DE3710185A1 - Festlagerung fuer eine in einem gehaeuse eingebaute, in einer axialrichtung belastete spindel - Google Patents

Festlagerung fuer eine in einem gehaeuse eingebaute, in einer axialrichtung belastete spindel

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Festlagerung für eine in einem Gehäuse eingebaute, in einer Axialrichtung belastete Spindel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Es ist eine Festlagerung der genannten Gattung bekannt, bei der zusätzlich zu dem einen radial tragenden Rillenkugellager noch ein weiteres, in der Gehäusebohrung axial verschiebbar angeordnetes Rillenkugellager vorgesehen werden muß, damit der Außenring des Schrägwälzlagers gegen die axial nach außen weisende Schulterfläche des Zwischenringes angestellt werden kann (DE-GM 13 95 613, Fig. 2). Diese bekannte Festlagerung baut verhältnismäßig groß, weil zwei radial tragende Rillenkugellager und ein Schrägwälzlager eingebaut werden müssen. Hinzu kommt, daß das Schrägwälzlager bei hohen Drehzahlen und hohen Axialbelastungen, wie dies bei Ventilatoren häufig der Fall ist, sich unzulässig erwärmen und infolge Wärmedehnung der Abstandshülse zwischen dem zweiten Rillenkugellager und dem Schrägwälzlager verklemmt werden kann.
Der in Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Festlagerung für eine in einem Gehäuse eingebaute, in einer bestimmten Axialrichtung belastete Spindel der genannten Gattung zu schaffen, welche neben einem Schrägwälzlager für die Aufnahme der Axialkräfte mit einem einzigen, die Radialkräfte der Spindel tragenden Wälzlager auskommt. Dabei soll der Außenring des Schrägwälzlagers auf der Schulterfläche des Zwischenringes ohne Gefahr einer Schiefstellung oder einer Verklemmung gehalten werden.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Festlagerung wird erreicht, daß diese mit einem einzigen radial tragenden Wälzlager und einem einzigen lediglich in der einen Axialrichtung tragenden Schrägwälzlager ausgerüstet ist. Das Schrägwälzlager kann relativ hohe Axialkräfte, die z.B. vom Axialschub des Propellerrades eines Ventilators herrühren, aufnehmen.
Bei Erwärmung des Schrägwälzlagers im Betrieb und entsprechender Wärmedehnung des Schrägwälzlagers kann sich der Außenring in radialer und axialer Richtung ohne Verklemmung ausdehnen.
Das am radial tragenden Wälzlager vorhandene Lagerspiel und Gleitspiel in der Gehäusebohrung kann kleine radiale Verlagerungen der Spindel in der Gehäusebohrung verursachen. Trotz dieser Spindelverlagerungen wird aber der Außenring des Schrägwälzlagers auf der Schulterfläche des Zwischenringes immer spielfrei gehalten und in radialer Richtung auf dieser Schulterfläche gleitend geführt.
Falls die gegen den Außenring des Rillenkugellagers andrückenden Druckfedern auf der inneren Stirnfläche des Außenringes des Schrägwälzlagers sich axial abstützen, wird die axiale Federkraft des zwischen der äußeren Stirnfläche des Außenringes des Schrägwälzlagers und der Endfläche des Zentrieransatzes des Gehäusedeckels eingebauten Federelementes zweckmäßigerweise größer ausgelegt als die in entgegengesetzter Axialrichtung am Außenring des Schrägwälzlagers andrückenden Druckfedern des Rillenkugellagers. Auf diese Weise ist bei allen Axialbelastungen sichergestellt, daß der Außenring des Schrägwälzlagers auf der Schulterfläche des Zwischenringes dicht anliegt und kippfrei geführt wird.
Nur in Ausnahmefällen darf die axiale Druckkraft der am Außenring des Radialwälzlagers und am Außenring des Schrägwälzlagers andrückenden Druckfedern größer als die axiale Druckkraft des entgegengesetzt am Außenring des Schrägwälzlagers angreifenden Federelementes sein. Die Folge davon ist nämlich, daß der Außenring des Schrägwälzlagers bei Stillstand der Spindel des Ventilators oder dgl. durch die Druckfedern von der diesem gegenüberliegenden Schulterfläche des Zwischenringes weggedrückt und zum Federelement hingedrückt wird. Erst, wenn die Spindel zu drehen anfängt und das Propellerrad des Ventilators oder dgl. dementsprechend eine axiale Schubkraft erzeugt, wird der Außenring des Schrägwälzlagers gegen die Druckfedern axial verlagert und an der Schulterfläche des Zwischenringes zur satten Anlage gebracht.
Schädliche radiale Flatterbewegungen und Drehbewegungen des Außenringes des Schrägwälzlagers in der Gehäusebohrung werden durch die Berührungskräfte und/oder elastischen Verformungskräfte des Federelementes am Außenring verhindert oder zumindest gebremst. Die Spindel weist deshalb ein vorteilhaft niedriges Laufgeräusch auf.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Mit der Weiterbildung nach Anspruch 2 wird erreicht, daß der Außenring des Schrägwälzlagers unter Überwindung der Reibkräfte zwischen dem Federelement sich in radialer Richtung gegenüber der Gehäusebohrung etwas bewegen kann.
Die Weiterbildung nach Ansprüch 3 bewirkt, daß der Außenring des Schrägwälzlagers vom Federring an zumindest eines Teils seines Umfanges angefaßt wird, so daß dieser vom Federring auch in Umfangsrichtung federnd festgehalten ist.
Der Anspruch 4 weist auf eine besonders einfache Befestigung des Federringes auf der Endfläche des Zentrieransatzes des Gehäusedeckels hin.
Mit der Weiterbildung nach Anspruch 5 wird die Montage des Außenringes des Schrägwälzlagers in der Gehäusebohrung, die zusammen mit dem Zwischenring erfolgen kann, vereinfacht.
Die zusätzlichen Weiterbildungen nach Anspruch 6 und 7 bewirken, daß der Außenring des Schrägwälzlagers im Inneren des Ringfortsatzes des Zwischenringes bei seiner Montage in das Gehäuse festgehalten wird, so daß dieser sich nicht schiefstellen kann.
Mit der Ausbildung nach Anspruch 8 ist der Vorteil gegeben, daß der Federring an seinem radial äußeren Rand gegenüber axiale und radiale Verschiebung in der Gehäusebohrung festgehalten ist.
Die zusätzliche Ausbildung nach Anspruch 9 bewirkt, daß der Zwischenring durch den Federring gegen eine Schulterfläche in der Gehäusebohrung axial angedrückt werden kann, so daß dieser in einer bestimmten Stellung in der Gehäusebohrung festsitzt.
Die Ausbildung nach Anspruch 10 weist schließlich noch auf einen, z.B. im Spritzgießverfahren, einfach formbaren Werkstoff für das Federelement hin.
Die erfindungsgemäße Festlagerung für eine in einem Gehäuse eingebaute, in einer Axialrichtung belastete Spindel wird in der nachfolgenden Beschreibung von drei Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Festlagerung,
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der in Fig. 1 mit A gezeichneten Stelle,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine abgeänderte Festlagerung,
Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht der in Fig. 3 mit B bezeichneten Stelle,
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine weitere abgeänderte Festlagrung, und
Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht der in Fig. 5 mit C bezeichneten Stelle.
In Fig. 1 ist die Festlagerung für die in der Bohrung 1 eines Gehäuses 2 eingebaute Spindel 3 eines Ventilators (nicht gezeigt) dargestellt. Die Spindel 3 hat außer der Festlagerung noch eine beliebige Loslagerung (nicht gezeigt), die in demselben Gehäuse 2 eingebaut ist. Im Betrieb wird die Spindel 3 durch den Axialschub eines auf der Spindel 3 befestigten Propellerrades (nicht gezeigt) immer in einer bestimmten Axialrichtung 4 belastet.
Die Festlagerung besteht aus einem die Radialkräfte der Spindel 3 übertragenden Rillenkugellager 5 mit einem auf der Spindel 3 festgesetzten Innenring 6 und einem in der Gehäusebohrung 1 gleitend verschiebbar angeordneten Außenring 7 sowie einem den Axialschub des Propellerrades aufnehmenden Schrägwälzlager 8 mit schräg axial nach außen zusammengehenden, in einem Punkt auf der Mittenlinie der Spindel 3 sich schneidenden Kraftwirkungslinien der Wälzkörper. Beide Wälzlager 5, 8 haben ein und denselben Außendurchmesser.
Das Schrägwälzlager 8 ist als ein herkömmliches Schulterkugellager mit einem auf der Spindel 3 festgesetzten Innenring 9 und einem gegenüber der Gehäusebohrung 1 radial freigestellten Außenring 10 ausgebildet.
Zwischen dem Rillenkugellager 5 und dem Schrägwälzlager 8 ist ein Zwischenring 11 in der Gehäusebohrung mit Preßsitz festgesetzt. Axial nach innen, also in Axialrichtung 4, stützt sich der Zwischenring 11 an einer Ringschulter 12 der Gehäusebohrung 1 ab.
Der Außenring 10 des Schrägwälzlagers 8 hat eine innere Stirnfläche 13, welche sich auf einer gegenüberliegenden Schulterfläche 14 des Zwischenringes 11 axial nach innen abstützt.
Der Zwischenring 11 besitzt übrigens an seinem Umfang mehrere, axial durchgehende, zylindrische Löcher 15, in denen jeweils eine Schraubendruckfeder 16 eingebaut ist. Jede Schraubendruckfeder 16 drückt mit ihrem inneren Ende gegen eine axial nach außen weisende Stirnfläche 17 des Außenringes 7 des Rillenkugellagers 5 und stellt somit den in der Gehäusebohrung 1 gleitend angeordneten Außenring 7 axial an. Das äußere Ende jeder Schraubendruckfeder 16 ist auf der inneren Stirnfläche 13 des Außenringes 10 des Schrägwälzlagers 8 abgestützt.
Ein Gehäusedeckel 18, welcher die Gehäusebohrung 1 nach außen abdeckt, besitzt einen Flanschabschnitt 19, der durch Schrauben oder dgl. (nicht gezeigt) am Gehäuse 2 befestigt ist. Der Gehäusedeckel 18 hat einen in die Gehäusebohrung 1 hineinragenden Zentrieransatz 20 mit einer axial nach innen weisenden, ebenen Endfläche 21 (Fig. 2).
Zwischen einer äußeren radial verlaufenden Stirnfläche 22 des Außenringes 10 und der dieser gegenüberliegenden Endfläche 21 des Zentrieransatzes 20 ist ein Federelement eingebaut, welches im vorliegenden Fall als ein in Radialrichtung, in Axialrichtung und in Umfangsrichtung nachgiebiger O-Ring 23 ausgebildet ist. Der O-Ring 23 ist aus einem elastisch kompressiblen Elastomerkunststoff hergestellt.
Der O-Ring 23 sitzt auf einer radial nach außen und axial von der Endfläche 21 nach innen sich kegelig vergrößernden Mantelfläche 24 einer Ringstufe 25 des Zentrieransatzes 20. Die Ringstufe 25 ist gegenüber der Endfläche 21 axial vorstehend angeordnet. Dabei spannt der O-Ring 23 infolge eigener Elastizität radial nach innen gegen die Mantelfläche 24, dieser wird somit am Umfang gegen die Endfläche selbsttätig angedrückt.
Der elastisch kompressible O-Ring 23 steht zum Teil über den Zentrieransatz 20 axial vor und drückt elastisch gegen die äußere Stirnfläche 22 des Außenringes 10. Der O-Ring 23 greift somit an dieser Stirnfläche 22 reibschlüssig an, so daß sich der Außenring 10 im Betrieb nur unter Überwindung von Haftreibungs- und Gleitreibungskräften in Umfangsrichtung oder in radialer Richtung etwas verlagern kann.
Die gegen die innere Stirnfläche 13 des Außenringes 10 abgestützten Schraubendruckfedern 16 üben auf den Außenring 10 eine wesentlich kleinere axiale Schubkraft aus als der elastisch kompressible O-Ring 23. Auf diese Weise wird der Außenring 10 mit großer Sicherheit immer gegen die Schulterfläche 14 des Zwischenringes 11 spielfrei angedrückt.
Der Zwischenring 11 hat einen den Außenring 10 des Schrägwälzlagers 8 mit einem kleinen radialen Abstand 26 umfassenden, zum Gehäusedeckel 18 weisenden Ringfortsatz 27.
Im Zwischenring 11 ist ein radial von außen nach innen durchgehendes Zylinderloch 28 eingearbeitet. Durch dieses Loch greift ein im Gehäuse 2 befestigtes Rohr 29, welches an seinem äußeren Ende mit einer Zuführungsleitung für ein Schmiermittel, z.B. Schmieröl, kommunizierend verbunden ist. An seinem inneren Ende hat das Rohr 29 eine unmittelbar neben dem Schrägwälzlager 8 angeordnete, das Schmiermittel zu den Wälzkörpern des Schrägwälzlagers 8 spritzende Düsenöffnung 30. Das durch das Rohr 29 zum Schrägwälzlager 8 und zum Teil durch das Rillenkugellager 5 geleitete Schmiermittel wird im Gehäuse 2 gesammelt und durch eine Abflußleitung (nicht gezeigt) einem Ölbehälter rückgeführt. Die beiden Wälzlager 5, 8 werden somit durch das Schmiermittel des Rohres 29 geschmiert und gekühlt. Das Rohr 29 verhindert übrigens, daß der Zwischenring 11 in der Gehäusebohrung 1 sich dreht oder axial nach außen aus der Gehäusebohrung 1 sich verschiebt.
In Fig. 3 und 4 ist eine abgeänderte Festlageranordnung gezeigt, die ähnlich wie die vorhergehend beschriebene Anordnung gebaut ist. Zwischen der äußeren Stirnfläche 22 des Außenringes 10 und einer dieser gegenüberliegenden Endfläche 31 des Zentrieransatzes 20 ist wiederum ein Federelement 32 eingebaut. Dieses Federelement 32 besteht auch aus einem elastisch kompressiblen Elastomerkunststoff.
Im vorliegenden Fall ist aber das Federelement 32 als eine Ringscheibe mit einem äußeren Wulstrand 33 und einem inneren Rand mit gleichmäßig am Umfang verteilten Wulstabschnitten 34 ausgebildet.
Der Ringfortsatz 27 besitzt einen über die äußere Stirnfläche 22 des Schrägwälzlagers 8 axial nach außen vorstehenden Halteabschnitt 35 mit einer Bohrungsfläche 36. Die Bohrungsfläche 36 trägt den Wulstrand 33 des Federelementes 32. Der Wulstrand 33 ist dabei in eine, im Querschnitt halbkreisförmige Ringnut 37 in der Bohrungsfläche 36 radial hineinfedernd angeordnet.
In Fig. 5 und 6 ist eine weitere abgeänderte Festlagerung dargestellt, bei der das Schrägwälzlager als ein herkömmliches einreihiges Kegelrollenlager ausgebildet ist, welches schräg axial nach außen zusammengehende, in einem Punkt auf der Mittenlinie der Spindel 3 sich schneidende Kraftwirkungslinien der Wälzkörper aufweist.
Ein scheibenförmiger elastischer Federring 38 aus einem elastisch kompressiblen Werkstoff ist in eine Ringnut 39 der Gehäusebohrung 1 radial hineinfedernd angeordnet. Der Federring 38 drückt mit axialer Vorspannung gegen eine axial nach außen weisende Innenfläche 40 des Ringfortsatzes 27.
An seinem radial inneren Rand hat der Federring 38 einen Wulstrand 41, der durch eine kegelig angefaste Endfläche 42 des Zentrieransatzes 20 zum Teil gegen die äußere Stirnfläche 22 und zum Teil gegen die kegelige Bohrung 13 des Außenringes 10 des Schrägwälzlagers 8 federnd angedrückt wird.
Die Schulterfläche 14 des Zwischenringes 11 ist im vorliegenden Fall mit einem die Gleitreibung und Haftreibung erhöhenden Kunststoff beschichtet.
Im Rahmen der Erfindung können die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele konstruktiv abgeändert werden.
So können auch mehrere Federelemente zwischen der äußeren Stirnfläche des Außenringes des Schrägwälzlagers und der dieser gegenüberliegende Endfläche des Zentrieransatzes des Gehäusedeckels eingebaut sein. In diesem Fall können übrigens mehrere O-Ringe als Federelemente verwendet werden, welche mit verschiedenen Durchmessern versehen und konzentrisch zur Mittenlinie (Achse) der Spindel angeordnet sind.
Am Umfang der Endfläche des Zentrieransatzes können auch Vertiefungen eingearbeitet sein, in die axial federnde Zapfen aus Elastomerkunststoff gehaltert sind, die als Federelemente wirken und gegen die äußere Stirnfläche des Außenringes des Schrägwälzlagers reibschlüssig angreifen.
Die den Außenring des Rillenkugellagers, das auch durch ein anderes Radialwälzlager, z.B. ein Zylinderrollenlager mit Rollenführungsborden am Innen- und Außenring, ersetzt werden kann, andrückenden Druckfedern brauchen nicht in axial durchgehenden Löchern, sondern können auch in axial nicht-durchgehenden Sacklöchern, die eine den Druckfedern (Schraubenfedern) angepaßte Tiefe haben, am Umfang des Zwischenringes eingebaut werden.
Anstelle von Schraubenfedern können selbstverständlich auch Tellerfedern als Druckfedern zwischen dem Außenring des Radialwälzlagers und dem Zwischenring eingesetzt werden.

Claims (10)

1. Festlagerung für eine in der Bohrung eines Gehäuses eingebaute, in einer Axialrichtung belastete Spindel, insbesondere für Ventilatoren, bestehend aus einem die Radialkräfte der Spindel übertragenden Radialwälzlager, insbesondere Rillenkugellager mit einem in der Gehäusebohrung gleitend verschiebbar angeordneten Außenring, einem die Axialkräfte der Spindel in der einen Axialrichtung aufnehmenden Schrägwälzlager mit einem gegenüber der Gehäusebohrung radial freigestellten Außenring und einem zwischen dem Rillenkugellager und dem Schrägwälzlager in der Gehäusebohrung festgesetzten Zwischenring mit am Umfang angeordneten, gegen eine nach außen weisende Stirnfläche des Außenringes des Rillenkugellagers andrückenden Druckfedern, wobei der Außenring des Schrägwälzlagers mit einer inneren Stirnfläche auf einer Schulterfläche des Zwischenringes sich axial nach innen abstützend und ein Gehäusedeckel die Gehäusebohrung nach außen abdeckend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer äußeren Stirnfläche (22) des Außenringes (10) des Schrägwälzlagers (8) und einer dieser gegenüberliegenden Endfläche (21, 31) eines Zentrieransatzes (20) des Gehäusedeckels (18) mindestens ein an der äußeren Stirnfläche (22) und an der der Endfläche (21, 31, 42) angreifendes, in Axialrichtung und Radialrichtung nachgiebiges, den Außenring (10) des Schrägwälzlagers (8) gegen die Schulterfläche (14) des Zwischenringes (11) spielfrei andrückendes Federelement (23, 32, 38) eingebaut ist.
2. Festlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (23, 32, 38) an der äußeren Stirnfläche (22) des Außenringes (10) des Schrägwälzlagers (8) und/oder an der Endfläche (21, 31) des Zentrieransatzes (22) des Gehäusedeckels (18) reibschlüssig angreifend angeordnet ist.
3. Festlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement als ein auch in Umfangsrichtung elastisch nachgiebiger Federring (23, 32, 38) ausgebildet ist.
4. Festlagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Federring als ein auf einer kegelig radial nach außen und axial von seiner Endfläche nach innen sich vergrößernden Mantelfläche (24) einer Ringstufe (25) der Endfläche (21) des Zentrieransatzes (20) des Gehäusedeckels (18) mit radialer Vorspannung sitzender O-Ring (23) ausgebildet ist.
5. Festlagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (11) einen den Außenring (10) des Schrägwälzlagers (8) mit einem kleinen radialen Abstand (26) umfassenden, zum Gehäusedeckel (18) weisenden Ringfortsatz (27) besitzt.
6. Festlagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringfortsatz (27) einen über die äußere Stirnfläche (22) des Außenringes (10) des Schrägwälzlagers (8) axial vorstehenden Halteabschnitt (35) mit einer das Federelement (32) tragenden Bohrungsfläche (36) aufweist.
7. Festlagerung nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Federring (32) in eine Ringnut (37) in der Bohrungsfläche (36) des Halteabschnitts (35) des Ringfortsatzes (27) des Zwischenringes (11) radial hineinfedernd angeordnet ist.
8. Festlagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Federring (38) in eine Ringnut (39) in der Gehäusebohrung (1) radial hineinfedernd angeordnet ist.
9. Festlagerung nach Anspruch 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringfortsatz (27) des Zwischenringes (11) eine am Federring (38) mit axialer Vorspannung anliegende Endfläche (40) aufweist.
10. Festlagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (23, 32, 38) aus einem elastisch konpressiblen Werkstoff, z.B. Elastomer, gefertigt ist.
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