DE19818633A1 - Hülse zur Aufnahme von Außenringen eines axial verspannten Lagerpaketes - Google Patents

Abstract

Die Hülse dient zur Aufnahme von Außenringen eines axial verspannten Lagerpaketes, mit dem eine Welle, eine Spindel und dergleichen drehbar abgestützt wird und das in einem Einbauraum eines Gehäuses angeordnet ist. DOLLAR A Um die Hülse so auszubilden, daß eine Zerstörung der Lager zuverlässig verhindert wird, ohne daß einer der Außenringe des Lagerpaketes mit Spiel eingebaut ist, ist der Außenring des lastabgewandten Lagers in einem Hülsenteil befestigt, der radialen Abstand von der Wandung des Einbauraumes hat. Der Außenring ist über zwei mit axialem Abstand voneinander liegende, axial elastisch nachgiebige Stützelemente mit dem Gehäuse verbunden. DOLLAR A Solche Hülsen können vorteilhaft bei Lagerpaketen in Maschinen eingesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hülse zur Aufnahme von Außenringen ei­ nes axial verspannten Lagerpaketes nach dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Fig. 1 zeigt ein bekanntes Lagerpaket mit den Lagern 1 und 2, die ein starr verspanntes Lagerpaket bilden, das im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ein O-Paket ist. Mit den beiden Lagern 1, 2 wird eine Wette 3 drehbar abgestützt. Die Lager 1, 2 können radiale und axiale Kräfte gleichzeitig aufnehmen und sind als Schrägkugellager ausge­ bildet. Um spielfrei gute Laufeigenschaften und Steifigkeiten zu ent­ wickeln, sind die Lager 1, 2 mit einer definierten Kraft axial vorge­ spannt. Die Vorspannkraft darf bestimmte Werte weder unter- noch überschreiten. Die Einstellung der Vorspannkraft erfolgt dadurch, daß die beiden Lager 1, 2 des gleichen Typs entgegengesetzt zueinander eingebaut sind, was durch die strichpunktierten Linien angedeutet ist. Die äußeren Lagerringe und die inneren Lagerringe 5 der beiden La­ ger 1, 2 werden auf einen definierten Abstand zueinander gebracht und dadurch die bestimmte Vorspannung erzeugt. Hierzu sind zwi­ schen den äußeren und den inneren Lagerringen 4, 5 Abstandshül­ sen 6 und 7 vorgesehen. Diese Art der Lagervorspannung ist als star­ re Anstellung bekannt.

Mit wachsender Drehzahl und Temperatur kommt es zwischen den Lagerringen der Lager 1, 2 mit konstanter Vorspannung zu einer axialen Relativverlagerung. Diese kann in starr verspannten Lager­ paketen nicht stattfinden, da die entsprechenden Verlagerungen je­ weils durch das andere, gegensinnig angeordnete Lager unterbunden werden. Es kommt zu einem stark ausgeprägten Anstieg der Vor­ spannkraft, der zur Zerstörung der Lager 1, 2 führen kann.

Aus diesem Grunde ist es bekannt (Fig. 2), zwischen den direkt im Gehäuse 8 eingesetzten äußeren Lagerringen 4 federnde Elemente 9 vorzusehen. Die beiden Lager 1, 2 bilden in diesem Falle ein federnd verspanntes Lagerpaket, das im Ausführungsbeispiel als O-Paket ausgebildet ist. Auch bei einer solchen Lagerausbildung besteht die Gefahr, daß es zu den erforderlichen Verlagerungen, die zum Erhalt der Vorspannung erforderlich sind, nicht kommt, weil die äußeren La­ gerringe 4, die durch die Wälzkörperkräfte aufgeweitet werden, im Gehäuse 8 festklemmen. Dieses Klemmen der äußeren Lagerringe 4 kann nur vermieden werden, wenn einer der äußeren Lagerringe 4 des Lagerpaketes 1, 2 mit einem mehr oder weniger großen Radial­ spiel in das Gehäuse 8 eingebaut wird. Dadurch nehmen aber die axiale und radiale Steifigkeit sowie die Kippsteifigkeit des Lagerpa­ ketes 1, 2 ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Hülse so auszubilden, daß eine Zerstörung der Lager zuverlässig verhindert wird, ohne daß einer der Außenringe des Lagerpaketes mit Spiel ein­ gebaut ist.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Hülse erfindungsge­ mäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Hülse wird die Axialbewegung der Au­ ßenringe eines verspannten Lagerpaketes durch die elastische Ver­ formung der Stützelemente verwirklicht, indem der Außenring eines der Lager in einem radial freigestellten Teil der Hülse eingesetzt wird, der mit dem restlichen Teil der Hülse und dem Gehäuse nur über axial elastisch nachgiebige Stützelemente verbunden ist. Da der Hülsenteil radialen Abstand von der Wandung des Einbauraumes hat, wird ein Klemmen der Lagerringe vermieden. Um die zum Erhalt der Vorspannkraft erforderliche Relativverlagerung der Lageraußenringe in Richtung zueinander zuzulassen, müssen keine kraftübertragen­ den und einander berührenden Oberflächen mehr gegeneinander verschoben werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren An­ sprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und Fig. 2 bekannte Lager zur drehbaren Abstützung von Spindeln, Wellen und dergleichen,

Fig. 3 bis Fig. 6 verschiedene Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Hülsen zur Aufnahme der Außenringe eines axial ver­ spannten Lagerpaketes.

Fig. 3 zeigt ein axial verspanntes Lagerpaket 10, 11, dessen beide Lager entgegengesetzt zueinander eingebaut sind. Die inneren, drehfest auf der Welle 14 sitzenden Lagerringe 12, 13 der beiden La­ ger 10, 11 sind durch eine Hülse 15 auf Abstand zueinander gehal­ ten. Sie sitzt ebenfalls drehfest auf der Welle 14.

Die beiden äußeren Lagerringe 16, 17 der Lager 10, 11 sind in einer Hülse 18 aufgenommen, die in einem Einbauraum 19 eines Gehäu­ ses 20 eingebaut ist. Die Hülse 18 hat einen dem äußeren Lagerring 16 des Lagers 10 zugeordneten Teil 21, der in das Gehäuse 20 fest eingesetzt ist. Der Lagerring 16 liegt in einer ringförmigen Vertiefung 22 in der Innenwandung des Hülsenteiles 21. Der Lagerring 16 ist in die Vertiefung 22 eingepreßt. Zur Axialsicherung der Hülse 18 ist am Gehäuse 20 eine Sicherungsscheibe 23 befestigt, an der der Hül­ senteil 21 axial anliegt.

Im Bereich zwischen den beiden äußeren Lagerringen 16, 17 ist die Hülse 18 verdickt ausgebildet, um dem Außenring 16 des Lagers 10 eine axiale Anlagefläche anzubieten.

Im Bereich des Lagerringes 17 hat die Hülse 18 einen Hülsenteil 24, der radialen Abstand zur Innenwandung 25 des Einbauraumes 19 hat. An das vom Hülsenteil 21 abgewandte Ende des Hülsenteiles 24 schließt ein radial nach außen sich erstreckendes scheibenförmiges Stützelement 26 an, das mit einer am radial äußeren Rand vorgese­ henen, umlaufenden Verdickung 27 an einer Radialfläche 28 des Ge­ häuses 20 anliegt. Bis auf die Verdickung 27 hat das Stützelement 26 axialen Abstand von der Radialfläche 28. Der Hülsenteil 24 ragt axial aus dem Einbauraum 19 des Gehäuses 20.

Der Hülsenteil 24 hat am anderen Ende einen radial nach innen ge­ richteten ringförmigen Flansch 29, an dem der äußere Lagerring 17 des Lagers 11 anliegt. Am radial inneren Ende ist der Flansch 29 mit dem radial inneren Ende eines weiteren, radial sich erstreckenden scheibenförmigen Stützelementes 30 verbunden, das geringen axia­ len Abstand vom Flansch 29 hat und gleich lang wie dieser ist. Der Hülsenteil 21 ist mit einem axialen, ringförmigen Vorsprung 31 verse­ hen, der an der Innenwandung 25 des Einbauraumes 19 anliegt und an den das radial äußere Ende des Stützelementes 30 anschließt. Es hat im Bereich außerhalb des Vorsprunges 31 axialen Abstand vom Hülsenteil 21.

Die Hülse 18 mit den Hülsenteilen 21, 24, den Stützelementen 26, 30 und dem Flansch 29 ist einstückig ausgebildet. Die beiden Stützele­ mente 26, 30 sind axial elastisch nachgiebig ausgebildet. In Radial­ richtung weisen die Stützelemente 26, 30 eine hohe Steifigkeit auf. Beide Stützelemente 26, 30 haben eine verhältnismäßig geringe axiale Dicke, so daß die zu einer axialen Verlagerung des Lagers 11 erforderliche Elastizität der Stützelemente 26, 30 sichergestellt ist. Die Hülse 18 hat radialen Abstand von der Abstandshülse 15, an der die beiden inneren Lagerringe 12, 13 der Lager 10, 11 anliegen.

Aufgrund der beschriebenen Ausbildung ist der äußere Lagerring 17 des Lagers 11 in den radial freigestellten Teil 25 der Hülse 18 einge­ setzt, der mit dem restlichen Teil 21 der Hülse 18 und dem Gehäuse 20 nur über die axial nachgiebigen, radial jedoch sehr steifen Stütz­ elemente 26, 30 verbunden ist. Darum müssen sich keine kraftüber­ tragenden und berührenden Oberflächen mehr zueinander verschie­ ben, um die zum Erhalt der Vorspannkraft erforderliche Relativverla­ gerung der Lageraußenringe 16, 17 aufeinander zuzulassen. Dadurch wird ein Verklemmen zuverlässig verhindert. Dennoch bleiben weiter­ hin die Lager 10, 11 des Lagerpaketes an der Aufnahme von Radial­ lasten und Momenten beteiligt, da die Stützelemente 26, 30, welche die Axialbewegung zulassen, eine hohe radiale Steifigkeit haben. Über den Abstand, den die Stützelemente 26, 30 voneinander haben, wird außerdem eine hohe Kippsteifigkeit gewährleistet.

Um die definierte axiale Vorspannung zu erzeugen, mit der die Lager 10, 11 belastet werden, um optimale Betriebseigenschaften aufzu­ weisen, sind in die Hülse 18 Vorspannelemente 32 integriert. Sie sind vorteilhaft über den Umfang der Hülse 18 gleichmäßig verteilt ange­ ordnet. Die Vorspannelemente 32 liegen im verdickten Bereich des Hülsenteiles 21 zwischen den beiden Lagern 10, 11 und stützen sich am Stützelement 30 axial ab. Die Vorspannung der Vorspannele­ mente 32 kann bereits in der Fertigung der Hülse 18 oder erst vor dem Einbau der Hülse 18 in das Gehäuse 20 vorgenommen werden. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist das Stützelement 26 ein von der Hülse 18 getrenntes Bauteil. Es hat am radial äußeren Ende einen Ringflansch 33, der an der Innenwandung 25 des Einbaurau­ mes 19 des Gehäuses 20 mit Preßsitz anliegt. Am radial inneren En­ de ist das radial angeordnete Stützelement 26 über einen zylindri­ schen Ring 34 mit einer Haltescheibe 35 verbunden, die sich radial erstreckt und einstückig mit dem Stützelement 26 ausgebildet ist. Die Haltescheibe 35 ist dicker als das Stützelement 26 und erstreckt sich von der Außenwandung des Hülsenteiles 24 bis zur Innenwandung des äußeren Lagerringes 17 des Lagers 11. Der Hülsenteil 24 und der Lagerring 17 liegen mit ihren Stirnseiten an der Haltescheibe 35 an, die axialen Abstand vom Stützelement 26 hat. Im übrigen ist die Hülse 18 gleich ausgebildet wie beim vorigen Ausführungsbeispiel. Die Axialbewegung der Außenringe 16, 17 der Lager 10, 11 wird durch die elastische Verformung der Stützelemente 26, 30 erreicht. Wie bei der vorigen Ausführungsform ist der äußere Lagerring 17 des lastabgewandten Lagers 11 im radial freigestellten Hülsenteil 24 un­ tergebracht, der mit dem anderen Hülsenteil 21 und dem Gehäuse 20 nur über die axial elastisch nachgiebigen, aber radial sehr steifen Stützelemente 26, 30 verbunden ist. Die Hülse 18 kann entsprechend der vorigen Ausführungsform mit den Vorspannelementen 32 verse­ hen sein, um eine definierte Vorspannung zur Belastung der Lager 10, 11 erzeugen zu können.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind beide Stützelemente 26 und 30 und der den Außenring 17 des Lagers 11 aufnehmende Hülsenteil 24 getrennte Bauteile.

Die erforderliche Genauigkeit des Zusammenbaues entsteht, indem die Stützelemente 26 und 30 jeweils in ringförmig umlaufenden, zen­ trischen Vertiefungen 37, 38 und 39 in der Hülse 18, im Hülsenteil 24 und im Gehäuse 20 aufgenommen werden.

Auch für diese Ausführungsform ist die Verwendung von Vorspann­ elementen 32 möglich, um in den Lagern 10 und 11 eine definierte Vorspannung zu erzeugen. Im übrigen unterscheidet sich die Funk­ tionsweise des Ausführungsbeispieles nach Fig. 5 nicht von den Bei­ spielen gemäß Fig. 3 und Fig. 4.

Die Vorspannkraft kann auch durch die Stützelemente 26, 30 selbst aufgebracht werden. Ein derartiges Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 6. Die beiden Stützelemente 26a, 30a sind als axiale Federn nach der Art von Tellerfedern ausgebildet. Dementsprechend sind die beiden axial vorgespannten Stützelemente 26a, 30a kegelstumpfförmig aus­ gebildet und gegensinnig zueinander angeordnet. Die resultierende Vorspannkraft F_ax ist in Fig. 6 durch einen Pfeil gekennzeichnet. Im übrigen ist dieses Ausführungsbeispiel gleich ausgebildet wie die Ausführungsform nach Fig. 4.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen können in die Hülse 18 Funktionen der Schmierstoffversorgung integriert werden. Hierfür können beispielsweise vorteilhaft gestaltete Aufnahmeräume für Fett oder optimal angeordnete Bohrungen zur Ölzufuhr vorgesehen wer­ den.

Im Ringraum 36 (Fig. 6) zwischen dem Hülsenteil 24 und der Innen­ wandung 25 des Einbauraumes 19 des Gehäuses 20 kann dämpfen­ des Material, zum Beispiel Öl oder Fett, untergebracht sein. Mit ihm kann die Dämpfung des Lagerpaketes erhöht und die dynamische Steifigkeit der Welle 14 gesteigert werden, so daß bessere Bearbei­ tungsergebnisse und/oder höhere Schnittleistungen realisiert werden können. Eine solche Ausbildung kann bei sämtlichen beschriebenen Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 bis 6 vorgesehen sein.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Hülsenteil 24 am Gehäuse 20 aufgehängt. Dabei kann der Außenring 17 des lastabgewandten Lagers 11, der sich im radial freigestellten Hülsen­ teil 24 befindet, radiale Kräfte über die Stützelemente 26, 26a; 30, 30a an das Gehäuse 20 abgeben. Der Hülsenteil 24 wird durch die auf seinen beiden Seiten befindlichen Stützelemente gegen Verkip­ pen gesichert. Dementsprechend kann auch der Lagerring 17 nicht kippen. Die axiale Verschiebung ist funktionssicher und kann nicht mehr durch Reibungseffekte unterbunden werden. Dadurch wird die Vorspannung der Lager 10, 11 unter allen Betriebszuständen kon­ stant gehalten. Eine Zerstörung durch zu hohe Vorspannungen ist nicht möglich. Die radiale Steifigkeit und die Kippsteifigkeit des La­ gerpaketes 10, 11 bleiben nahezu unverändert. Da in die Hülse 18 auch andere Funktionselemente, zum Beispiel zur Schmierung, inte­ griert werden können, kann der Lagerhersteller ein Komplettprodukt anbieten, dessen Eigenschaften besser kontrolliert und gewährleistet werden können als die eines einzelnen Lagers, das vom Anwender in unbekannter Art und Weise zu Paketen zusammengesetzt und ver­ baut wird.

Claims (14)

1. Hülse zur Aufnahme von Außenringen eines axial verspannten Lagerpaketes, mit dem eine Welle, eine Spindel und dergleichen drehbar abgestützt wird und das in einem Einbauraum eines Gehäuses angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring (17) des lastabge­ wandten Lagers (11) in einem Hülsenteil (24) befestigt ist, der radialen Abstand von der Wandung (25) des Einbauraumes (19) hat und über zwei mit axialem Abstand voneinander liegende, axial elastisch nachgiebige Stützelemente (26, 26a, 30, 30a) mit dem Gehäuse (20) verbunden ist.

2. Hülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenteil (24) über das eine Stüfzeiement (30, 30a) mit einem weiteren Hülsenteil (21) ver­ bunden ist, in dem das lastzugewandte Lager (10) untergebracht ist.

3. Hülse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hülsenteile (21, 24) einstückig miteinander ausgebildet sind.

4. Hülse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stützelemente (26, 26a, 30, 30a) einstückig mit der Hülse (18) ausgebildet sind.

5. Hülse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, das das vom lastzugewandten Lager (10) abgewandte Stützelement (26, 26a) ein von der Hülse (18) getrenntes Bauteil ist.

6. Hülse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stützelemente (26, 26a und 30, 30a) und der den Außenring (17) des Lagers (11) aufneh­ mende Hülsenteil (24) von der Hülse (18) getrennte Bauteile sind.

7. Hülse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (26, 26a, 30, 30a) eine hohe radiale Steifigkeit haben.

8. Hülse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Hülsenteilen (21, 24) Vorspannelemente (32) zur Erzeugung einer Axialkraft zwischen den Hülsenteilen (21, 24) angeordnet sind.

9. Hülse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Vorspannelementen (32) die Axialkraft einstellbar ist.

10. Hülse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Stützele­ mente (26, 26a, 30, 30a) axial vorgespannt ist.

11. Hülse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement (26, 26a, 30, 30a) nach Art einer Tellerfeder ausgebildet ist.

12. Hülse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in die Hülse (18) Funktionen zur Schmierung und Überwachung des Lagerpaketes (10, 11) inte­ griert sind.

13. Hülse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenraum (36) zwischen dem Hülsenteil (26, 26a) und der Wandung (25) des Einbaurau­ mes (19) dämpfendes Medium angeordnet ist.

14. Hülse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das dämpfende Medium Öl oder Fett ist.