DE3034651C2 - Loslagerung für Wellen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Loslagerung nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

Eine Lagerung ähnlicher Art ist aus der DE-OS 21 55 048 entnehmbar. Damit wird zwar die Elastizität im Hinblick auf Stöße und Ausdehnungen durch Erwärmungen erhöht, die S-Form und die im Mittelteil angebrachten Schlitze am Lagerschild bewirken aber, daß letzteres radial sehr nachgiebig ist. Eine solche Nachgiebigkeit ist aber bei vielen Anwendungsfällen wie z. B. Motorspindellagerungen im Hinblick auf eine genaue Wellenführung nicht zulässig. Eine Ausführung, wie sie im DE-GM 69 38 461 gezeigt wird, wäre zwar in radialer Richtung steif, dagegen aber in axialer Richtung ebenfalls, denn die hier als Lagerschild vorgesehene Stützscheibe besitzt aufgrund ihrer ebenen Gestaltung eine progressive Kennlinie. Dieser Sachverhalt bewirkt aber, daß die bei vielen Wellenlagern auftretenden Wärmeausdehnungen die bereits axial verspannten Lager auf beiden Seiten der Welle noch zusätzlich axial belasten, was insbesondere bei bereits hoch beanspruchten z. B. hochtourigen Lagerungen zu einer Reduzierung der Lebensdauer führt.

Ausführungen nach dem Oberbegriff zeigen auch die DE-OS 16 25 537 und FR-PS 7 30 450. Die darin angeführten Lagerschilde sind zwar hinsichtlich ihrer radialen und axialen Eigenschaften besser als die obengenannten, bei ihren ist aber die Verbindung zum Außenring so gelöst, daß bei Temperaturausdehnungen wegen deren radialer Steifigkeit, hervorgerufen durch dem Außenring sehr naheliegende radiale Abschnitte, eine zusätzliche Verformung des dünnwandigen Außenrings eintritt. Dadurch wäre eine genaue Wellenführung nicht sichergestellt. Die Ausführung nach der DE-PS 1 61 018 dürfte diesen Mangel nicht aufweisen. Die hier verwendete Membran einer fernliegenden Stopfbüchsenanordnung ist aber viel zu schwach, um eine genaue Lagerung zu erreichen. Außerdem benotigt sie in axialer Richtung viel Raum.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Temperaturausdehnungen ausgleichende und vibrationsgedämpfte Loslagerung nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs weiter zu verbessern, indem sie radial steif und axial weich abgestützt wird, wodurch die Genauigkeit der Wellenführung und die Lebensdauer der Wälzlager erhöht wird, ohne daß der Platzbedarf erhöht wird.

Die Lösung ist im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs angegeben. Die Ansprüche 2 und 3 enthalten weitere Ausgestaltungen.

Die beanspruchte Form und Anordnung des Lagerschilds bewirkt in radialer Richtung eine sehr steife Abstützung. Da es sich um geschlossene Ringabschnitte handelt, sind auch die axial gerichteten Schenkel der U-förmigen Membran kaum elastisch. Dagegen ist aber, wie in vielen Anwendungsfällen sehr erwünscht, eine axiale Verschiebung des Loslagers infolge Wärmedehnung möglich, ohne daß es dabei zu einer starken Zunahme der Axialbelastung kommt. Dies ermöglicht die im Querschnitt lange dünnwandige Membran, wobei es lediglich zu einer geringfügigen radialen Aufweitung im Bereich des Bodenabschnitts der U-förmigen Membran kommt, was infolge der Anordnung frei im Raum ohne weiteres möglich ist. Insgesamt gesehen ergibt sich eine optimale Befestigung des Loslagers im Gehäuse, wodurch eine sehr genaue Wellenführung und hohe Lebensdauer sowohl des Los- als auch des Festlagers erreicht wird. Außerdem verursacht die Konstruktion nur einen geringen Platzbedarf.

Die einstückige Verbindung der beiden Enden der etwa U-förmigen Membran mit Befestigungsabschnitten dicken Längsschnitts vereinfacht die Herstellung des Lagerschilds und den Zusammenbau.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung steht der den Außenring umgebende Befestigungsabschnitt dem Gehäuse mit einem mit öl gefüllten Spalt gegenüber. Dadurch wird eine selbstregulierende, hydraulische Schwingungsdämpfung bewirkt, die eine axial vibrationsfreie Funktion der Loslagermembran ohne Beeinträchtigung des axialen Längsausgieichs gewährleistet.

Die Erfindung wird anhand eines Beispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt dabei einen Querschnitt durch eine Motorspindel z. B. für eine Hochleistungsschleifmaschine, bei der wie in vielen anderen Anwendungsfällen eine exakte Lagerung der Welle bei langer Lebensdauer gewünscht wird.

Die Motorspindel besteht aus der Welle 1, dem Festlager 2 sowie dem Loslager 3, die hier als Schrägkugellager in ^-Anordnung eingebaut sind, dem Lagerschild 4 und dem Gehäuse 5. Der Lagerschild 4 umfaßt die etwa Z-förmigen Befestigungsabschnitte 6 und 7 sowie die U-förmige Membran 8 mit dem Boden 9 und den beiden Schenkeln 10.

Die beiden Lager 2 und 3 sind aus verschiedenen, allgemein bekannten Gründen bereits im Stillstand axial verspannt. Wird nun die Spindel in Betrieb gesetzt, dann erwärmt sich die Welle 1 hier insbesondere durch den Stromfluß in den Wicklungen 11 des Elektromotors. Auf der Seite des Festlagers 2 muß nun im Hinblick auf eine exakte Bearbeitung von Gegenständen eine genaue axiale Fixierung vorgenommen werden. Die Wärmeausdehnung muß dann auf der Seite des Loslagers 3 ausgeglichen werden. Dies erfolgt über die Membran 8. indem diese wegen der langen, dünnen Abschnitte 9 und 10 eine axiale Verschiebung ermöglicht, ohne daß dabei größere Gegenkräfte entstehen die ja beide Lager 2

und 3 zusätzlich zur Verspannungsbelastung beaufschlagen würden. Radial hingegen ist der Lagerschild 4 anforderungsgemäß sehr steif, weil trotz der dünnen und axial gerichteten Abschnitte 10 infolge deren geschlossener ringförmiger Gestaltung eine stabile Ausführung vorliegt.

Die 2-förmigen Befestigungsabschnitte 6 und 7 erleichtern die Montage der Membran 8 am Gehäuse 5 und am Außenring 3' des Schrägkugellagers 3. De·· aus Membran 8 und Befestigungsabschnitten 6 und 7 bestehende Lagerschild 4 besitzt eine mäanderähnliche Form. Dadurch wird nicht nur die Herstellung erleichtert und eine platzsparende Ausführung erzielt, sondern bei einer Erwärmung der Welle 1 erfolgt auch ein Wärmeübergang durch das Loslager 3 bis zum Befestigungsabschnitt 6, weswegen auch dieser sich

ausdehnt Letzterer führt sowohl in radialer als auch in axialer Richtung zu einem Spannungsabbau zum Wohle des Loslagers 3. Begünstigt wird dieser Vorgang durch die langen, dünnwandigen Abschnitte 9 und 10 der Membran 8, die den weiteren Wärmeabfluß behindern. Der den Außenring 3' des Loslagers 3 umgebende Befestigungsteil 6 besitzt weiterhin eine radial gerichtete Fläche 6', die einer entsprechenden Fläche des Gehäuseteils 12 mit Spalt 13 gegenübersteht In diesem Spalt 13 sammelt sich infolge der Kapillarkräfte Öl, das in Form eines ölnebels durch den Kanal 14 zur Schmierung des Loslagers 3 in den benachbarten Raum 15 gebracht wird. Beim Auftreten von Axialstößen muß das öl im Spalt 13 verdrängt werden und dämpft so die axiale Wellenbewegung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Loslagerung für Wellen, bestehend aus einem axial verspannten Wälzlager, zwischen dessen Außenring und dem Gehäuse ein Lagerschild angeordnet ist, der zumindest teilweise aus dünnwandigen, radial und axial gerichteten Abschnitten besteht, wobei diese in einem Teilbereich eine Metallmembran mit etwa U-förmigem Teillängsschnitt bilden, deren mittlerer Teil radial gerichtet ist und deren Enden am Gehäuse bzw. am Außenring direkt oder indirekt befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß beide sich an das radial gerichtete Membranteil (9) anschließende axial gerichtete Membranteile (10) frei im Raum angeordnet sind, wobei alle drei Membranteile sich im wesentlichen axial innerhalb des Raumes befinden, der radial außerhalb des Wälzlagers (3) liegt

2. Loslagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden der Metallmembran (8) einstückig mit Befestigungsabschnitten (6 und 7) dicken Längsschnitts verbunden sind.

3. Loslagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Außenring (3') umgebende Befestigungsabschnitt (6) mit einer 2s achsnormalen Fläche (6') einer entsprechenden Fläche eines Gehäuseteils (12) mit kleinem Spalt (13) gegenübersteht, wobei sich im Spalt öl befindet.