DE3728039A1 - Federungselement fuer ein lager - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Federungselement zur Abstützung eines Lagers gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Aus der DE-OS 16 25 519 ist ein Wälzlager bekannt, das in einem Gehäuse in radialer Richtung beweglich eingesetzt ist. Zur Erzielung der Federwirkung sind an dem Außenring des Wälzlagers Federplatten befestigt, die in in das Ge­ häuse eingearbeitete Nuten eingreifen. Diese Ausbildung ist aufwendig in der Herstellung sowie im Reparaturfall. Die einzelnen Federplatten müssen an dem äußeren Lagerring beispielsweise durch Schweißverbindungen befestigt werden, was im Reparaturfalle ein einfaches Austauschen des Wälz­ lagers verhindert. Desweiteren müssen die Federplatten genau fluchtend zu den Nuten im Gehäuse an dem äußeren Lagerring befestigt sein, was einen erheblichen Aus­ richtungsaufwand erforderlich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Federungs­ element zur axialen u. radialen Abstützung von Lagern bereitzustellen, das einfach aufgebaut ist, leicht ein- und ausgebaut werden kann sowie einen geringen Platz­ bedarf hat.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Federungselement als Ringfeder ausgebildet ist, die vorzugsweise axial mittig zu dem Lager in eine dem Lager zugewandte Ringnut eingreift und gehäuseseitig durch verschiedene Kon­ struktionen festgelegt werden kann. Dabei kann die dem Lager zugewandte Ringnut direkt in den äußeren Lagerring eingearbeitet sein oder in eine den äußeren Lagerring umfassende Buchse. Das Einlassen der Nut in den äußeren Lagerring hat den Vorteil einer großen Kompaktheit und eines geringen Gewichts der Lager-Federungseinheit. Die Verwendung einer Buchse mit eingelassener Nut läßt die Verwendung handelsüblicher Lager ohne weitere Bearbeitung zu. Statt einer Nut können aber auch Aussparungen anderer Art zur Befestigung der Ringfeder dienen. Mit dem erfin­ dungsgemäßen Federungselement gelingt es, den Bauraum in axialer Richtung auf die notwendige Breite des Quetschöl­ dämpfers und der Feder zu begrenzen ohne wesentlichen zusätzlichen Platzbedarf in radialer Richtung zu be­ nötigen. Durch unterschiedliche Stärke der Ringfeder in radialer und axialer Richtung kann insbesondere bei einem Reckteckquerschnitt die Federsteifigkeit der Ringfeder in einfacher Weise auf die Bedürfnisse der jeweiligen Kon­ struktion abgestimmt werden. Vorteilhaft wird die Ring­ feder nicht nur als radiale sondern auch als axiale Feder benutzt, um beispielsweise ein Lager axial vorzuspannen oder um axiales Spiel zu vermeiden. Die radialen und axi­ alen Federsteifigkeiten sind dabei in weiten Grenzen vari­ ierbar und den technischen Gegebenheiten anpaßbar. Weiter­ hin wird die sich bei der gehäuseseitigen Befestigung der Ringfeder ergebende Nut als Ölführungsnut für den Quetsch- Öldämpfer genutzt. Dabei können die Bereiche neben der Ringfeder durch Aussparungen oder Fasen erweitert werden, um einen ausreichenden Öldurchfluß zu gewährleisten.

Etwaige ungünstige Veränderungen der Dämpfungswirkung wegen der Unterteilung des Dämpfungsspaltes durch die Nuten im Gehäuse und im Lageraußenring können durch Ände­ rungen anderer, die Dämpfungswirkung beeinflussender Para­ meter, wie Spalthöhe, Spaltbreite, Spaltabdichtung oder ähnliches, kompensiert werden. Insgesamt ergibt sich eine genaue Zentrierung des Lagers im Quetschspalt, da die Summe der Fertigungstoleranzen gegenüber der bei herkömm­ licher Fertigung geringer ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Ringfeder mit zu­ mindest drei Stegen an ihrer Innen- und Außenkontur ver­ sehen, wobei die Stege an der Innenkontur gegenüber den Stegen an der Außenkontur in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind. Je nach Lagerkonstruktion bzw. Größe des Lagers kann auch eine größere Stegzahl sinnvoll sein. Die Federwirkung ist in Weiterbildung der Erfindung besonders gleichmäßig, wenn die innenseitigen und außenseitigen Stege der Ringfeder regelmäßig zueinander versetzt sind.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Ringfeder gehäuse­ seitig axial und radial relativ steif ausgelegt und wellenseitig radial nachgiebig ausgebildet. Dabei weist die Ringfeder vorteilhaft wellenseitig Federarme auf, die mittig oder an einem freien Ende lnnenstege aufweisen. Bei einer derartigen Ausbildung kann die radiale Vorspannung der Ringfeder auf ein gewünschtes Maß eingestellt werden. Diese Federeinstellung ist beispielsweise durch von außen erreichbare, radial sitzende Schrauben oder Verstell­ mechanismen, die auf die in Nuten oder in einzelnen Aus­ sparungen sitzende Ringfederelemente drücken, möglich. Bei den Ausbildungen, bei denen die Ringfeder im Gehäuse be­ festigt und gegen Verdrehen gesichert werden soll, kann dies durch beispielsweise Klemmen, Schrauben, Stecken, Löten, Schweißen, Verstiften, etc. erfolgen. Insgesamt können die derartig ausgebildeten Federringe bezüglich ihrer Federungseigenschaften in axialer und radialer Rich­ tung sehr einfach, z. B. durch die Benutzung eines Biege­ trägers als Rechenmodell, ausgelegt werden. Werden extrem genaue vorherbestimmbare Ergebnisse gewünscht, wird man die Berechnungen mit der Methode der finiten Elemente durchführen.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele beschrieben sind.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Lager mit zwischen Lager und Gehäuse angeordnetem Federungsele­ ment,

Fig. 2 und Fig. 3 Ausführungen von Federungselementen als Ringfeder mit Innen- und Außenstegen bzw. Außenlaschen,

Fig. 4 bis Fig. 6 Ausführungen des Federungselements als Ringfeder mit Innenstegen sowie einstell­ barer Vorspannung (Fig. 6).

Der in der Fig. 1 dargestellte Einbaufall betrifft eine Welle 1 einer Gasturbine, wobei aber die erfindungsgemäße Ausbildung zur Lagerung jeglicher Wellen geeignet ist. Die Welle 1 weist einen Absatz 2 auf, an dessen Schulter sich der Innenring 3 a eines Wälzlagers 3 abstützt. Der über Kugeln 4 auf dem Innenring 3 a ablaufende Außenring 3 b ist von einer den Lagerträger bildenden Buchse 5 eingefaßt. Dabei ist die Buchse 5 auf dem Außenring 3 b über einen umlaufenden Vorsprung 6 und auf der gegenüberliegenden Seite über einen Sprengring 7 festgelegt. In den Außen­ umfang der Buchse 5 ist mittig zu dem Wälzlager 3 eine Umfangsnut 9 eingearbeitet. In diese Umfangsnut 9 greifen drei Innenstege 10 einer Ringfeder 11 ein. Die Ringfeder 11 weist weiterhin Außenstege 12 auf, die sich radial und axial an einer ringförmigen Ausnehmung bzw. an einem ring­ förmigen Absatz eines Gehäuses 13 abstützen. Gegen ein axiales Verschieben sind die Außenstege 12 der Ringfeder 11 über einen Klemmring 14 gesichert. Der Klemmring 14 weist zwei Schenkel 15, 16 auf, wobei der Schenkel 15 mit seiner den Außenumfang 8 der Buchse 5 zugewandten Seite 17 den gleichen Durchmesser aufweist, wie die Bohrung 18 im Gehäuse 13 jenseits des Klemmrings 14. Zudem ist der Durchmesser der Bohrung 18 bzw. des Schenkels 16 gering­ fügig größer als der Außendurchmesser der Buchse 5. Da­ durch wird einerseits der nötige Federweg für die Federbe­ wegungen der Ringfeder 11 und andererseits der Ölraum für die Quetschöldämpfung geschaffen. Zugeführt wird das Öl in den Quetschspalt über Ausnehmungen 19 seitlich der Ring­ feder 11, wobei die Ausnehmungen 19 sich über 360° im Gehäuse 13 bzw. den Schenkel 17 erstrecken. Die Ausneh­ mungen 19 werden ihrerseits über nicht dargestellte Boh­ rungen mit Drucköl versorgt. Über eine Spritzvorrichtung 20 wird der Laufkäfig des Wälzlagers 3 mit Spritzöl ver­ sorgt.

In Fig. 2 ist die in Fig. 1 geschnittene Ringfeder 11 in der Seitenansicht dargestellt. Die drei Außenstege 12 sind in einem Abstand von 120° angeordnet, während die Innen­ stege 10 ebenfalls um 120° voneinander entfernt um 60° zu den Außenstegen 12 verdreht an der Innenseite der Ring­ feder 11 angeordnet sind. Die in Fig. 3 dargestellte Ring­ feder 11 a weist in Abänderung zu Fig. 2 höhere Außenstege bzw. Laschen 12 a auf. Diese Außenstege 12 a sind in tangentialer Richtung nachgiebig ausgebildet und mit ihrem von der Ringfeder 11 a wegweisenden Ende drehfest in einem Gehäuse 13 festgelegt. Durch die tangentiale Beweglichkeit der Stege 12 a bleibt die Ringfeder radial weich.

Die nach Fig. 4 ausgebildete Ringfeder 11 b ist an ihrem Außenumfang ohne Stege steif ausgebildet und weist hier als Beispiel vier Innenstege 10 b auf, die um 90° zu­ einander verdreht mittig auf mit der Ringfeder 11 b ver­ bundenen Federelementen 21 angeordnet sind.

Die Ausbildung der Ringfeder 11 c nach Fig. 5 unterscheidet sich von der nach Fig. 4 prinzipiell nur dadurch, daß die Federelemente 21 c mittig im Bereich der Innenstege 10 c jeweils geteilt sind. Zudem sind die Federelemente 21 c kreisbogensegmentartig im Gegensatz zu dem geradlinig ausgebildeten nach Fig. 4 ausgeführt. Bei der nach Fig. 6 ausgebildeten Ringfeder 11 d sind die Federelemente 21 d als Federarme 22 ausgebildet, die einseitig mit der Ringfeder 11 d verbunden sind an dem freien Ende je einen Innensteg 10 d tragen. Die Federarme 22 sind ebenfalls kreisbogen­ förmig ausgebildet und der Federweg bzw. die Vorspannung der Ringfeder 11 d ist über Schrauben 23 einstellbar.

Grundsätzlich ist es sinnvoll, die Ringfeder gemäß den Fig. 2, 4, 5 und 6 gegen Verdrehen zu sichern. Dies kann durch eine entsprechend feste Anlage im Gehäuse 13 er­ folgen oder, falls erforderlich, durch Festlegen eines Steges durch Klemmen, Schrauben, Stecken etc. oder durch Verstiften der Ringfeder mit den benachbarten Bauteilen. Es sollte vorzugsweise nicht mehr als ein Punkt am Umfang des Federungselementes gegenüber dem Gehäuse bzw. über dem Lager fixiert werden, weil sonst die radiale Federwirkung eingeschränkt wird.

Claims (7)

1. Federungselement zur Abstützung eines Lagers, insbesondere eines Wälzlagers (3) in einem Gehäuse (13), wobei das Federungselement zumindest in radialer Richtung des Lagers (3) nachgiebig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager quetschölgedämpft ist und daß das Federungselement als Ringfeder (11) ausgebildet ist, die axial mittig zu dem Lager (3) in eine dem Lager (3) zugewandte Ringnut (9) eingreift und gehäuseseitig festgelegt ist.

2. Federungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfeder (11) mit zu­ mindest drei Außenstegen (12) und drei Innenstegen (10) versehen ist, wobei die Innenstege (10) gegenüber den Außenstegen (12) in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.

3. Federungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfeder (11) axial steif ausgelegt und radial weich ausgebildet ist.

4. Federungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfeder (11) lagerseitig Federarme (22) aufweist, an deren freien Ende Innenstege (10) angeordnet sind.

5. Federungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfeder (11) gehäuse­ seitig Federarme (22) aufweist, an deren freien Ende Außenstege (12) angeordnet sind.

6. Federungselement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Federweg der Federarme (22) einstellbar ist.

7. Federungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfeder (11) gehäuse­ seitig verdrehsicher festlegbar ist.