eingeführt. Die Welle 12 ist von beiden Seiten seines Zahnrades 13 mittels Lagereinrichtungen 14 und 15 befestigt. Die Hochgeschwindigkeitswelle 12 ist so angebracht, daß sie die Welle 16 antreiben kann, welche das Zahnrad mit dem größeren Durchmesser aufweist. Die Welle 16 weist das Zahnrad 17 und an beiden Seiten die Lagereinrichtungen bzw. Lager 18 und 19 auf. Die Lagereinrichtungen 18 und 19 können Rillenkugellager, Kegelrollenlager oder Schrägkugellager sein. Sie sind vorzugsweise einreihige Lager, was bedeutet, daß die Lagerelemente in einer Reihe ausschließlich zwischen der inneren Lauffläche und der äußeren Lauffläche des Lagers angeordnet sind. Jede Lagereinrichtung 18, 19 weist Wälzelemente 20a1 , 20a2 ..., wie z. B. Rollen, Kugeln oder ähnliches zwischen ihren Laufflächen bzw. Laufrillen auf, d. h. zwischen der inneren Lauffläche und der äußeren Lauffläche. Die Wälzelemente bewegen sich in den inneren Umfangsnuten in ihren Lagerlaufflächen.
  • Erfindungsgemäß ist die Konstruktion mit Federeinrichtungen versehen, welche einen Ring 21 mit Federaufnahmen aufweisen und in den verschiedenen Federaufnahmen 22a1 , 22a2 ..., in dem Ring 21 befinden sich Federn 23a1 , 23a2 ..., vorzugsweise Spiralfedern. Der Ring 21 mit Federaufnahmen ist an der Seitenfläche 11a1 des Getriebegehäuses 11 mittels Schrauben 24a1 , 24a2 ... angebracht. Somit ist der Ring 21 mit den Federaufnahmen zwischen der Seitenfläche 11a und der Seitenfläche D1 des Zahnrades 17, welches sich auf der Welle 16 befindet, angebracht. Somit sind die Federn 23a1 , 23a2 ... des Rings 21 mit den Federaufnahmen so angebracht, daß sie mit einer Kraft nach außen von der vertikalen Mittellinie (Y-Linie) der Lagerkonstruktion wirken (Kraftpfeile in der Richtung L1 und der Richtung der Roatationsachse X1). Die Konstruktion ist in einer solchen Art und Weise bezüglich der äußeren Lauffläche der Lagereinrichtung 18 ausgeführt, daß der Ring 21 mit Federaufnahmen mittels Schrauben 24a1 , 24a2 ... an dem Rahmen 11 über der Seitenfläche C1 der äußeren Lauffläche 18' des Lagers angebracht ist, so daß die Federn 23a1 , 23a2 ... die Lauffläche 18' mit einer Kraft anpressen und auf ihre vordere Fläche wirken. Die Umfangsfläche C1 der äußeren Lauffläche 18' der Lagereinrichtung 18 ist mit einer Spielpassung an dem Rahmen 11 des Getriebes angebracht. Dann kann die Lagerlauffläche 18' in Richtung der Rotationsachse (X1-Achse) des Getriebes verschoben werden, so daß die Wälzelemente 20a1 , 20a2 ... der Lagereinrichtung in Kontakt sowohl mit der Seitenfläche der inneren Wälznut der äußeren Lauffläche 18' des Lagers als auch mit der Seitenfläche der inneren Wälznut der inneren Lauffläche 18'' des Lagers gebracht werden können. Somit wirkt, wie in der Figur dargestellt, die Kraft F in der Richtung L1 und bewegt die Wälzelemente 20a1 , 20a2 der Lagereinrichtung in Kontakt sowohl mit der Seite der Wälznut der äußeren Lauffläche 18' des Lagers 18 als auch mit der Seitenfläche der Wälznut der inneren Lauffläche 18'' des Lagers. Somit sind die Spiele zwischen den Wälzelementen 20a1 , 20a2 ... des Lagers und der Lagerlaufflächen 18', 18'' eliminiert worden. Somit ist die Kraftwirkung von der äußeren Lauffläche 18' weiter zu der inneren Lauffläche 18'' und weiter zu der Welle 16 übertragen worden, welche auch in der Richtung L1 verschoben wird. In diesem Zusammenhang wirkt die Kraft auf die innere Lauffläche 19'' der zweiten Lagereinrichtung 19 und es wird dadurch auch das Spiel in dem zweiten Lager 19 der Welle eliminiert. Es ist ein wichtiges Merkmal, daß die Welle 16 schwimmend gelagert ist, d. h. frei beweglich in seiner axialen Richtung (Richtung X1). Das Lager 19 ist derart an dem Getriebe angebracht, daß sowohl die innere Lauffläche 19'' des Lagers 19 an der Welle 16 mit einer Preßpassung angebracht ist, also stationär, als auch die äußere Lauffläche 19' des Lagers 19 stationär an der Getriebekonstruktion 11 angebracht ist, insbesondere ebenso mit einer Preßpassung. Es ist jedoch auch möglich, weil die Welle 16 in der Richtung der zentralen Achse und der Rotationsachse (X1-Achse) der Welle 16 verschoben werden kann, die Wälzelemente 20a1 , 20a2 des Lagers mittels der Kraft F gegen die Seitenflächen der inneren Laufrillen oder Laufbahnen ihrer Lagerlauffläche 19' und 19'' zu verschieben. Somit ist es in diesem Zusammenhang auch durch die Federn 23a1 , 23a2 ... möglich, das Spiel im Bezug auf die zweite Lagereinrichtung zu eliminieren.
  • Es ist somit keinesfalls selbstverständlich in welchem Bereich der Lagereinrichtung die Kraft F der Federn 23a1 , 23a2 ... wirken sollen oder in welcher Richtung bezüglich der vertikalen, zentralen Achse (Y-Achse) des Getriebes. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion wirken die Federn 23a1 , 23a2 ... auf zwei Sätze von Lagereinrichtungen an beiden Seiten des Zahnrades 17 auf der Welle 16 in dem Getriebe 10. Gemäß der Erfindung werden, wenn die Kraft F effektiv von der Y-Achse in der Richtung der zentralen Rotationsachse (X-Achse) des Getriebes weg wirkt, die Lagereinrichtungen in eine sogenannte 0-Position gebracht, und zwar anstatt der anderen Alternative, d. h. der X-Position. In der sogenannten 0-Position sind die Abwälzachsen der Lagereinrichtungen in Umfangsrichtung angeordnet und andererseits sind in der X-Position die Abwälzachsen der Lagereinrichtungen so angeordnet, daß die Abwälzachsen einander im Mittelpunkt der Lagerung schneiden. Aus der Sicht der Stabilität der Lagerung ist die sogenannte 0-Position zu bevorzugen. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion wird, wenn die Lagereinrichtungen nach außen von der vertikalen, zentralen Linie (Y-Linie) des Getriebes wirken und wenn die Federeinrichtungen insbesondere auf die äußeren Lagerlaufflächen wirken, die sogenannte 0-Position bei der Lagerung erreicht. Die vertikale Mittellinie Y führt durch die Mitte des Zahnrades 17 senkrecht zu der Rotationsachse X1.
  • 2B ist eine separate Darstellung des Rings 21 mit Federaufnahmen als Seitenansicht. 2C ist eine Schnittansicht entlang der Linie I-I aus 2B. Der Ring 21 mit den Federaufnahmen ist in dem Bereich zwischen der Lagereinrichtung 18 und dem Zahnrad 17 so angebracht bzw. ausgeführt, daß die Federaufnahmen 22a1 , 22a2 ... in dem Ring 21 mit den Federaufnahmen nach außen geöffnet sind, wobei in diesem Fall die Federn 23a1 , 23a2 ..., die in den Federaufnahmen 22a1 , 22a2 ... angebracht sind, vorzugsweise Spiralfedern, Tellerfedern oder ähnliches sind, die dafür vorgesehen sind, mit einer Kraft F auf die äußere Lauffläche 18' der Lagereinrichtung zu wirken, wobei die äußere Lauffläche an dem Getriebe oder an einer damit verbundenen Konstruktion mit einer Spielpassung angebracht ist. Der Ring 21 mit den Federausnehmungen bzw. Federaufnahmen weist Bohrungen 25a1 , 25a2 ... auf, durch welche Befestigungsschrauben 24a1 , 24a2 ... durchgeführt sind und des weiteren in Gewindebohrungen eingeschraubt sind, die in der Seitenfläche 11a1 des Rahmens 11 des Getriebes vorgesehen sind. Die Federn 23a1 , 23a2 ... sind so dimensioniert, daß eine normale thermische Expansion keine übermäßige zusätzliche Belastung auf die Lager bewirkt, aber andererseits die Federkraft ausreichend ist, um ein Gleiten (Stoppen) der Lagerwälzelemente in einer Betriebssituation zu verhindern.
  • 2D zeigt eine Alternative der Anbringung des Rings mit Federaufnahmen an dem Rahmen mittels Schrauben 24a1 , 24a2 , welche durch die Bohrungen 25a1 , 25a2 ... in Gewindebohrungen 26a1 , 26a2 ... in dem Rahmen durchgeführt worden sind.
  • 3A zeigt ein konventionelles Rillenkugellager, welches bei der erfindungsgemäßen Lagerung verwendet werden kann und auf dessen äußere Lauffläche mittels der Federbelastungseinrichtung der Erfindung eingewirkt werden kann. In 3A sind der Punkt und die Richtung der Wirkung der Federkraft durch den Pfeil F angezeigt. Somit werden die Lagereinrichtungen 20a1 , 20a2 ... sowohl in Kontakt mit der Seitenfläche f1 der Laufbahn e1 der äußeren Lauffläche 18' des Lagers als auch mit der Seitenfläche f2 der Laufbahn e2 der inneren Lauffläche 18'' des Lagers in Kontakt verschoben. Somit ist das Spiel zwischen den Lagerelementen 20a1 , 20a2 ... und den zugehörigen Lagerlaufflächen 18' und 18'' eliminiert. In 3C ist ein Kegelrollenlager dargestellt, an welchen die Erfindung ebenfalls anwendbar ist. 3B zeigt ein Schrägkugellager für welches die Erfindung ebenso geeignet ist, wie auch für das in 3D dargestellte zweireihige Lager. Mittels des Federkranzes werden Kräfte von ungefähr 3000 ... 5000 N auf den äußeren Ring des Lagers übertragen, d. h. auf die äußere Lagerlauffläche, wenn der Lagerdurchmesser im Bereich von ∅ 500 mm ... 800 mm liegt.

Claims (3)

  1. Getriebe (10), welches eine Welle (12) und auf derselben ein Zahnrad (13) aufweist, welches in Verbindung mit einem auf einer Welle (16) angebrachten Zahnrad (17) steht, wobei die Welle (16) eine erste Lagereinrichtung (18) auf der einen Seite des Zahnrades (17) und eine zweite Lagereinrichtung (19) auf der anderen Seite des Zahnrades (17) aufweist, die jeweils zwischen einem Rahmen (11) des Getriebes (10) und der Welle (16) angeordnet sind, wobei auf den Lagereinrichtungen (18, 19) die Welle (16) drehbar angebracht ist, wobei das Getriebe wenigstens eine Feder (23a1 , 23a2 ...) aufweist, welche mit einer Kraft (F1) auf einen Außenring (18') der ersten Lagereinrichtung (18) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Umfangsfläche (C1) des Außenrings (18') und dem Rahmen (11) des Getriebes (10) oder einem damit verbunden Teil eine Spielpassung vorliegt, dass ein Außenring (19') und ein Innenring (19'') der zweiten Lagereinrichtung (19) derart mit der mit ihnen verbundenen Getriebekonstruktion bzw. Getriebeteilen verbunden sind, dass sich sowohl der Innenring (19'') als auch der Außenring (19') der zweiten Lagereinrichtung (19) in festen Positionen relativ zu der mit ihnen verbundenen Getriebekonstruktion bzw. Getriebeteilen befinden, dass die wenigstens eine Feder (23a1 , 23a2 ...) eine Spiralfeder oder Tellerfeder ist und in wenigstens einer Federaufnahme (22a1 , 22a2 ...) in einem Ring (21) angeordnet ist, dass die wenigstens eine Feder (23a1 , 23a2 ...) dafür vorgesehen ist, mit einer Kraft (F1) in axialer Richtung der Welle (16) nach außen zu wirken, dass der Ring (21) mittels Schrauben (24a1 , 24a2 ...) zwischen der Seitenfläche (11a1 ) des Getrieberahmens (11) und der Seitenfläche (D1) des Zahnrades (17) auf der drehbaren Welle (16) mit dem Getrieberahmen (11) verbunden ist, und dass der Innenring (18'') der ersten Lagereinrichtung (18) fest auf der Welle (16) angebracht ist.
  2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (19') und der Innenring (19'') der zweiten Lagereinrichtung (19) mittels Presspassungen mit der mit ihnen verbundenen Getriebekonstruktion bzw. Getriebeteilen verbunden sind.
  3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (21) mit gleichem Abstand über die Länge des Umfangs des Rings (21) verteilt Schrauben (24a1 , 24a2 ...) und Bohrungen aufweist, wobei durch die Bohrungen die Schrauben (24a1 , 24a2 ...) durchgeführt und in Gewindebohrungen (26a1 , 26a2 ...) in dem Getrieberahmen (11) eingeschraubt worden sind.
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