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"Lagerung eines drehbaren Maschinenteils
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in einem Wälzlager"
Die Erfindung betrifft die Lagerung
drehbarer Rollen, Walzen, Räder oder dgl. auf einer starren Achse bzw. auf starren
Lagerzapfen.
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Bei einer derartigen Lagerung in Wälzlagern besteht das Problem, daß
der Außenring als das im Durchmesser größte Teil des Wälzlagers die Drehbewegung
der Rolle, Walze, des Rades mitmacht, wodurch sich eine sehr große Relativbewegung
innerhalb des Kugellagers ergibt.
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Durch die in Anspruch 1 angegebene Lösung läßt sich erreichen, daß
die Relativbewegungen in dem Kugellager kleingehalten werden. Hierzu wird der Innenring
des Wälzlagers in einer Traghülse gelagert, welche durch einen Flansch mit der Rolle,
Walze oder dem Rad verbunden ist, während der Außenring in einer Mantelhülse gelagert
ist, welche Teil eines Lagertopfes ist, der auf der Achse bzw. auf dem Lagerzapfen
fest eingespannt ist.
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In dieser Art lassen sich sowohl Festlager als auch Los lager verwirklichen.
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Bei der Lagerung von Wellen in Lagerbuchsen oder Rollen auf Achsen
oder Zapfen mittels Wälzlagern ist darauf zu achten, daß die Wälzlager unter Umständen
nicht in axialer Richtung fest eingespannt werden dürfen, sondern insbesondere zum
Ausgleich von Wärmedehnungen einen axialen Ausgleich zwischen den festen und den
rotierenden Lagerteilen gestatten müssen.
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Es handelt sich hierbei um ein allgemeines Problem der Wälzlagerung,
das bei allen starren Wälzlagern auftritt. Als starr sind insbesondere Rillenkugellager
und geführte Zylinderrollenlager, d.h. alle solchen Wälzlager zu bezeichnen, die
in sich selbst keine axiale Relativbewegung zwischen Innenring und Außenring zulassen.
Bei der Lagerung von Wälzlagern
unterscheidet man daher zwischen
Festlagern oder Führungslagern, welche keine Axialbewegung zulassen und daher die
radiale Führung der Welle bzw. Rolle übernehmen, und sog. Loslagern, bei denen eine
axiale Relativbewegung zwischen dem drehenden und dem festen Teil, also zwischen
Welle und Lagergehäuse einerseits oder Rolle und Achse bzw. Zapfen andererseits
möglich ist. Es wird z.B.
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verwiesen auf Dubbels Taschenbuch für den Maschinenbau, 1. Band, Seite
702.
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Bei dem übergang zu höheren Drehzahlen tritt bei Loslagern, die durch
entsprechende Auswahl der Passungen (Schiebesitz) eine axiale Relativbewegung zwischen
dem stehenden und dem rotierenden Lagerteil zulassen, ein sog. Passungsrost auf,
der nach wenigen Betriebsstunden schon zur Zerstörung der Lagerung infolge Beschädigung
der Oberflächen führen kann.
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Nach Anspruch 2 wird der Vorteil erzielt, daß das Wälzlager auf der
Loslagerseite sowohl von hohen Relativgeschwindigkeiten als auch von Schiebesitzpassungen
befreit wird. Hierdurch wird vermieden, daß es im Bereich des Wälzlagers zu Passungsrost
kommt, und zwar auch dann, wenn als Wälzlager ein starres Wälzlager verwandt wird.
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Die erfindungsgemäße Los lagerung nach Anspruch 2 zeichnet sich dadurch
aus, daß der äußere Wälzlagerring über eine tellerförmige Membran in der Mantelhülse
des Lagertopfes abgestützt ist.
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Diese Membran ist z.B. eine Stahlscheibe von wenigen mm Dicke, die
zum einen die aufkommenden Radialkräfte spiel- und schwingungsfrei aufnimmt, die
aber andererseits in Axialrichtung eine Relativbewegung zwischen dem stehenden und
dem drehenden Lagerteil gestattet. Dabei werden Gleitbewegungen wie bei den herkömmlichen
Schiebesitzen vermieden. Die Relativbewegung erfolgt dadurch, daß bei der scheiben-
oder tellerförmigen Membran durch axiale Ausbeulung eine axiale Relativbewegung
zwischen dem Zentrum und dem Außenumfang möglich ist. Vorzugsweise ist
die
Membran in Richtung auf das Festlager axial vorgespannt-, so daß das drehende Teil
ungeachtet der Lagertoleranzen spielfrei geführt ist.
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Die Membran kann in einer bevorzugten Ausführung auch als Tellerfeder
ausgebildet sein, welche vorzugsweise durch von ihrem Rand ausgehende radiale Schlitze,
vorzugsweise von beiden Rändern ausgehende gegeneinander versetzte radiale Schlitze
eine besondere, d.h. im allgemeinen flache Kraftweg-Kennlinie erhalten hat.
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Diese Tellerfeder kann gegenüber der Lagerbuchse bzw. Achse bzw.
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Zapfen über radiale Federn, welche in Achsrichtung starr geführt sind,
abgestützt werden. Hierbei addieren sich die Federkennlinien der Tellerfeder einerseits
und der radialen Federn andererseits, so daß es möglich wird, im Einspannbereich
das Federsystem mit einer vorbestimmten Kraftweg-Kennlinie auszustatten. Bevorzugt
ist vorgesehen, daß diese aufsummierte Kraftweg-Kennlinie im Einspannbereich wegunabhängig
ist. Das bedeutet, daß die axiale Einspannkraft der Tellerfeder wegunabhängig ist.
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Die Membran kann sich mit ihrem Außenumfang gegen den Mantel eines
Lagertopfes abstützen, dessen Boden konzentrisch von der Achse durchdrungen und
drehfest und unverschiebbar mit dieser verbunden ist.
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Die radialen Federn sind vorzugsweise als achsparallele, an einer
Seite federnd eingespannte, jedoch am anderen Ende radial bewegliche Federzungen
ausgebildet. Dies kann man dadurch erhalten, daß (Anspruch 6) der Mantel eines Topfes
mit einer Vielzahl von axialen Schlitzen mit konstantem Abstand und konstanter Länge
versehen wird.
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Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Lagerung anwendbar zur Lagerung
rotierender Rollen, Walzen oder dgl. in zwei im Abstand voneinander angeordneten
Wälzlagern auf einer starren Achse oder zwei starren Lagerzapfen, wobei ein Lager
als Festlager und das andere Lager als Loslager nach dieser Erfindung ausgeführt
ist.
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Auch die Lagerung des Außenläufers auf der starren Achse eines Außenläufermotors
läßt sich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lagerausbildung vorteilhaft verwirklichen.
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Besonders hohe Drehzahlen werden heute in der Textiltechnik und insbesondere
beim Aufspulen von frischgesponnenen und/oder verstreckten Chemiefasern erfordert.
Daher ist als ein bevorzugter Anwendungsfall eine Aufspulmaschine für Chemiefasern
vorgeschlagen, wobei für diese Lagerung sowohl die Changierwellen als auch die Treibwalzen
als auch die Spulspindeln in Betracht kommen. Vorteilhafte Anwendungen ergeben sich
auch bei der Lagerung von Spinnrotoren.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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Es zeigen Fig. 1 die Lagerung einer Rolle auf einer feststehenden
Achse; Fig. 2 Ansicht eines Federkörpers nach Fig. 1; Fig. 3 Ansicht und Schnitt
einer Tellerfeder; Fig. 4 perspektivische Ansicht einer Aufspulmaschine.
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Figur 1 zeigt die Lagerung einer Rolle 25 auf einer ortsfesten Achse
33. Die Rolle 25 ist hier gleichzeitig als Außenläufer eines Elektromotors mit der
Primärwicklung 31 und der Sekundärwicklung 32 ausgeführt. Die Lagerungen von Festlager
1 und Loslager 2 zeichnen sich zunächst dadurch aus, daß die Außenringe 10, 12 stillstehen
und die Innenringe 9, 11 sich drehen. Dadurch können die Relativgeschwindigkeiten
in dem Kugellager wesentlich herabgesetzt und damit zum einen die Drehzahl, zum
anderen die Laufzeit erhöht werden. Der Außenring 10 des Festlagers 1 sitzt in der
Mantelhülse 58 eines Lagertopfes 34, welcher fest mit der stehenden Achse 33 verbunden
ist. Der Innenring sitzt dagegen auf dem rohrförmigen Auge 59 eines Tragflansches
35, welcher mit der Rolle 25 fest verbunden ist.
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Der Innenring des Loslagers 2 sitzt auf der Traghülse 57 eines entsprechend
ausgebildeten Tragflansches 36. Zur Lagerung des Außenringes 12 dient der im Detail
in Fig. 2 dargestellte Tragtopf 40, der mit seinem Boden 42 fest auf der stehenden
Achse 33 sitzt. Am Außenrand des Bodens 42 sitzen Federzungen 38. Diese Federzungen
38 sind dadurch gebildet, daß in den Mantel des Lagertopfes axiale Schlitze 39 eingebracht
sind. Die Federzungen können radiale federnde Bewegungen ausführen. Die Lagerbuchse
37, in die der Außenring 12 des Loslagers mit Preßsitz eingepaßt ist, stützt sich
durch eine Membran 5 gegen die Federzungen 38 ab, wobei die Distanzhülse 41, welche
in den Lagertopf 40 eingefügt ist, die axiale Festlegung des Außenumfangs der Membran
5 bewirkt.
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Die Membran 5 ist in Fig. 3 im Schnitt und in der Draufsicht dargestellt.
Der Schnitt zeigt das typische Aussehen einer Tellerfeder mit dem zentrischen Auge
46. Vom Außenumfang 43 und vom Innenumfang 44 der Tellerfeder her sind radiale Schlitze
45 in die Tellerfeder eingebracht. Durch Zahl und Ausbildung dieser Schlitze kann
die Kennlinie der Tellerfeder beeinflußt und insbesondere "weicher" gemacht werden.
Dadurch wird die Abhängigkeit der Federkraft von Federweg vermindert.
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Die Membran 5 ist Bestandteil eines topfförmigen Gebildes bzw.
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bildet dessen Boden. Sie ist einerseits starr genug ausgeführt, daß
sie die radialen Kräfte aufnehmen kann. Sie ist andererseits biegeweich genug ausgeführt,
um bei in der Wellenlagerung auftretenden Axialkräften, also z.B. bei Wärmedehnung
in axialer Richtung nachgeben zu können.
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Es ist nun möglich und nach der Erfindung vorzugsweise auch vorgesehen,
daß zum einen die Federkennlinie der Federzungen 38 und zum anderen die Federkennlinie
der Tellerfeder so aufeinander abgestimmt werden, daß im Arbeitsbereich der Membran
5 die Axialkraft unabhängig von dem axialen Weg ist. Das Ausführungsbeispiel nach
Fig. 2 vereinigt in sich in hervorragender Weise die Vorteile einer Rollenlagerung
mit geringer Relativbewegung
mit dem Vorteil einer Los lagerung,
bei welcher keine gleitenden Relativbewegungen zwischen Lagerteilen auf treten.
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Die bei der Los lagerung nach der Erfindung verwandten Sitze sind
Preßsitze genau wie bei einem Festlager. Daher sind gleitende Relativbewegungen,
wie sie üblicherweise bei Loslagerungen vorkommen und vorkommen müssen, hier ausgeschlossen.
Es kann daher nicht zu Passungskorrosion kommen. Die erfindungsgemäßen Loslager
ermöglichen daher sehr hohe Drehzahlen bei ruhigem Lagerlauf und langer Lebensdauer.
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Fig. 4 zeigt ein anderes bevorzugtes Anwendungsbeispiel. Es handelt
sich um eine Aufspuleinrichtung für frischgesponnene und/oder verstreckte Chemiefasern,
die mit hohen Geschwindigkeiten von mehr als 4 000 m/min anfallen. Der Faden 51
wird auf der Spule 56 der Aufspulmaschine 50 aufgewickelt. Dazu wird die Spule 56
bzw. Spulspindel 61 durch die am Umfang der Spule ahgreifende Treibwalze 55 angetrieben.
Der Faden wird dabei qlaer zu seiner Laufrichtung durch Fadenführer 53 und durch
die Nutwalze 54 hin- und herverlegt.
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Zum Antrieb des Fadenführers 53 dient die sog. Kehrgewindewalze 52.
Die sehr hohen Drehzahlen der Kehrgewindewelle 52, Nutenwalze 54, Treibwalze 55
und Spulspindel 61 lassen die Anwendung der erfindungsgemäßen Lagerung geboten erscheinen.
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Es sei erwähnt und hervorgehoben, daß die erfindungsgemäße Loslagerung
nicht nur auf die Paarung eines Festlagers mit einem Loslager, sondern immer dann
anwendbar ist, wenn ein starres, also insbesondere Rillenkugellager eine axiale
Relativbewegung zwischen Lagerteilen, z.B. zum Ausgleich von Wärmedehnungen zulassen
muß.
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BEZUGSZEICIIENAUFSTELLUNG 1 Festlager 2 Loslager 5 Membran, Tellerfeder
9 Innenring des Festlagers 10 Außenring des Festlagers 11 Innenring des Loslagers
12 Außenring des Loslagers 25 Rolle, Walze 31 Primärwindung 32 Sekundärwindung 33
Achse 34 Lagertopf, Festlager 35 Tragflansch, Festlager 36 Tragflansch, Loslager
37 Lagerbuchse, Tragring 38 Federzungen, Radialfedern, Mantelhülse 39 Schlitz 40
Tragtopf Loslager, Lagertopf 41 Distanzhülse 42 Boden, Lagertopf 43 Außenumfang
der Tellerfeder 44 Innenumfang der Tellerfeder 45 Schlitze 46 Auge der Tellerfeder
50
Auspulmaschine 51 Faden 52 Changierwalze, Kehrgewindewalze 53 Changierfadenführer
54 Nutwalze 55 Treibwalze 56 Spule 57 Traghülse 58 Mantelhülse 59 Auge, Traghülse
61 Spulspindel
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