DE3001121A1

DE3001121A1 - Lagervorrichtung

Info

Publication number: DE3001121A1
Application number: DE19803001121
Authority: DE
Inventors: Leif-Olof Fager; Johan Paul Stroem
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-01-15
Filing date: 1980-01-14
Publication date: 1980-07-24
Also published as: US4353603A; GB2044368A; FR2446408A1; SE423927B; GB2044368B; SE7900357L; FR2446408B1; JPS55115621A

Description

"Lagervorrichtung"

Die Erfindung bezieht sich auf eine

Lagervorrichtung zum drehbaren Lagern eines ersten Körpers gegenüber einem zweiten Körper mit einem Lager mit einem ersten Lagerring, der mit dem genannten ersten ° Körper zusammenarbeitet und mit einem zweiten Lagerring, der mit dem genannten zweiten Körper zusammenarbeitet. Die erfindungsgemasse Lagervorrichtung kann im allgemeinen von einem Typ sein, der Mittel enthält, die funktionsmässig den genannten ersten und zweiten Lagerringen entsprechen. Deutlichkeitshalber wird nachstehend die Erfindung an Hand von Kugellagern und der damit zusammenhängenden Probleme beschrieben.

Xn vielen Anwendungsbereichen, in denen eine Achse oder ein ähnliches Element an zwei Stellen mit Hilfe von Kugellagern gelagert wird, wird die genannte Achse und das Gehäuse, in das die Lager im Betrieb aufgenommen sind, TemperaturSchwankungen ausgesetzt, wobei unterschiedliche lineare Ausdehnungen in der axialen Richtung der genannten Teile auftreten. Dadurch finden Ver-

Schiebungen der inneren und äusseren Ringe der Lager gegenüber den Kontaktstellen auf der Achse bzw. in dem Gehäuse statt. Durch diese Verschiebungen wird der Charakter des Lagers geändert, weil die axiale Vorspannung zwischen den Lagerringen und dadurch auch der Kontaktwinkel der Kugeln

mit den Lagerringen geändert wird, was beispielsweise zu einem radialen Spielraum in dem Lager führen kann.

In manchen Anwendungsbereichen hängt die Zweckmässigkeit des Lagers davon ab, ob eine "ortsfeste" Lagerposition in. der axialen Richtung erhalten werden

kann, woraus folgt, dass etwaige Verschiebungen in der Längsrichtung ausgeglichen werden müssen.

Eine Verwendungsmöglichkeit, wobei diese

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sr

Anforderungen gelten und •wobei die Genauigkeit des Lagers ausserordentlich gross sein muss, ist ein Magnetron mit veränderlicher Frequenz zum Gebrauch in Radar mit veränderlicher Frequenz zum Erzeugen von Radarimpulsen, wobei ^ jeder ausgestrahlte Impuls eine neue Freqvienz hat, die beliebig und unabhängig von der Frequanz des vorhergehenden Impulses gewählt worden ist.

Ein Magnetron diesen Typs enthält einen Rotor, der mit Hilfe von Kugellagern auf einer Achse angeordnet ist. Das eine Ende dieses Rotors wird für Abstimmzwecke benutzt und muss im Betrieb am Platz bleiben, auch wenn die Temperatur des Rotors einen Wert über 400°C und die Temperatur der genannten Achse einen Wert von etwa 125 bis 200°C erreicht, was bei einer Ausführungsform

des Magnetrons dazu führen kann, dass der Rotor einen Ausdehnungsunterschied in der Längsrichtung von stwa 0-0,3 mm gegenüber der genannten Achse hat. Dadurch werden Verschiebungen der Lager und des Abstimmen des des Rotors und dadurch eine Störung des Magnetrons auftreten. Während

der genannten Verschiebung wird auch die Vorbelastung der Lager und dadurch der genannte Kontaktwinkel sich ändern können mit dar Gefahr, dass die Wirkung beeinträchtigt wird.

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, ein

Lager der eingangs erwähnten Art zu schaffen, wobei ein Aisgleich der Ausdehnungsunterschiede erhalten werden kann, der von Reibung des inneren oder äusseren Ringes gegenüber dem zugeordneten ersten bzw. zweiten Körper frei ist, während die Vorbelastung und der Kontaktwinkel der Lager

nahezu ungeändert bleiben.

Dies wird nach der Erfindung erreicht mit

einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art, die nach der Erfindung das Kennzeichen aufweist, dass der genannte

erste Körper mit dem genannten ersten Lagerring über ein 35

Federelement mit einem ringförmigen Teil mit einem Durchmesser, der von dem des Lagerringes abweicht, zusammenarbeitet, wobei das Federelement xtfeiterhin eine Anzahl

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längerer und kürzerer radial gerichteter Federarme enthält, die über den genannten ringförmigen Teil verteilt sind, wobei die genannten längeren Federarme sich bis jenseits des genannten Lagerringes erstrecken und die Endflächen derselben mit dem genannten ersten Körper zusammenarbeiten, und wobei die Endflächen der genannten kürzeren Federarme mit dem Lagerring in Berührung gebracht werden.

Weitere Kennzeichen der Vorrichtung nach dar Erfindung sind in den Ansprüchen erwähnt.

'" Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist

in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Figur 1 einen axialen Schnitt durch den

Rotor, die Achse und den Anodenblock eines Magnetrons mit '* veränderlicher Frequenz,

Figur 2 einen teilweisen axialen Schnitt

durch das Magnetron nach Figur 1 mit der Lagervorrichtung nach der Erfindung.

Figur 3 eine schaubildliche Darstellung

des Kugellagers h aus Figur 2 und der zugeordneten Tellerfeder ,

Figur h den Sicherungsring 11, der mit der Tellerfeder nach Figur 3 zusammenarbeitet,

Figur 5 zwei schematische, teilweise im

Schnitt dargestellte Draufsichten anderer Ausführungsformen der erfindungsgemässen Lagervorrichtung.

Figur 1 zeigt den Rotor 1, die Achse 2, den Anodenblock 3a, b und die Kathode 3c, die in ein Magnetron mit veränderlicher Frequenz aufgenommen sind.

Der Rotor hat die Form eines Zylinders und ist auf der genannten Achse mit Hilfe zweier Kugellager k und 5 angeordnet. Der Rotor ist am einen Ende mit Abstimmöffnungen versehen. Das andere Ende des Rotors ist mit einem Zahnkranz 7 aus magnetisch weichem Stahl zum Antreiben des

Rotors durch magnetische Kupplung mic einem zugeordneten Joch (nicht dargestellt) versehen, das von einem Motor angetrieben und mit einem ähnlichen Zahnkranz versehen ist.

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RAD QiRiGlNAL

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Der Anodenblock 3a, b besteht aus einem

ringförmigen äusseren Teil 3a, dessen Innonseite mit einer Anzahl radialer Platten 3b versehen ist, zwischen denen sektorförmige Hohlräume gebildet sind. In der Nähe des Anodenblocks 3a sind die genannten Platten 3b mit Rillen versehen, in die der Rotor 1 gesteckt ist. In der Mitte des Anodenblocks ist eine stabförmige Kathode 3c vorgesehen. Im Betrieb kann die Temperatur des Rotors 1 um 200-300⁰C höher sein als die Temperatur der Achse 2. Der Temperatur-

" unterschied führt zu einer Ausdehnung in der Längsrichtung des Rotors in der Grössenordnung von 0 bis 0,3 mm gegenüber der genannten Achse. Diese Ausdehnung führt zu einer gegenseitigen Verschiebung der äusseren Ringe der Kugellager und des Rotors und auch der äusseren und inneren Ringe der Kugellager 4 und 5» wodurch der Charakter des Lagers geändert wird und eine Verschiebung des Endes des Rotors mit den genannten Abstimmöffnungen 6 gegenüber dem Anodenblock und dadurch eine Aenderung der Abstimmung des Magnetrons herbeigeführt werden kann.

Figur 2 zeigt teilweise einen axialen

Schnitt durch eine Ausführungsform der Teile des Magnetrons, die in Figur 1 dargestellt sind. Die Drehungsachse des Rotors 1 ist durch 10 bezeichnet und der Rotor ist, ebenso wie in Figur 1, auf einer auf schematische Weise dargestellten Achse 2 mit Hilfe zweier Kugellager 4 und angeordnet. Wie bereits in Figur 1 dargestellt, ist der Rotor 1 am einen Ende mit einem Zahnkranz 7 aus weichem Stahl versehen, während das andere Ende mit den genannten Abstimmöffnungen 6 in Figur 2 nicht vollständig dargestellt

ist. Mit dem letztgenannten Ende ist der Rotor 1 auf einem Präzisionskugellager 5 herkömmlichen Typs angeordnet. Am anderen Ende ist der Rotor auf einem Kugellager 4 angeordnet, das die Kennzeichen der Lagervorrichtung nach der Erfindung aufweist. Der Abstand zwischen den inneren

Ringen 4a und 5^a der Lager 4 bzw. 5 ist durch den Distanzring 8 bestimmt.

Das Lager 4 enthält den inneren Ring 4a

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BAD ORlQlNAL ,..

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und. den äusseren Ring 4, der im Gegensatz zu dem äusseren Ring 5 des anderen Kugellagers nicht unmittelbar mit der Innenoberfläche des Rotors 1 zusammenarbeitet, sondern statt dessen mittelbar über eine Tellerfeder 9 damit zusammenarbeitet, wobei der Umfang der genannten Tellerfeder mit abwechselnd längeren und kürzeren Federarmen 9^a bzw. 9 t> versehen ist. Die längeren Federarme 9a erstrecken sich durch Ausnehmungen des äusseren Ringes und arbeiten mit der Innenoberfläche des Rotors zusammen. In axialer Richtung werden die Lagen der Federarme 9a durch Vorsprünge 11a eines Sicherungsringes 11 fixiert. Wie in Figur 2 dargestellt, sind die genannten Vorsprünge 11a in die entsprechenden Ausnehmungen des äusseren Ringes 4 hineingeführt. Die Konstruktion des äusseren Ringes 4, der Tellerfeder 9 und des Sicherungsringes 11 wird untenstehend an Hand der Figuren 3 und 4 in Einzelheiten beschrieben.

In der in Figur 2 dargestellten Ruhelage

sind die längeren Federarme 9^a in der Zeichnung etwas

nach links abgewinkelt, während, die genannten kürzeren Federarme 9b nahezu gerade sind. Das Abwinkein der Federarme 9^a führt dazu, dass die Tellerfeder 9 den Rotor in der Zeichnung nach rechts zu schieben versucht, während die Federarme 9t> gleichzeitig versuchen, den äusseren

Ring 4 in der entgegengesetzten Richtung zu verschieben.

Durch eine geeignete Wahl der Härte der Tellerfeder und der Form der Federarme kann die gewünschte Vorbelastung der Kugellager erhalten werden. Durch diese Vorbelastung werden die Kontaktwinkel CC bzw. /i in den Kugellagern 4 und 5 erhalten. Wenn der Rotor 1 im Betrieb ist und infolge einer höheren Temperatur in dar Länge sich gegenüber der stehenden Achse 2 ausdehnt, wird dies ohne jegliche Reibung ausgeglichen und zwar dadurch, dass die Federarme 9&. weniger ausweichen. Durch diese Massnahme

wird auch der Radius der Federarme 9^a vergrössert, wodurch ein etwaiger radialer Spielraum zwischen den Federarmen 9a und dem Rotor 1 ausgeglichen wird. Die geringe Aenderung

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der Form der Tellerfeder 9 führt nicht zu einer nennenswerten Aenderung der Vorbelastung der Kugellager k und 5> wodurch die genannten Kontaktwinkel und die gewünschte Präzision des Lagers nahezu ungeändert bleiben. Weil die Ausdehnung in der Längsrichtung des Rotors 1 nur beim Lager 4 ausgeglichen wird, bleibt die Lage des äusseren Ringes des Kugellagers 5 gegenüber dem Rotor ungeändert. Dadurch wird zugleich eine Verschiebung des Abstimmendes des Rotors 1 gegenüber dem Anodenblock 3^a vermieden (Figur 1).

Figur 3 zeigt schaubildlich das Kugellager K in Figur 2 mit der zugeordneten Tellerfeder. Das Kugellager enthält den äusseren Ring h und den inneren

Ring 4ä und die zwischen denselben laufenden Kugeln, von 15

denen nur einige dargestellt sind. Der Rand des äusseren

Ringes ist abwechselnd mit Ausnehmungen 12 und VorSprüngen 13 versehen. ¥ie bereits erwähnt, bilden die Ausnehmungen 12 den Raum, in dem sich die längeren Federarme 9a erstrecken durch den äusseren Ring k hindurch, bis sie den Rotor on

berühren (siehe Figur 2). Wie aus der Zeichnung hervorgeht, weisen die VorSprünge 13 axial und radial gerichtete Kontaktflächen für die genannten kürzeren Federarme 9b auf.

Wie in Figur 3 dargestellt, ist die Tellerfeder 9 mit einer Anzahl abwechselnd längeren und kürzeren

radial gerichteten Federarme 9a bzw. 9b versehen. Die Anzahl längerer und kürzerer Federarme entspricht der Anzahl Ausnehmungen 12 bzw. Vorsprünge 13 des äusseren Ringes 4. Beim Herstellen der Tellerfeder werden der Werkstoff der Tellerfeder und die Form der Federarme derart

gewählt, dass die Federkraft der Tellerfeder innerhalb des im Betrieb auftretenden Ausdehnungsbereiches in der Längsrichtung nahezu ungeändert bleibt. Dadurch bleiben die Vorbelastung und folglich die Rotorlage ungeändert.

Figur k zeigt detailliert den Sicherungs-35

ring für die Tellerfeder nach Figur 2. Der Sicherungsring 11 ist am Umfang mit abwechselnd Vorsprüngen 11a und Ausnehmungen 11b versehen. Wie in Figur k dargestellt,

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ORlGtNAL

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arbeiten die Endflächen der Vorsprünge 11a mit den Kontaktflächen der längeren Federarme 9^a zusammen. Die Form der Vorsprünge 11a und der Ausnehmungen 11b wird an die Form der entsprechenden Ausnehmungen 12 bzw. Vorsprünge 13 des äusseren Ringes k auf derartige ¥eise angepasst, dass die genannten Teile bei der Montage des Lagers auf die in Fiur 2 dargestellte Art und Weise ineinander gesteckt werden. Infolge der Tatsache, dass der Sicherungsring 11 und der äussere Ring h gegenseitig ineinander gesteckt werden können, wird der äussere Ring vor Drehung gegenüber dem Rotor 1 durch den Sicherungsring 11 gesichert. Das Sichern des Sicherungsringes 11 gegenüber dem Rotor wird mit Hilfe der Unterstützungen 11c und der Zungen 11d erhalten. ¥ie in Figur 2 durch eine gestrichelte Linie

dargestellt, ist der Teil 7 des Rotors mit axialen Einschnitten 11e versehen, in die die Unterstützungen 11c gesteckt werden können. Die Einschnitte 11e enden mit einem abgewinkelten Teil (nicht dargestellt), der eine Drehung des Sicherungsringes in der in Figur 2 dargestellten Lage

ermöglicht, so dass der auswärts gerichtete Rand jeder Unterstützung 11c mit einem entsprechenden Rand des abgewinkelten Teils des entsprechenden Einschnittes 11e zusammenarbeitet. Die Länge des genannten abgewinkelten Teils der Sicherungseinschnitte 11e ist derart angepasst, dass

jede der genannten Zungen 11d des Sicherungsringes nach Drehung desselben sich gegenüber einem zugeordneten Einschnitt 11e befinden wird. Der Sicherungsring wird danach fixiert und zwar dadurch, dass die genannten Zungen 11d

durch Abwinkein in die entsprechenden Einschnitte gebracht 30

werden.

In Figur 5& und b sind Draufsichten zweier

anderer Ausführungsformen der erfindungsgemässen Lagervorrichtung dargestellt. Die Aus führung sforni nach Figur 5a

entspricht dem obenstehend genannten Anwendungsbereich, 35

wobei ein im allgemeinen zylinderförmiges Element auf Lagern auf einer ortsfesten Achse 51 mit Hilfe einer Lagervorrichtung nach der Erfindung angeordnet ist mit einem

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Kugellager mit dem äusseren Ring 52 und dem inneren Ring 53· Die mechanische Kupplung zwischen dem äusseren Ring 52 und dem Element $h wird mit Hilfe der Tellerfeder 55 erhalten. Die längeren Federarme der Tellerfeder greifen ^ an der Innenoberfläche des Zylinders 5^ an, während die kürzeren Federarme derselben an der Innenoberfläche des äusseren Ringes 52 angreifen. Dadurch kann durch diese Lagervorrichtung der Zylinder 5^ in axialer Richtung gegenüber dem äusseren Ring 52 mit Hilfe der biegsamen Federarme 55 bewegt werden.

Die Ausführungsform nach Figur 5t> zeigt

eine Abwandlung der erfindungsgemässen Lagervorrichtung. Darin macht die Tellerfeder 55 eine Bewegung in axialer Richtung der Achse 51 gegenüber dem äusseren Ring 52 der

Lagervorrichtung möglich, die als ortsfest angeordnet mittels Montagemittel 56 betrachtet werden kann. In diesem Fall sind die Federarme der Tellerfeder 55 radial einwärts gerichtet und wird dafür gesorgt, dass die Tellerfeder mit dem inneren Ring der Lagervorrichtung zusammenarbeitet.

Figur 2 zeigt die Art und ¥eise, wie die

Tellerfeder 9 in Zusammenarbeit mit dem Rotor 1 und dem äusseren Ring k mit Hilfe eines Sicherungsringes einer in Figur k detailliert dargestellten Form in Zusammenarbeit gebracht werden kann. Es dürfte jedoch einleuchten, dass

die Zusammenarbeit auch auf· andere Art und Weise durchgeführt werden kann und zwar abhängig von dem betreffenden Anwendungsbereich. Es ist deswegen nicht notwendig, dass die Tellerfeder 9 mit dem äusseren Ring unmittelbar zusammenarbeitet sondern dieser kann statt dessen mit dem

genannten Ring über ein Verbindungselement zusammenarbeiten, das auf geeignete Weise gebildet ist. Bei anderen Anwendungsbereichen kann der einzelne Sicherungsring durch Angreifmittel ersetzt werden, die auf dem Rotor ortsfest

angeordnet sind.
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BAD ORIGINAL

Claims

. 1.80 S PHZ. 79.001

P&TE^TANSPRTJECHE

li. LagGrvorrichtung zum drehbaren Lagern

eines ersten Körpers (i) gegenüber einem zweiten Körper (2) mit einem Lager mit einem ersten Lagerring (4\ der mit dem genannten ersten Körper zusammenarbeitet und mit einem zweiten Lagerring (4a), der mit dem genannten zweiten Körper zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte erste Körper (i) mit dem genannten ersten Lagerring (4) über ein Fedsrelement (9) zusammenarbeitet,

dass einen ringförmigen Teil mit einem Durchmesser, der 10

von dem des genannten Lagerringes abweicht, enthält, wobei dieses Federelement weiterhin eine Anzahl abwechselnd längerer (9a) und kürzerer (9b) radial gerichteter Federarme enthält, die über den genannten ringförmigen Teil verteilt sind, wobei die genannten längeren Federarme (9a) bis jenseits des genannten Lagerringes (4) hinausragen und dia Endflächen derselben mit dem genannten ersten Körper (i) zusammenarbeiten, und wobei die Endflächen der genannten kürzeren Federarme (9b) den Lagerring (4)

berühren, wobei die längeren und kürzeren Federarme durch 20

Druckmittel in verschiedenen Richtungen gespannt sind.

2. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dad'n'ch

gekennzeichnet, dass das genannte Lager ein Kugellager ist, dessen äusserer Ring (4) mit dem genannten ersten Körper (i) über ein Federelement in Form einer Tellerfeder ^v '

(9, 9a, 9t>) zusammenarbeitet, welches Element einen ringförmigen Teil (9) mit einer zentralen Oeffnung mit einem derartigen Durchmesser enthält, dass die Tellerfeder gegenüber dem genannten zweiten Körper (2) und dem damit zusammenarbeitenden inneren Ring (4a) frei drehen, kann, wobei die genannten längeren und kürzeren Federarrne (^a, bzw. S>b) abwechselnd angeordnet und gegenüber dem genannten ringförmigen Teil auswärts gerichtet sind, wobei der genann·-

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te äussere Ring (k) mit abwechselnden Ausnehmungen. (12 in Figur 3) und. Vorsprüngen (13) entsprechend der Anzahl .Federarme versehen ist und wobei die längeren Federarme (9<i) sich durch die genannten Ausnehmungen (12) erstrecken und die gonannten Vorsprünge (I3) je eine axiale Angreifungsflache ("I-'+) und eine radial einwärts gerichtete Kontaktfläche (15) fü-τ den zugeordneten kürzeren Federarm (9b) aufweisen.

3. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass das genannte Lager ein Kugellager (32, 53 in Figur 5^>) ist, dessen innerer Ring (53) mit dem genannten ersten Körper (5I ) über ein Fed-arelement in Form einer Tellerfeder (57> 58, 59) zusammenarbeitet mit einem ringiörmigen Teil (57) mit einem Aussendurchmesser,

der es erm*dglicht, dass die Tellerfeder gegenüber dem genannten zweiten Körper (56) und dem damit zusammenarbeitenden äusseren Ring (52) drehbar ist, wobei die genannten längeren und kürzeren Federarme (58 bzw. 59) abwechselnd angeordnet und gegenüber dem genannten ringförmigen Teil

einwärts gerichtet sind und dass der Innenring (53) mit abwechselnd Ausnehmungen und Vorsprüngen entsprechend der Anzahl Federaraie versehen ist, wobei die genannten längeren Federarme (58) sich durch die genannten Ausnehmungen erstrecken und die genannten VorSprünge mit je einer axialen

Kontaktfläche und einer radial auswärts gerichteten Kontaktfläche für den zugeordneten kürzeren Federarm (59) versehen sind.

k. LagerVorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder

3, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der längeren Federarme (9a) des genannten Federe lernen fees (9 > 9a > 9t> in Figur 2.) gegenüber dem genannten ersten Körper (1) in der Drehrichtung mit Hilfe eines einzelnen Sicherungsringes (ii) mit Mitteln (lic, 11d) zum Fixieren des

Sicherungsringe-3 gegenüber dem genannten ersten Körper 35

gesichert sind.

5· Lagervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3

und h, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Siche-

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BADÖRIiSlNÄi-

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rungsriag (ii) mit axial gerichteten Vorsprüngen (i1a) und Ausnehmungen (lib) versehen ist, die mit entsprechenden Ausnehmungen (12) bzw. Vorsprüngen (i3) des äusseren bzw. inneren Ringes des Kugallagers zusammenarbeiten, wodurch der betreffende Ring vor Drehung gegenüber dem damit zusammenarbeitenden Körper gesichert ist.