DE3027372C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine Welle, z. B. für eine Spindel einer Textilmaschine, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei solchen Wellen oder Spindeln sind die inneren Laufringe der axial mit Abstand voneinander angeordneten Kugellager durch ringförmige Rillen auf der Welle oder der Spindel selbst gebildet. Bisher wurden solche Wellen oder Spindeln in Textilmaschinen mit Arbeitsgeschwindigkeiten zwischen 10 000 und 12 000 U/min betrieben. Die technische Entwicklung verlangt jedoch höhere Betriebsgeschwindigkeiten, z. B. in einem Bereich zwischen 20 000 und 25 000 U//min. Bei solchen Geschwindigkeiten führten bekannte Spindeln häufig zu vorzeitigem Ausfall mit der Folge von Betriebsstillsetzungen.

Die Lageranordnung weist eine langgestreckte Welle oder Spindel mit zwei axial im Abstand voneinander angeordneten Laufringen nahe den Wellenenden auf. Außenlaufringe werden zusammen mit jeweils einem Kugelkranz an jedem der durch die Kugellaufrillen gebildeten Innenringe zusammengebaut, wobei ein rohrförmiger Abstandshalter zwischen den Außenlaufringen angeordnet werden kann, um einen festen axialen Abstand der beiden Kugellager einzuhalten. Die genannten Komponenten werden in einen zylindrischen Lagerflansch oder eine zylindrische Befestigungshülse od. dgl. eingebaut, und die Enden der Hülse bzw. des Lagers werden nach innen um axial äußere Begrenzungen der Außenlaufringe verformt, damit der festgesetzte Abstand der Kugellager dauernd beibehalten bleibt. Der Ausfall dieser bekannten Lageranordnungen bei hohen Betriebsgeschwindigkeiten wird veranlaßt durch axiale und/oder radiale Lockerungen eines oder beider der Lager. Bei den hohen Drehzahlen sucht jede Kugel, die einer solchen Lockerung unterworfen ist, um eine eigene Achse zu rotieren, und daher verringert sich der reine Rollkontakt der Kugel mit ihrer Lauffläche, was mit Gleitkontakt verbunden ist und zu einem Abnutzen oder Fressen führt.

Eine Lageranordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der US-PS 36 39 019 bekannt. Diese Druckschrift erläutert nicht im einzelnen, wie die Lageranordnung zusammengebaut werden soll. Offenbar werden jedoch die einzelnen Teile längs der Welle nacheinander in die äußere Lagerbuchse eingesetzt und durch Dichtungen an den axialen Enden gesichert. Bei einer Verschiebung der Außenlaufringe axial nach innen kann der zugehörige Kugelkranz aus seiner Laufrille austreten und verkanten. Dann wäre keine brauchbare Funktion des Lagers mehr gegeben. Gegebenenfalls könnte das Lager sogar ganz auseinanderfallen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung zu schaffen, die sich leicht zusammenbauen läßt und bei der trotzdem ein Auseinanderfallen der zusammengebauten Lageranordnung verhindert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Lageranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die in dessen kennzeichnendem Teil angegebenen Maßnahmen gelöst.

Hiernach ist bei Zusammenbau des Lagers eine große axiale Längsverschiebung um einen bestimmten Abstand zwischen den Abstandsbuchsen möglich, wobei Mitnehmer in fluchtend gegenüberliegende Aufnahmeeinrichtungen eingreifen. In diesem zusammengeschobenen Zustand kann, nachdem alle anderen Teile vorher in eine äußere Lagerbuchse eingesetzt wurden, der zweite Kugelkranz in seine zugehörige Laufrille eingesetzt werden. Beim Auseinanderdrücken der Abstandsbuchsen in axialer Richtung unter der Wirkung der Feder übergreift dann der zugehörige Außenlaufring den Kugelkranz, um diesen sicher in der Lageranordnung zu halten. Nach einer Verdrehung der Abstandsbuchsen gegeneinander derart, daß die Mitnehmer nicht mehr mit den Aufnahmeeinrichtungen fluchten, ist die Möglichkeit zu einer Längsverschiebung um den genannten Abstand nicht mehr gegeben, sondern es besteht nur noch eine axiale Verschiebemöglichkeit um einen kleineren Abstand, der klein genug ist, um ein Herausfallen der Kugelkränze aus den zugehörigen Laufrillen zu verhindern.

Die erfindungsgemäße Lageranordnung weist also vorgespannte Ringschräglager auf, wobei die Richtung der Vorspannung so angeordnet ist, daß die Welle oder die Spindel zwischen den inneren Laufrillen unter Zugspannung gesetzt wird. Die Vorspannkraft wird durch insbesondere eine einzige Schraubenfeder geschaffen, die zwischen den Abstandsbuchsen wirkt und daher diese axial auseinander und in konstanten Belastungskontakt mit den Außenlaufringen drückt, wodurch die Winkelkontaktwirkung oder Ringschrägwirkung erzeugt wird.

Durch die Erfindung wurde somit eine Lageranordnung geschaffen, die mit hohen Arbeitsgeschwindigkeiten laufen kann und die selbsttätig ein reines Abrollen der Kugeln in den Laufrillen ohne Gleiten auch bei höchsten Laufgeschwindigkeiten erlaubt. Die erfindungsgemäße Lageranordnung kann als eine Art Kartusche ausgebildet sein, die leicht an einem Lagerflansch oder an einer Lagerbefestigung eingebaut und auch wieder ausgebaut werden kann. Dies ist mit einer verhältnismäßig einfachen Konstruktion möglich. Trotzdem ist ein unerwünschtes Auseinanderfallen der Lageranordnung sicher verhindert.

Die US-PS 36 37 271 zeigt zwar eine Lageranordnung mit Abstandshülsen zu beiden Seiten einer axial vorgespannten Feder. Ineinander eingreifende Mitnehmer und Aufnahmeeinrichtungen sind aber an den Abstandshülsen nicht vorgesehen. Im übrigen ist diese bekannte Lageranordnung auch an den axialen Enden anders ausgebildet. Es handelt sich um reine Radialkugellager und nicht um Schräglager. Die zentrale Welle ist auch nicht axial unter Zugspannung gesetzt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Spindellageranordnung, die in einem Befestigungs- oder Lagerflansch eingesetzt ist;

Fig. 2 und 3 sind schematische Seitenansichten, die die Lageranordnung von Fig. 1 in zwei unterschiedlichen Beziehungen der Teile zueinander veranschaulichen;

Fig. 4 ist ein abgebrochener Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 wird die Erfindung in Anwendung auf einen langgestreckten Spindelschaft 10 gezeigt, der mit zwei Innenlaufrillen 11, 12 versehen ist, die sich in einem axialen Abstand D1 nahe einem Ende des Schafts 10 befinden. Der Schaft 10 und dessen Wälzlager-Lagerung bilden eine als Einheit handhabbare Anordnung, die wieder ausbaubar in der zylindrischen Bohrung 13 eines Befestigungsflansches bzw. einer Lagerbuchse 14 aufgenommen ist. Die Außenkontur der Buchse 14 weist einen Flansch 15 und ein Gewinde 16 zum Befestigen auf einer Schiene oder einem anderen Rahmenteil einer Textilmaschine, wie beispielsweise einer Filamenttexturierungsmaschine, auf.

Jede der Laufrillen 11, 12 bilden den inneren Teil eines Paares entgegengesetzter Winkelkontakt- bzw. Ringschräglager, die außerdem Außenlaufringe 17, 18 und Wälzkörper- bzw. Kugelanordnungen 19, 20 aufweise. Jede solcher Anordnung von Kugel wird durch einen geeigneten Aufnahmering bzw. Käfig 21, 22 aus injektionsgeformtem Kunststoff in genau im Abstand voneinander vorgefertigter Stellung gehalten. Jeder der Außenlaufringe 17, 18 ist vom Ringschrägtypus, bei dem das axial äußere Ende an der Stelle 23 bis zur Zentralebene der Laufkurvenzentren aufgebohrt bzw. hinterschnitten ist. Dies ermöglicht den Zusammenbau der Außenringeinrichtug mit der zugehörigen Kugelanordnung 19. Die Bohrung 13 der Befestigungsbuchse 14 ist zur Aufnahme und Lokalisierung der äußeren zylindrischen Fläche jedes der Außenlaufringe 17, 18 eingerichtet. Zwei gleiche Abstandshülsen bzw. Abstandsbuchsen 25, 26 weisen ebenfalls äußere Zylinderflächen auf, die in die Bohrung 13 mit Sitz passen. Jede Buchse 25, 26 stößt an ihrem nahegelegenen Außenlaufring 17, 18 an, und die Enden einer Schraubenfeder 27 haben vorgespannt Kompressionssitzkontakt mit den örtlich festliegenden Bohrungen bzw. Hinterschneidungen 28, 29 in den benachbarten Enden der Buchsen 25, 26. Wie am besten aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, befinden sich die ringförmigen Körper der Buchsen 25, 26 um einen relativ geringen Abstand D2 voneinander entfernt. Hierdurch wird praktisch die gesamte Spannweite D3 zwischen den Außenringen 17, 18 zur Bohrungsstabilisierungsorientierung der Buchsen und daher um den Umfang gleichmäßigen Verteilung der axialen Vorspannkräfte auf die entsprechenden Außenlaufringe 17, 18 ausgenutzt. Die Welle bzw. der Schaft 10 wird zwischen den Laufrillen 11, 12 unter Spannung gesetzt und eine sichere und weitreichende gehäuseartige Stabilität wird zur innerhalb der Lageranordnung und deren Befestigungsbuchse 14 eingenommenen zentralen Ausrichtung des Schaftes 10 erreicht.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die Abstandsbuchsen korrespondierende Nut- und Feder- bzw. Kupplungsanordnungen oder Mitnehmer- bzw. Anschlagorgane 30, 31 an der Buchse 25 und 30′, 31′ an der Buchse 26 auf. Diese Anordnungen 30, 31 können um 180° winklig an inneren Enden der Buchse 25 und die Anordnungen 30′, 31′ entsprechend versetzt am benachbarten (inneren) Ende der Buchse 26 angeordnet sein. Wenn die Anordnungen 30, 31′ und 31, 30′ gemäß Fig. 2 winklig miteinander in Ausrichtung stehen, ist es möglich, die Buchsen 25, 26 zur vollen Aufnahme des Abstands D2 unter Kompression zu verschieben, wodurch der Außenringabstand D3 um den Betrag D2 vermindert wird. Andererseits ist es möglich, den Abstand zwischen den Buchsen um den viel geringeren Abstand D4 zu vermindern, wenn sich diese Anordnungen gemäß Fig. 3 nicht in winkliger Übereinstimmung befinden. Der Abstand D2 ist vorzugsweise gleich oder größer als das effektive axiale Ausmaß der Außenringhinterschneidung 23, 24, d. h. des Abstandes D5, und der Abstand D4 ist zu einem Zweck, der verständlich sein wird, geringer als der Abstand D5.

Bei der Herstellung einer als Baueinheit handhabbaren Spindel-Lagereinheit (10, 17, 18, 19, 20, 26, 27) wird das abstehende kleine Ende 10′ des Schaftes 10 auf einer vertikalen Achse eingespannt, d. h., wenn der Schaft 10 vertikal nach oben ragt. Eine erste Kugelanordnung 19, die vorgefertigt in deren Ringkäfig 21 eingesetzt ist, wird über das obere Ende des Schaftes 10 geschoben und bis zu dem Punkt des Kugeleingriff (19) in die Laufrille 11 gebracht. Danach wird der Außenring 17 über die Kugel 19 geschoben und die Buchse 25, die Feder 27, die Buchse 26 und der Außenring 18 - in dieser Reihenfolge - angebracht. wird nach dem Ausrichten der Anordnungen 30, 31′ und 30′, 31 gemäß Fig. 2 der Ring 18 und die Buchse 26 verschoben, um den Abstand D2 zusammenschrumpfen zu lassen, während eine zweite Kugelanordnung 20 und deren Käfig 22 über das Ende des Schaftes 10 geschoben und in die dann dem Kugelzutritt ausgesetzte zweite Innenlaufrille 12 gebracht wird, worauf der Ring 18 zu dessen durch Federspannung sich entwickelnden selbsttätigen Zusammenbau über die Kugeln 20 freigegeben wird. Dieser Zusammenbau bzw. diese Anordnung ist nun als Baueinheit handhabbar und verhindert die Möglichkeit eines unbeabsichtigten Auseinanderfallens durch Verdrehen der Abstandsbuchsen 25, 26 gemäß Fig. 3 in eine nichtfluchtende Stellung. Die beschriebene Anordnung ist nunmehr eine unter Vorspannung gesetzte Ringschräglagereinheit, bei der der Schaft unter Spannung steht und die zur Verwendung bzw. Lagerhaltung fertiggestellt ist.

Um die vorgespannte Lagereinheit in die Buchse 14 einzusetzen, soll ein Ende der Bohrung 13 wirksam mittels eines Schnappringes 33 verschlossen werden, der in eine örtliche Nut oder Rille eingesetzt ist und eine Schutzscheibe 34 aus TEFLON (Polytetrafluoräthylen bzw. Polytrifluorchloräthylen) zurückhält. Die eingesetzte Lagereinheit erreicht den Boden, wenn der Außenring 17 die Schutzscheibe 34 kontaktiert. An dieser Stelle wird ein zweiter Schirm 35 angelegt und es wird ein geringer Abstand D6 zu der Nut bzw. Kerbe hergestellt, die als Sitz für einen zweiten zum Zurückhalten dienenden Schnappring 36 dient. Dieser kleine Abstand D6 stellt sicher, daß die Lager 19, 20 stets unter winkliger Kontaktlast stehen und zwar unabhängig von der jeweiligen Stellung, die die Lagereinheit in bezug zur Buchse 14 einnehmen kann.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausbildung, bei der der gesamte Lageranordnungskontakt mit der Bohrung 13 der Buchse 14 über die Abstandsbuchsen, wie die Buchse 25′, erfolgt. Die Buchse 25′ ist wesentlich mehr langgestreckt als die Buchse 25 von Fig. 1, um den Außenlaufring 17′ zur Befestigung in einer am Außenende befindlichen Aufbohrung 37 der Buchse 25′ aufzunehmen. Eine entsprechende Konstruktion ist für die zweite nicht gezeigte Buchse 26′ vorgesehen, die jedoch mit einer am Ende befindlichen Aufbohrung zur befestigenden Aufnahme des anderen Außenlaufringes 18 dient.

Es ist ersichtlich, daß die beschriebene vorgespannte Lagereinheit- oder -Kartuschen-Konstruktionen alle genannten Aufgaben erfüllen. In einer Buchsenumgebung (14), für die die Erfindung zum Ersatz für die bereits bekannte ungenügende Konfiguration bestimmt ist, wird ein 5/16-Zoll- Schaft 10 mit einer Länge von ca. 9 cm verwendet und mittels der beschriebenen vorgespannten Lager 19, 20 mit einem Abstand der Zentralebenen von effektiv ca. 3 cm abgestützt. Die Lageranordnung lief ununterbrochen völlig glatt und kühl, d. h. ohne Erwärmungen, bei 4000 U/min sogar über die gewünschte doppelte Geschwindigkeit hinaus.

Obwohl die Erfindung im Detail anhand bevorzugter Ausbildungsformen beschrieben wurde, sind entsprechende Abwandlungen möglich. So können beispielsweise Aussparungen 40 am Fuß bzw. der Fassung, und zwar an diametral entgegengesetzten axialen Außenstellen der Abstandshülsen 25, 26 Arbeitszutritt für Finger einer Kompressionsspannvorrichtung aufweisen, um das Zusammenfallen des Abstandes D2 während der Montage oder Demontage der Spindel-Lagereinheit festzuhalten.

Claims (9)

1. Lageranordnung für eine Welle, z. B. für eine Spindel einer Textilmaschine, wobei die Welle (10) an zwei in Längsrichtung voneinander getrennten Stellen ringförmige Kugellaufrillen (11, 12) aufweist, die je einen Kugelkranz (19, 20) aufnehmen, an deren Außenseite je ein sich zum axialen Ende der Lageranordnung hin öffnender Schrägkontakt-Außenlaufring (17, 18) vorgesehen ist, zwischen denen eine axial vorgespannte Feder, insbesondere Schraubenfeder (27), angeordnet ist, um die Kugelkränze in axialer Richtung auseinander zu drücken, dadurch gekennzeichnet,

• - daß in dem axialen Zwischenraum (D3) zwischen den Außenlaufringen (17, 18) je eine an einem der Laufringe (17, 18) anliegende Abstandsbuchse (25, 26) angeordnet ist, deren gegenüberliegende Stirnflächen sich in einem axialen Abstand (D2) voneinander befinden,
• - daß die Feder (27) zwischen den Abstandsbuchsen (25, 26) angeordnet ist,
• - und daß die axial benachbarten Enden der Abstandsbuchsen (25, 26) in Umfangsrichtung gegeneinander versetzte, sich axial erstreckende Mitnehmer (30) und Aufnahmeeinrichtungen (31) für diese aufweisen, wobei zumindest eine Stellung möglich ist, in der die Mitnehmer (30) mit den Aufnahmeeinrichtungen (31) fluchten, um eine maximale Axialverschiebung der Abstandsbuchsen (25, 26) aufeinander zu um den Abstand (D2) zu erlauben, und wobei eine andere Stellung möglich ist, in der Mitnehmer (30) und Aufnahmeeinrichtung (31) nicht miteinander fluchten, um eine Axialverschiebung um einen anderen Abstand (D4) zu gestatten, der kleiner ist als der erste Abstand (D2),
• - wobei der erste Abstand (D2) mindestens dem axialen Ausmaß (D5) entspricht, um das die Radialebene der Zentren der Kugeln (19, 20) bzw. der Laufrillen (11, 12) axial gegenüber dem Außenende des zugehörigen Außenlaufrings (17, 18) versetzt ist.

2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsbuchsen (25, 26) an ihren einander zugekehrten Enden Anschläge (28, 29) in Form von axialen Ausnehmungen zum Eingriff der Feder (27) aufweisen.

3. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das axial einander abgekehrte Ende jeder Abstandsbuchse (25, 26) eine Aussparung (37) aufweist, in die der zugehörige Außenlaufring (17, 18) eingreift (Fig. 4).

4. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum axialen Zurückhalten der in eine Lagerbuchse (14) eingesetzten Lagereinrichtung abnehmbare Axialbegrenzungsorgane (33, 34, 35, 36) zwischen den axialen Enden der Lagerbuchse (14) und den axialen Außenenden der Außenlaufringe (17, 18) eingesetzt sind.

5. Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialbegrenzungsorgane (33, 34, 35, 36) jeweils einen in eine Nut in der Lagerbuchse (14) eingesetzten Schnappring (33, 36) aufweisen.

6. Lageranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ladereinrichtung und mindestens einem der Axialbegrenzungsorgane (33, 34, 35, 36) ein axialer Freiraum (D6) besteht.

7. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Axialbegrenzungsorganen (34, 35) jeweils um ein am axialen Außenende der Außenlaufringe (17, 18) angeordnetes Lagerschild (34, 35) handelt.

8. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (D1 + 2 D5) zwischen den axialen Außenenden der Außenlaufringe (17, 18) mindestens dem Zweifachen des Innendurchmessers der Lagerbuchse (14) entspricht.

9. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Abstandshülsen (25, 26) Aussparungen (40) für den Eingriff eines Spannwerkzeugs vorgesehen sind.