Bezeichnung der Erfindung Lageranordnung Beschreibung Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit wenigstens einem ersten Lager als axial freie Radialstütze und mit mindestens einem zweiten Lager als radial freie Axialstütze, wobei die Lager eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen und wobei zumindest ein erster Lagerring des ersten Lagers und ein zweiter Lagerring des zweiten Lagers rotationsfest zu wenigstens einem Lagersitz sind.

Hintergrund der Erfindung Derartige Lageranordnungen sind für die radiale und axiale Lagerung von Wel- len in einem Gehäuse oder von Gehäusen auf einer Welle vorgesehen. Unter Wellen sind in dieser Erfindung alle denkbaren Maschinenelemente, wie ange- triebene sowie treibende Wellen/Wellenstümpfe, Achsen und somit auch die Wellenabsätze an rotierenden Bauteilen von Verdichtern in Maschinen- Systeme zu verstehen. Lagersitze sind alle Sitze von Lagern in/an Gehäusen oder an/auf Wellen. Gehäuse sind alle denkbaren Maschinenteile oder Syste-

me, die mittels der Lageranordnung drehbar zu oder auf der Welle gelagert sind oder in/an denen die Wellen mittels der Lageranordnungen gelagert sind.

Axialfreie Radialstützen sind Lager, die entweder aufgrund ihrer konstruktiven Merkmale nur gegen Radialkräfte/Radialkraftkomponenten abstützen oder La- ger, die zwar auch für die Aufnahme von schräg zur Lagerachse wirkenden Kräften oder zur Aufnahme von Axialkräften ausgelegt sind, die aber in beson- deren Anwendungen aus den verschiedensten Gründen nur gegen Radialkräfte abstützen sollen.

Radialfreie Axialstützen sind Lager, die entweder aufgrund ihrer konstruktiven Merkmale nur gegen Axialkräfte/Axialkraftkomponenten abstützen oder Lager, die zwar auch für die Aufnahme von schräg zur Lagerachse wirkenden Kräften oder zur Aufnahme von Radialkräften ausgelegt sind, die aber in besonderen Anwendungen aus den verschiedensten Gründen nur gegen Axialkräfte abstüt- zen sollen.

Derartige Lageranordnungen gibt es in Verdichtern, zum Beispiel in Schrau- benverdichtern. In dieser Lageranordnung nimmt zumindest ein Lager die Ra- dialkräfte auf und stützt dabei beispielsweise den Schaft eines Rotors gegen ein Gehäuse drehbar ab. Als Radialstützen werden beispielsweise Zylinder- bzw. Nadelrollenlager oder Kugellager eingesetzt. In der Lageranordnung ist weiterhin wenigstens eine Axialstütze vorgesehen, über die z. B. beim Verdich- ten auftretende Axialkraftkomponenten an den Rotoren aufgenommen werden.

Beispiele für derartige Lager sind Kugellager in Vierpunktlager-und Schrägku- gellagerausführung oder Kegelrollenlager.

Eine der Lageranordnungen ist in US 5,975, 867 beschrieben. Die Lageranord- nung ist jeweils durch ein Kegelrollenlager und ein Radialnadellager gebildet.

Das Radialnadellager ist ein axiales Loslager. Das Kegelrollenlager ist in die- sem Fall ausschließlich für die Aufnahme von mit der Rotationsachse der La- geranordnung gleich gerichteten Axialkräften/Axialkraftkomponenten vorgese- hen. Die Außenringe der beiden betrachtenden Lager sind jeweils beide an

einem Gehäuse des Verdichters verdrehfest gehalten. Dazu ist der Außenring des Nadellagers in eine Bohrung eingepresst. Der Außenring des Kegelrollen- lagers ist formschlüssig mittels eines Stiftes zu dem Gehäuse verdrehfest. Die Innenringe des Lagers sitzen fest vorgespannt auf einer Welle.

Es sind auch Lageranordnungen bekannt, bei denen die Verdrehsicherungen durch axialkraftschlüssiges Verspannen der Ringe gegen das Gehäuse oder gegen andere Lagerringe verdrehgesichert sind. Alternativ sind die Lagerringe durch Kraftschluss aus Reibung bzw. durch Formschluss über Sicherungsele- mente in einer Bohrung des Gehäuses gesichert. Beispiele für derartige Ver- drehsicherungen sind radial zwischen einem Außenring und einer Lagerboh- rung bzw. radial zwischen einer Welle und einem Innenring verformte und somit radial vorspannende O-Ringe. Es werden auch Stifte und ähnliches eingesetzt, die formschlüssig gleichzeitig in stirnseitiger Außennehmungen/Bohrungen in dem zu sichernden Lagerring und in dem zu sichernden Gehäuse eingreifen.

Der Aufwand für das Vorbereiten der Lagersitze, z. B. in einem Gehäuse, und bei der Montage der Lageranordnungen nach dem Stand der Technik ist relativ hoch. So müssen zum Beispiel in die Gehäuse die entsprechenden Ausspa- rungen/Ausnehmungen für den Eingriff der Sicherungselemente wie Stifte und O-Ringe eingebracht werden. Bei der Montage müssen die Lagerringe dann genau so ausgerichtet werden, dass die Verbindungselemente zielgenau in die entsprechenden Aussparungen eintauchen können.

Zusammenfassung der Erfindung Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lageranordnung zu schaffen, mit der der Aufwand für die Vorbereitung der Verdrehsicherung, z. B. bei der Vorbe- reitung eines Gehäusesitzes für die Lageranordnung, und bei der Montage der Lageranordnung in das System reduziert ist.

Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des kennzeichneten Teiles des An- spruches 1 dadurch gelöst, dass der erste Lagerring und der zweite Lagerring axial einander gegenüber liegen und dabei der zweite Lagerring, berührungslos zu dem Lagersitz, formschlüssig-rotationsfest mit dem ersten Lagerring gekop- pelt ist. Der Lagerring der Radialstütze und ein Lagerring der Axialstütze berüh- ren sich zumindest abschnittsweise einander axial oder liegen sich axial durch einen axialen Spalt voneinander getrennt gegenüber. Axial heißt dabei gleich gerichtet mit der Rotationsachse. Die Lagerringe sind an dem Abschnitt oder an den Abschnitten, an denen diese axial aneinander liegen, formschlüssig mit- einander in Drehrichtung um die Rotationsachse gekoppelt. Die Stützen sind zum Beispiel durch Scheiben oder andere Maschinenelemente voneinander getrennt, wobei die Lagerringe in diesem Fall diese Maschinenelemente über- greifen. Die Axialstütze ist jedoch vorzugsweise in der Lageranordnung direkt neben der Radialstütze angeordnet. Dabei berühren sich z. B. die Außenringe und/oder die Innenringe der Stützen stirnseitig oder stehen sich zumindest axial einander gegenüber. Die Außenringe oder die Innenringe der Stützen stehen direkt miteinander formschlüssig im Eingriff oder sind formschlüssig miteinan- der über ein Verbindungselement verbunden. Alternativ ist ein Außen-oder Innenring der Radialstütze mit einer Axialscheibe einer als Axialwälzlager aus- geführten Axialstütze gekoppelt.

Die Lageranordnung weist entweder eine oder mehrere der Radialstützen auf.

Einer oder mehr der Radialstützen schließt sich einseitig oder beidseitig axial auf der Rotationsachse jeweils eine der Axialstützen an. Der jeweiligen mit ei- ner Radialstütze gekoppelten Axialstütze schließt sich alternativ wahlweise wieder eine Radialstütze oder eine weitere Axialstütze usw. an. Die axial auf- einander folgenden Stützen sind miteinander jeweils gekoppelt. Es ist denkbar, dass an einer Radialstütze, die axial zwischen zwei Axialstützen angeordnet ist, jeweils ein Lagerring von jeder der beiden Axialstützen an der Radialstütze ver- drehgesichert ist.

Der Lagerring der Radialstütze ist bevorzugt mittels eines Presssitzes zum La- gersitz fest. Der Lagerring der Axialstütze ist im Gegensatz zu den bisher be-

kannten Stand der Technik nicht an dem Lagersitz verdrehgesichert, sondern nur über den Formschluss mit der Radialstütze verdrehfest zum Lagersitz gehalten. Dabei ist der Lagerring der Axialstütze berührungslos zu dem Lager- sitz angeordnet, mit dem der Lagerring der Radialstütze gegen relatives Ver- drehen mit dem Lagersitz gekoppelt ist. Nuten, Bohrungen oder ähnliches, die bisher bei Anordnungen des Standes der Technik für den Eingriff der Verdreh- sicherung vorgesehen waren, entfallen mit der Verwendung einer Lageranord- nung gemäß Erfindung.

Die Lagerringe stehen durch geeignete Elemente an den Lagerringen, wie die Paarungen von radial oder axial hervorstehenden Vorsprüngen mit korrespon- dierenden Ausnehmungen in den Lagerringen im Eingriff. Alternativ und bevor- zugt dazu ist jedoch der Lagerring der Radialstütze mit dem Lagerring der Axi- alstütze mittels zumindest eines zu den Lagerringen separaten Verbindungs- elementes formschlüssig gekoppelt. Das Verbindungselement greift form- schlüssig in eine korrespondierende Aussparung an dem Lagerring der Radial- stütze und gleichzeitig in eine korrespondierende Ausnehmung an dem Lager- ring der Axialstütze ein.

Es sind mit der Erfindung auch mehrere der Verbindungselemente zur form- schlüssigen Kopplung von zwei Lagerringen vorgesehen. Mehrere Verbin- dungselemente sind mit gleichmäßiger oder mit ungleichmäßiger Teilung zu- einander umfangsseitig angeordnet. Das Verbindungselement, zum Beispiel eine Passfeder, ist in eine axial geteilte Paßfedernut eingelegt. Jeweils ein axia- ler Anteil der Nut ist an einem der Ringe ausgebildet, so dass die axial aufein- ander folgenden Anteile der Nut die Paßfedernut bilden. Verbindungselemente sind weiter Flachkeile. Denkbar ist auch der Einsatz von Stiften als Verbin- dungselement. Die Stifte sind entweder in entsprechende Axialbohrungen der miteinander gekoppelten Lagerringe eingepasst oder in axiale bzw. radial-axiale Ausnehmungen der zu koppelnden Lagerringe eingelegt.

Das Verbindungselement ist bevorzugt eine Scheibenfeder. Scheibenfedern sind zum Beispiel durch die Deutsche IndustrieNorm (DIN) Nr. 6888 genormte

Bauelemente. Diese Bauelemente weisen längs der Rotationsachse der La- geranordnung einen halbmondförmigen Querschnitt und quer zu der Rotations- achse einen rechteckigen Querschnitt auf. Die zu sichernden Lagerringe wei- sen jeweils eine oder mehrere beliebig gestaltete oder wahlweise ebenfalls in den Abmessungen genormte und mit den Außenabmessungen der Scheiben- feder korrespondierende Haltenuten (zum Beispiel Stirnnuten) auf. Jeweils eine Scheibenfeder greift axial und radial in zwei zueinander ausgerichtete der Hal- tenuten ein.

Der Lagersitz ist vorzugsweise eine Bohrung in dem Gehäuse. Der Lagerring der Radialstütze ist in der Bohrung zu den Gehäuse rotationsfest aufgenom- men. Der Lagerring der Axialstütze ist entweder außerhalb der Bohrung ange- ordnet oder taucht axial teilweise bzw. vollständig in die Bohrung ein. Wenn der Lagerring der Axialstütze ganz oder teilweise axial in die Bohrung axial ein- greift, ist der Lagerring radial von einem Luftspalt in der Bohrung umgeben. Der Lagerring der Axialstütze ist somit zu dem Lagersitz frei angeordnet und kann nicht in radiale Richtung belastet werden.

Die Bohrung ist um den ersten Lagerring sowie um den zweiten Lagerring durch einen durchgängig gleichen Innendurchmesser beschrieben. Eine derar- tige Anordnung hat den Vorteil, dass die Bohrung ohne aufwendige Bearbei- tung gebohrt, gerieben oder geschliffen werden kann. In diesem Falle muss der größte Außendurchmesser des Lagerringes an der Axialstütze kleiner sein als der kleinstmögliche Außendurchmesser des Lagerringes an der Radialstütze.

Die Bohrung ist alternativ zu vorhergehend beschriebener Variante zumindest abschnittsweise durch sich in ihre Größe unterscheidende Innendurchmesser beschrieben. Die Bohrung weist diesbezüglich zumindest einen ersten Ab- schnitt und einen zweiten Abschnitt auf. In dem ersten Abschnitt taucht zumin- dest teilweise der Lagerring der Radialstütze ein. In den zweiten Abschnitt ist der Lagerring der Axialstütze zumindest teilweise eingetaucht. Der erste Ab- schnitt weist einen Innendurchmesser auf, der entweder kleiner oder größer ist als der Innendurchmesser des zweiten Abschnittes. Die Lagerbohrung führt

wahlweise durch zwei axial voneinander getrennte oder axial aneinander lie- gende Gehäuseabschnitte.

Die Radial-und/oder Axialstützen sind wahlweise Gleitlager, wobei in diesem Falle die Lagerringe Gleitringe sind. Die Stützen sind vorzugsweise jedoch Wälzlager mit jeweils wenigstens einem Lagerring und Wälzkörpern.

Mit der Erfindung sind aufwendige Bearbeitungen, wie das Einstechen oder Räumen von Nuten oder ähnlichem an dem Lagerstützen für den formschlüssi- gen Eingriff von Verbindungs-/Sicherungselementen vermieden. Eingriffsnuten sind z. B. einfach in gehärtete oder in ungehärtete Lagerringe eingebracht.

Aufwendige Nacharbeit an den Lagerringen entfällt. Die zielgenau Montage der Lager mit den Verbindungselementen in beispielsweise eine Bohrung ent- fällt, da die Verbindungselemente nicht mehr formschlüssig in entsprechender Außennehmungen der Bohrung eingreifen müssen und radial über den Außen- durchmesser des Lagersatzes höchstens um ein radiales Maß hervorstehen, dass kleiner ist als der Innenradius der Bohrung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher er- läutert. Es zeigen im Einzelnen : Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Lageranordnung mit einer als Rollenlager ausgeführten Radialstütze und einer als Vierpunktlager ausgeführten Axialstütze im Längsschnitt, Figur 2 die Lageranordnung nach Figur 1 in einem anderen Ge- häuse,

Figur 3 eine vergrößerte und nicht maßstäbliche Darstellung eines Details nach dem Schnitt III-III aus Figur 2 und die Figuren 4 bis 6 Wälzlager in verschiedenen Ausführungen mit Ausgestal- tungen von Haltenuten an einem der Lagerringe.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 und 2 zeigen eine Lageranordnung 1 für die radiale und axiale Lage- rung einer Welle 2 in einem Gehäuse 3 bzw. in einem Gehäuse 4. Die La- geranordnung 1 weist ein als Radialstütze 5 ausgebildetes Lager 6 in Form eines Rollenlagers sowie ein als Axialstütze 7 wirkendes Lager 8 in Form eines Vierpunktlagers auf. Die Lageranordnung 1 stützt nicht dargestellte Rotoren eines Schraubenverdichters.

Ein äußerer Lagerring 9 der Radialstütze 5 liegt axial einem äußeren Lagerring 10 der Axialstütze 7 gegenüber. Der Lagerring 9 ist in die als Lagersitz ausge- bildete Bohrung 11 eingepresst und somit relativ zu dem Gehäuse 3 bzw. 4 verdrehgesichert. Der Lagerring 10 ist von dem Gehäuse 3 durch einen Luft- spalt 12 getrennt und somit berührungslos zu dem Lagersitz angeordnet.

Die Lagerringe 9 und 10 sind mittels eines separaten Verbindungselementes 13 in Form einer Scheibenfeder 14 in Drehrichtung um die Rotationsachse (19) miteinander gekoppelt. Die Scheibenfeder 14 ist in der Darstellung nach Figur 1 und Figur 2 halbmondförmig gestaltet und weist wie aus Figur 3 hervorgeht, einen rechteckigen Querschnitt auf. An dem ersten und dem zweiten Lagerring ist jeweils eine Haltenut 15 ausgebildet, die sich radial von außen und axial von einer der Stirnseiten des jeweiligen Lagerringes 9,10 in den Lagerring 9,10 erstreckt.

Wie aus Figur 3 hervorgeht, sind die Seitenwände 17 der Haltenut 15 quer zur Axialrichtung parallel zueinander ausgerichtet und die axial zueinander weisen- den Seitenwände 18 der Haltenuten 15 mit einem Winkel-von 400 bis 45° zueinander von der Rotationsachse 19 senkrecht durchstoßenen Radialebene E geneigt.

Die Bohrung 11 nach Figur 1 weist zwei Abschnitte 11 a und 11 b auf. Der Ab- schnitt 11 a ist an einem Gehäuseteil 3a ausgebildet. Die Axialstütze 7 ist radial in dem Abschnitt 11b durch den Luftspalt 12 von einem Gehäuseteil 3b ge- trennt. Die Gehäuseteile 3a und 3b sind axial aneinander fest. Die Außen- durchmesser DA der Radialstütze 5 und der Axialstütze 7 sind zumindest an- nähernd gleich groß. Der Innendurchmesser d, des Abschnittes 11a ist kleiner als der Innendurchmesser Di des Abschnittes 11 b.

Figur 2 zeigt die Lageranordnung 1, bei der die Bohrung 11 sowohl über der Radialstütze 5 als auch über der Axialstütze 7 einen gleichen Innendurchmes- ser D, aufweist. Der Außendurchmesser DA des Lagers 6 entspricht dem In- nendurchmesser d der Bohrung 11. Der Außendurchmesser dA des Lagers 8 ist kleiner als der Außendurchmesser DA des Lagers 6.

Die Lager 6 und 8 sind Wälzlager. Das Lager 6 besteht aus dem Lagerring 9, Rollen 20, einem Käfig 21 sowie einem Innenring 22. Alternativ ist das Lager 6 ohne Innenring ausgeführt, so dass die Rollen 20 auf der Welle 2 ablaufen.

Das Lager 8 besteht aus dem Lagerring 10, Kugeln 23, einem Käfig 24 und aus zwei Innenringen 16 und 25. Die Welle 2 ist mittels der Lageranordnung 1 dreh- bar zu dem Gehäuse 3,4 gelagert. Alternativ ist das Gehäuse 3,4 mittels der Lageranordnung drehbar zur Welle 2 gelagert.

Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Axialstütze 7 in Form eines Schräg- kugellagers. Der äußere Lagerring 26 ist mit einer Haltenut 27 versehen, in die ein nur angedeutet dargestellter Flachkeil 28 eingreift. Die Haltenut 27 weist eine senkrecht zur Rotationsachse 19 ausgerichtete und in axiale Richtung gewandte Seitenwand 29 und zwei sich einander quer zur Axialrichtung gege-

nüberliegende sowie parallel zueinander ausgerichtete Seitenwände 30 auf.

Über den Flachkeil 28 ist eine formschlüssige Verdrehsicherung mit einer nicht dargestellten Radialstütze herstellbar.

Der Lagerring 31 einer als Schrägkugellager ausgebildeten Axialstütze 7 nach Figur 5 weist eine Axialbohrung 32 auf. In die Axialbohrung 32 greift ein nur angedeutet dargestellter Stift 33 ein, über den der Lagerring 31 formschlüssig mit einem nicht dargestellten Lagerring einer Radialstütze in Umfangsrichtung in Rotationsachse 19 verbunden ist.

Ein als Axialstütze 7 ausgelegtes Rillenkugellager 33 ist in Figur 6 dargestellt.

Der innere Lagerring 34 des Rillenkugellagers ist mit einer Keilnut 35 versehen.

Ein in die Keilnut 35 eingreifender Keil 36 greift formschlüssig in eine entspre- chende Aussparung an einem Innenring einer nicht dargestellten Radialstütze ein, so dass die Stützen in diesem Fall über die Innenringe miteinander gekop- pelt sind.

Bezugszeichen 1 Lageranordnung 2 Welle 3 Gehäuse 3a Gehäuseteil 3b Gehäuseteil 4 Gehäuse 5 Radialstütze 6 Lager 7 Axialstütze 8 Lager 9 Lagerring 10 Lagerring 11 Bohrung 11 a Abschnitt 11 b Abschnitt 12 Luftspalt 13 Verbindungselement 14 Scheibenfeder 15 Haltenut 16 Innenring 17 Seitenwand 18 Seitenwand 19 Rotationsachse 20 Rolle 21 Käfig 22 Innenring 23 Kugel 24 Käfig 25 Innenring 26 Lagerring 27 Haltenut 28 Flachkeil 29 Seitenwand 30 Seitenwand 31 Lagerring 32 Axialbohrung 33 Rillenkugellager 34 Lagerring 35 Keilnut 36 Keil