DE3500716C2 - Lageranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Lageranordnung ist bekannt aus der US Patentschrift 3 183 043, in der ein Notlauflager beschrieben wird, das parallel zu einem Kugellager angeordnet ist und bei dessen Zerstörung für die Aufrechterhaltung von Notlaufeigenschaften sorgen soll.

Die Erfindung befaßt sich mit einem anderen Problem, das bei Lageranordnungen auftritt, die in der Regel zwei axial versetzte Kugellager enthalten, wobei die darin gelagerte Welle einen einseitig angeordneten Flansch aufweist.

Die Dimensionierung der Kugellager ist dabei im wesentlichen von der maximalen Belastung des Lagers abhängig. Damit ist auch schon deutlich, daß sehr hohe Belastungen, selbst wenn diese nur kurzfristig auftreten, die Größe der Lager bestimmen. Diese Dimensionierungsregeln gelten natürlich nicht nur für Kugellager, sondern für alle Wälzlagerarten und auch für Gleitlager, wobei in letzterem Fall vor allem die Lagerlänge und der Lagerdurchmesser an die Belastungsgröße angepaßt werden müssen.

In vielen Fällen sind jedoch Abmessungen oder Gewicht der Lageranordnungen begrenzt, bzw. es wird die Forderung erhoben, raum- und gewichtsreduziert zu konstruieren.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, unter Beachtung dieser Kriterien, eine Lageranordnung zu schaffen, die einer kurzfristig höheren Belastung standhält.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Lageranordnung nach Patentanspruch 1.

Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen läßt sich die Tragfähigkeit einer Lageranordnung um ein mehrfaches der üblichen Tragfähigkeit steigern. Dies gilt für die Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die in Kontakt tretenden Flächen von Stützteil und Flansch mit einem Reibbelag ausgebildet sind, unter der Voraussetzung, daß die hohen Belastungsspitzen durch Vibration verursacht werden und nur bei Stillstand der Welle auftreten. Mittels der Reibungsdämpfung können die Vibrationen wirksam verringert und/oder absorbiert werden.

In einer Ausgestaltung wird eine Kombination der Lageranordnung mit einem Stellmotor (z. B. Schrittmotor) vorgeschlagen. Dieser Stellmotor ist in das Lagergehäuse integriert, der Rotor direkt auf der Welle angeordnet, welches eine weitere Aussteifung der gesamten Lageranordnung zur Folge hat und damit die Belastungsfähigkeit noch weiter erhöht.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Flächen von Flansch- und Stütz­ teil die an den Luftspalt angrenzen, als Gleitlager­ flächen auszubilden. Findet während der Drehbewegung der Welle eine Berührung dieser Flächen statt, so wird durch die erhöhten Querkräfte oder Momente die Bewegung damit nicht beeinflußt. Beispielsweise ist eine oder beide der Flächen mit einem Werkstoff mit guten Gleit­ lagereigenschaften versehen.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, das Stützteil als schwingungsfähiges Ge­ bilde beispielsweise durch Erhöhen der Masse und federn­ de Befestigung an dem Lagerteil zu gestalten. Wirken nämlich auf die gesamte Anordnung Schwingungen, Stöße oder periodisch auftretende Kräfte, dann kann die Welle mit dem Flansch und einem daran befestigten Element in Resonanz-Schwingung versetzt werden. Um diese Resonanz­ schwingungen wirksam zu dämpfen, wird die Resonanz­ schwingung des Stützteils derart bemessen, daß über die Berührungsflächen die Schwingungsenergie umgewandelt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungs­ beispiele näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Lageranordnung in Schnittdarstellung,

Fig. 2 eine Lageranordnung mit integriertem Schritt­ motor.

Die Lageranordnung nach Fig. 1 zeigt eine Welle 1 mit einem Flanschansatz 2 zur Aufnahme eines zu lagernden Teils. Diese Welle 1 ist mittels zweier Wälzlager 3, 4 in einem Lagergehäuse 5 befestigt. Das Lagergehäuse kann mit Bohrungen oder Ansätzen versehen sein zur Adaption an eine beliebige Struktur. Auf dem Lagergehäuse ist ein Stützteil 6 befestigt. Dieses liegt radial und axial unter Bildung eines geringen Luftspaltes 7 an dem Flanschansatz an. Der Luftspalt ist dabei so bemessen, daß eine Verformung des Flanschansatzes unter normalen Belastungen bzw. unter Belastungen innerhalb einer be­ stimmten Grenze keine Berührung zwischen Stützteil und Flanschansatz 2 bewirkt. Überschreitet die Belastung die bestimmte Grenze, d. h., der Flanschansatz berührt das Stützteil, werden die Momente oder Kräfte auf das wesentlich steifere Stützteil und das Lagergehäuse übertragen. Damit ist es möglich, die axiale und radiale Tragfähigkeit wesentlich zu erhöhen, die zulässige Belastungsgrenze ist dabei unabhängiger von der Be­ lastungsgrenze des Lagers.

Ein Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung mit in­ tegriertem Schrittmotor ist in Fig. 2 dargestellt. An einer Lagerwelle 8 ist ein Flansch 32 angeschraubt. Die Lagerwelle 8 ist in zwei Schrägkugellagern 9, 10 deren Verspannung mit zwei Abstandshülsen 11, 12 einge­ stellt ist, gelagert. Ein Lageraußenteil 13 ist mit einem die restliche Anordnung tragenden Halteflansch 14 verbunden. An diesem Halteflansch ist auch ein Gehäuse­ ring 15 mit Dichtplatte 16 befestigt, wobei der Gehäuse­ ring 15 den Träger für eine Stützscheibe 17 darstellt. Die Stützscheibe umgibt den Flansch 32 in radialer Richtung. Während die Dichtplatte 16 unter Zwischen­ schaltung eines Dichtrings an dem Flansch 32 anliegt, ist zwischen Flansch 32 und Stützscheibe 17 ein gerin­ ger Luftspalt 18 vorgesehen. Innerhalb des Gehäuserings ist ein redundant aufgebauter Schrittmotor angeordnet, bestehend aus konzentrisch angeordneten Spulen 20, 21 mit Rückschlußteil 22, 23. Dieser Schrittmotor hat rotorseitig eine axial gerichtete Verzahnung 24, 25 in die eine auf einem Rotor 26, 27 angeordnete Verzah­ nung aufgrund der sequentiellen Ansteuerung der Spulen 20, 21 eingreift, und der Rotor 26, 27 damit eine taumel­ artige Abrollbewegung ausführt. Durch unterschiedliche Zähnezahl der Verzahnung von Rotor 26, 27 und Stator wird eine Drehbewegung des Rotors erreicht. Der Rotor 26, 27 ist über zwei Membranscheiben 28, 29 mit einer Antriebshülse 30, die wiederum an dem Flansch 32 be­ festigt ist, verbunden. Weiterhin ist ein Abgriff 31 vorgesehen, der die Stellung des Rotors sensiert. An dem Halteflansch 14 ist ein Stecker 33 zum Anschluß der Motorversorgung befestigt. Auf der Lagerwelle 8 bzw. einem auf dieser aufgesteckten Hülse 34 ist eine Wärme­ abschirmplatte 35 befestigt.

Der hier beschriebene Aufbau wird beispielsweise in ei­ nem Satelliten verwendet und bewegt dort den auf die Sonne ausgerichteten Solargenerator. Der Solargenerator ist an dem Flansch 32 befestigt, während der dargestell­ te Gesamtaufbau mit dem Halteflansch 14 an der Satelliten­ außenstruktur angeordnet ist. Die Abstützung des Flanschs 32 ist vor allem in der Startphase des Satelliten er­ forderlich, zusätzlich kann auch noch die Stützscheibe 17 mit einem Reibbelag versehen sein, der Schwingungen des Solargenerators wirksam bedämpft. Durch diese An­ ordnung entfällt eine Arretierung der beweglichen Teile während der Startphase wie sie z. B. in der DE-OS 27 24 004 beschrieben ist.

Claims (4)

1. Lageranordnung mit Lagern (3, 4) einer drehbaren Welle (1), der eine Fläche mit drehend zugeordnet ist, die unter Belassung eines engen Luftspaltes (7) wenigstens teilweise von einem Stützteil (6) umschlossen ist, das mit einem feststehenden Lagerteil (5) verbunden oder durch ein feststehendes Lagerteil gebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Fläche an einem Flansch (2) befindet, der einseitig an der Welle (1) angeordnet ist und zum Befestigen des Teiles dient,
daß die Anordnung so gestaltet ist, daß der Flansch (2) bei kurzfristig starker Belastung der Lager (3, 4) die über deren Normalbelastung hinausgeht, aber unterhalb deren Belastungsgrenze bleibt, auf die entsprechenden Querkräfte oder Momente mit axial und/oder radial gerichteten Bewegungen reagiert, und
daß der Luftspalt (7) derart eng bemessen ist, daß schon diese Bewegungen wenigstens teilweise vom Stützteil (6) aufgenommen werden, wobei für den Fall, daß mit der kurzfristig starken Belastung bei stillstehender Welle (1) zu rechnen ist, wenigstens eine der Flächen als Reibfläche ausgebildet oder mit einer schwingungsdämpfenden Oberfläche versehen ist, während für den Fall, daß mit der kurzfristig starken Belastung bei sich drehender Welle (1) zu rechnen ist, die an den Luftspalt (7) angrenzenden Flächen als Gleitlagerflächen ausgebildet sind.

2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Motor in das Lagergehäuse integriert ist, dessen Rotor (26, 27) auf der Welle befestigt ist.

3. Lageranordnung nah Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Stellantrieb mit einem redundant ausgeführten Schrittmotor ist.

4. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützteil (6, 17) als schwingungsfähiges Gebilde gestaltet ist, dessen Resonanzfrequenz unterschiedlich zu der Resonanzfrequenz der drehend gelagerten Teile (2, 32, 8) ist.