DOEHRING JOCHEN (DE)
MAYER MICHAEL (DE)
EP2693017A1 | 2014-02-05 | |||
US3807814A | 1974-04-30 | |||
US20080267543A1 | 2008-10-30 |
Ansprüche 1 . Verfahren zum Herstellen von Bauteilen eines Kippsegmentlagers (10; 10a), wobei das Kippsegmentlager (10; 10a) einen Außenring (12; 12a) und mehrere, vorzugsweise in gleichgroßen Winkelabständen um eine Längsachse (3; 46) des Außenrings (12; 12a) angeordnete Kippsegmente (18; 18a) aufweist, wobei die Kippsegmente (18; 18a) mit einer Außenfläche (20; 20a) um eine Wälzlinie (26; 26a) an einer Innenfläche (16; 16a) des Außenrings (12; 12a) schwenkbar angeordnet sind, wobei zum Herstellen der Kippsegmente (18) aus einem Kippsegmentring (42) oder des Außenrings (12a) ein eine konstante Wandstärke aufweisendes Rohteil (30; 30a) in Form eines Zylinderabschnitts (14) verwendet wird, dass der Zylinderabschnitt (14) im Bereich seines Außenumfangs (32; 32a) an mehreren Einspannstellen (33; 33a, 34; 34a, 35; 35a) mit jeweils einer in Richtung der Längsachse (3; 46) wirkenden Radialkraft (FR) beaufschlagt wird, wobei die Radialkräfte (FR) eine elastische Deformation des Zylinderabschnitts (14) bewirken, dass anschließend an dem Zylinderabschnitt (14) in dem elastisch deformierten Zustand an der Innenfläche (16; 16a) eine einen runden Querschnitt aufweisende Innenbohrung (38; 38a) erzeugt wird, und dass anschließend die radiale Einspannung des Zylinderabschnitts (14) aufgehoben wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass das Rohteil (30a) zur Herstellung des Außenrings (12a) verwendet wird, die Anzahl der Einspannstellen (33a, 34a, 35a), an denen das Rohteil (30a) mit den Radialkräften (FR) beaufschlagt wird, der Zahl der in dem Außenring (12a) gelagerten Kippsegmente (18a) entspricht. 3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass das Rohteil (30) zur Herstellung von Kippsegmenten (18) verwendet wird, die Anzahl der Einspannstellen (33, 34, 35), an denen das Rohteil (30) mit den Radialkräften (FR) beaufschlagt wird, der Zahl der Kippsegmente (18) entspricht, die durch radiales Auftrennen des Rohteils (30) im Bereich von Trennstellen (44, 45) aus dem Rohteil (30) ausgebildet werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspannstellen (33; 33a, 34; 34a, 35; 35a), an denen das Rohteil 30; 30a) mit den Radialkräften (FR) kraftbeaufschlagt wird, in gleichmäßigen Winkelabständen um eine Längsachse (37) des Rohteils (30; 30a) angeordnet sind. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 , 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass das Rohteil (30a) als Außenring (12a) verwendet wird, die Wandstärke (w) des Rohteils (30a) in dem Bereich der Wälzlinien (26a) reduziert wird. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion der Wandstärke (w) durch Ausbildung von Abflachungen (54) am Außenumfang (32a) des Rohteils (30a) erfolgt. Kippsegmentlager (10; 10a), aufweisend einen Außenring (12a) und Kippsegmente (18), wobei der Außenring (12a) oder die Kippsegmente (18) nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt sind. Kippsegmentlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (12a) nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist, und dass die Kippsegmente (18a) eine konstante Wandstärke (w) aufweisen. Kippsegmentlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippsegmente (18) aus einem Zylinderrohrabschnitt mit konstantem Innendurchmesser (D,) und Außendurchmesser (Da) ausgebildet sind. 10. Kippsegmentlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippsegmente (18) nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt sind, und dass als Außenring (12) als Zylinderabschnitt (14) mit konstantem Innendurchmesser (D,) und Außendurchmesser (Da) ausgebildet ist. |
Verfahren zum Herstellen von Bauteilen eines Kippsegmentlagers und
Kippsegmentlager
Stand der Technik Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen eines
Kippsegmentlagers nach Anspruch 1 sowie ein Kippsegmentlager, bei dem ein Außenring oder Kippsegmente nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind. Kippsegmentlager zur Lagerung von insbesondere schnelldrehenden Wellen
(gemeint sind dabei Wellen, die beispielsweise mit einer Drehzahl von mehr als 100000min "1 drehen) lassen sich in zwei grundsätzliche Bauarten einteilen: Bei der ersten Bauart ist das Kippsegmentlager, das aus einem Außenring und radial innerhalb des Außenrings angeordneten Kippsegmenten zur Lagerung der Welle besteht, aus einem monolithischen (Roh-) Körper ausgebildet, bei dem die
Kippsegmente durch Aussparungen oder ähnliches aus dem Körper freigestellt bzw. ausgebildet werden und über insbesondere stegförmige Verbindungen kippbar mit dem Außenring (einstückig) verbunden sind. Die zweite Bauart besteht aus einem Außenring sowie Kippsegmenten, die jeweils separat voneinander gefertigt werden. Die Kippsegmente sind bei der zweiten Bauart ebenfalls radial innerhalb des Außenrings angeordnet und zeichnen sich dadurch aus, dass sie auf der dem Außenring radial zugewandten Seite eine stärkere Krümmung aufweisen als die entsprechende, mit den Kippsegmenten
zusammenwirkende Innenfläche des Außenrings. Dadurch ist ein Abwälzen der Kippsegmente um Wälzlinien am Außenring möglich. Weiterhin weist die mit der
Welle zusammenwirkende Lauffläche des Kippsegments eine geringere
Krümmung auf als der Radius der zu lagernden Welle. Zusammengefasst ist es bei der zweiten Bauart somit wesentlich, dass auf der der Welle bzw. dem Außenring zugewandten Seite des Kippsegments dieses an die (Innen-)Kontur des Außenrings bzw. dem Radius der Welle angepasste Krümmungen bzw.
Radien aufweist. Die Herstellung derartig angepasster Geometrien der Kippsegmente bzw. des Außenrings wird in der Praxis durch Konturschleifen erzeugt. Dies ist jedoch relativ aufwendig bzw. mit relativ hohen Kosten verbunden.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Bauteilen eines
Kippsegmentlagers, gemeint sind hierbei entweder der Außenring oder aber die Kippsegmente des Kippsegmentlagers, mit denen Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es eine relativ einfache und somit kostengünstige
Herstellung der Bauteile ermöglicht. Dies wird dadurch ermöglicht, dass auf das beim Stand der Technik üblicherweise verwendete Konturschleifen zur
Ausbildung spezieller Geometrien an den Kippsegmenten bzw. an der mit den Kippsegmenten zusammenwirkenden Geometrie am Außenring verzichtet werden kann, und stattdessen relevante Geometrien durch einen einfachen Bohr- bzw. Schleifprozeß erzeugt werden können, bei denen lediglich runde Konturen bzw. Oberflächen erzeugt werden müssen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein zur Herstellung bzw. Erzeugung eines Außenrings oder der Kippsegmente dienendes Rohteil vor einer
Formgebung bzw. Bearbeitung an mehreren Stellen am Außenumfang einzuspannen, derart, dass an den Einspannstellen auf das (ringförmige) Rohteil Radialkräfte erzeugt werden, die eine elastische Deformation des Rohteils bewirken. In dem elastisch verformten Zustand des Rohteils wird anschließend eine kreisrunde Bohrung bzw. Kontur erzeugt. Anschließend wird die radiale Einspannung des Rohteils aufgehoben, was bewirkt, dass das Rohteil an seinem Außenumfang wieder seine ursprüngliche, runde Kontur einnimmt, während die zunächst kreisrund erzeugte (Innen-)Kontur eine neue Kontur einnimmt, die von der ursprünglichen (kreisrunden) Kontur abweicht. Ein derartig hergestelltes bzw. bearbeitetes Rohteil ermöglicht es, dieses entweder als Außenring für das Kippsegmentlager zu verwenden, oder aber, durch radiales Auftrennen des Rohteils, aus dem Rohteil mehrere Kippsegmente zu erzeugen, die zur
Verwendung bzw. Anordnung in einem Außenring des Kippsegmentlagers dienen können. Insbesondere ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, in Abhängigkeit davon, ob aus dem Rohteil ein Außenring oder aber Kippsegmente erzeugt werden, für die Kippsegmente bzw. den Außenring als komplementäre Bauteile Teile verwenden zu können, die einfache runde Laufflächen bzw.
Geometrien aufweisen können. Dabei ist vorzugsweise an Bauteile gedacht, die aus zylindrischen Rohteilen bestehen, welche wiederum Standardbauteile darstellen, welche in unterschiedlichsten Geometrien bzw. Durchmessern preiswert verfügbar sind.
Konkret schlägt es das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass zum Herstellen von Kippsegmenten aus einem Kippsegmentring oder eines Außenrings ein eine konstante Wanddicke aufweisendes Rohteil in Form eines Zylinderabschnitts verwendet wird, dass der Zylinderabschnitt im Bereich seines Außenumfangs an mehreren Stellen mit jeweils einer in Richtung der Längsachse des Rohteils wirkenden Radialkraft beaufschlagt wird, wobei die Radialkräfte eine elastische Deformation des Zylinderabschnitts bewirken, dass anschließend an dem
Zylinderabschnitt im elastisch deformierten Zustand an einer Innenfläche eine einen runden Querschnitt aufweisende Innenbohrung erzeugt wird, und dass anschließend die radiale Einspannung des Zylinderabschnitt aufgehoben wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen von Bauteilen eines Kippsegmentlagers sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Für den Fall, dass das Rohteil als Außenring für ein Kippsegmentlager verwendet wird, ist es vorgesehen, dass die Anzahl der Stellen, an denen das Rohteil mit den Radialkräften beaufschlagt wird, der Zahl der in dem Außenring gelagerten Kippsegmente entspricht.
Weiterhin ist für den Fall, dass das Rohteil der Ausbildung von Kippsegmenten dient, die Anzahl der Stellen, an denen das Rohteil mit den Radialkräften beaufschlagt wird, der Zahl der Kippsegmente entspricht, die durch radiales Auftrennen des Rohteils aus dem Rohteil ausgebildet werden. Dadurch ist es möglich, das gesamte Rohteil zur Ausbildung von Kippsegmenten zu nutzen.
Um eine symmetrische Anordnung bzw. Ausbildung der Bauteile des
Kippsegmentlagers in Bezug zur gelagerten Welle zu ermöglichen, ist es darüber hinaus vorgesehen, dass die Stellen, an denen das Rohteil mit den Radialkräften kraftbeaufschlagt wird, in gleichmäßigen Winkelabständen um eine Längsachse des zylindrischen Rohteils angeordnet sind.
Um beim Betrieb bzw. Einsatz des Kippsegmentlagers thermische
Ausdehnungen, die von einer Drehung der Welle in den Kippsegmenten und daraus resultierender Reibwärme hervorgerufen werden, zu kompensieren bzw. ein Klemmen zwischen den Kippsegmenten und der Welle im in einer Bohrung eingebauten Zustand des Außenrings zu vermeiden, ist es darüber hinaus vorgesehen, dass für den Fall, dass das Rohteil als Außenring des
Kippsegmentlagers verwendet wird, die Wandstärke des Rohteils in dem Bereich der Wälzlinien, in denen die Kippsegmente in Kontakt mit dem Außenring angeordnet sind, reduziert wird. Eine derartige Reduktion der Wandstärke des Außenrings bzw. des Rohteils wird in besonders einfacher Art und Weise durch Ausbildung von Abflachungen am Außenumfang des Rohteils erzeugt.
Die Erfindung umfasst auch ein Kippsegmentlager, aufweisend einen Außenring und Kippsegmente, wobei der Außenring oder die Kippsegmente nach einem soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind. Für den Fall, dass der Außenring nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Kippsegmente eine konstante Wanddicke aufweisen. In diesem Fall können für die
Kippsegmente Zylinderrohrabschnitte mit konstantem Innendurchmesser und Außendurchmesser verwendet werden, die relativ preiswert herstellbar bzw. verfügbar sind und fertigungsbedingt eine hohe Genauigkeit aufweisen.
Demgegenüber ist es für den Fall, dass die Kippsegmente nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind vorgesehen, dass als Außenring ein Zylinderabschnitt mit konstantem Innendurchmesser und Außendurchmesser verwendet wird. In diesem Fall ist der Außenring besonders preiswert bzw.
einfach herstellbar und weist eine hohe Genauigkeit auf.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in: Fig. 1 ein Kippsegmentlager zur Lagerung einer Welle in vereinfachter Darstellung,
Fig. 2 eine Darstellung eines der Herstellung von Kippsegmenten für das
Kippsegmentlager gemäß Fig. 1 dienenden Rohteils bei einer
Radialkraftbeaufschlagung,
Fig. 3 das Rohteil gemäß Fig. 2 nach Reduktion der Radialkräfte,
Fig. 4 ein gegenüber Fig. 1 modifiziertes Kippsegmentlager zur Lagerung einer Welle in einer vereinfachten Darstellung und
Fig. 5 ein Rohteil, das für einen Außenring des Kippsegmentlagers gemäß Fig.
4 verwendet wird, nach der Reduktion von Radialkräften.
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In der Fig. 1 ist ein Kippsegmentlager 10 zur radialen Lagerung einer Welle 1 dargestellt, wobei die Welle 1 in dem Kippsegmentlager 10 um eine Drehachse 2 drehbar ist. Bei der Welle 1 handelt es sich bevorzugt, jedoch nicht
einschränkend, um einen Bestandteil einer schnelllaufenden Maschine, wobei die Umfangsgeschwindigkeit der Welle 1 im Bereich des Kippsegmentlagers 10 bzw. der Lagerung beispielhaft, und ebenfalls nicht einschränkend, mehr als 100m/s oder aber die Umdrehungszahl der Welle 1 mehr als 100000min "1 betragen kann.
Das Kippsegmentlager 10 weist einen beispielhaft aus Stahl ausgebildeten Außenring 12 auf, wobei der Außenring 12 vorzugsweise durch Ablängen von einem Standardrohr mit Normmaßen oder ähnliches ausgebildet ist und sich senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 erstreckt. Insbesondere handelt es sich bei dem Außenring 12 um einen Zylinderabschnitt 14 mit einer Längsachse 3, die im Einbauzustand der Welle 1 mit der Drehachse 2 der Welle 1 fluchtet.
Der Außenring 12 weist in Umfangsrichtung betrachtet einen konstanten
Innendurchmesser D, sowie einen konstanten Außendurchmesser D a auf. Eine Innenfläche 16 des Außenrings 12 bildet einen Anlagebereich für im
Ausführungsbeispiel sichelförmige Kippsegmente 18 aus. In der Darstellung der Fig. 1 ist aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit lediglich ein einziges Kippsegment 18 dargestellt. Üblicherweise finden bei derartigen
Kippsegmentlagern 10 jedoch mehrere derartige Kippsegmente 18,
beispielsweise drei oder vier identisch ausgebildete Kippsegmente 18
Verwendung, die in Umfangsrichtung des Außenrings 12 betrachtet
vorzugsweise in gleichmäßigen Winkelabständen um die Längsachse 3 angeordnet sind.
Das beispielhaft ebenfalls aus Stahl bestehende Kippsegment 18 weist, ausgehend von der Längsachse 3, auf der der Innenfläche 16 zugewandten Seite eine Außenfläche 20 mit einem Radius R a auf, wobei der Radius R a kleiner ist als Di 12. Weiterhin weist das Kippsegment 18 auf der der Welle 1
zugewandten Seite eine Lauffläche 22 auf, die als runde Lauffläche 22 mit einem Radius R, ausgebildet ist. Auch ist anhand der Fig. 1 erkennbar, dass der Radius r der Welle 1 kleiner ist als der Radius R, der Lauffläche 22. Aufgrund der beschriebenen Geometrien liegt die Welle 1 in einer senkrecht zur
Zeichenebene der Fig. 1 verlaufenden Richtung entlang einer Linie 24 an dem Kippsegment 18 an, während wiederum das Kippsegment 18 entlang einer Wälzlinie 26 an der Innenfläche 16 des Außenrings 12 anliegt, und wobei das Kippsegment 18 um die Wälzlinie 26 kippbar ist.
Sowohl der Außenring 12 als auch die Kippsegmente 18 des Kippsegmentlagers 10 stellen Bauteile des Kippsegmentlagers 10 dar. Im Nachfolgenden wird zunächst auf die Herstellung von Kippsegmenten 18 aus einem ringförmigen Rohteil 30 eingegangen. Hierzu wird zunächst auf die Fig. 2 verwiesen, in der das Rohteil 30 dargestellt ist, das an seinem Außenumfang 32 im Bereich dreier
Einspannstellen 33 bis 35, die in gleichmäßigen Winkelabständen um eine Längsachse 37 des Rohteils 30 angeordnet sind, in einer nicht dargestellten Spanneinrichtung eingespannt ist. Dadurch wirken im Bereich der
Einspannstellen 33 bis 35 radial in Richtung der Längsachse 37 wirkende Kräfte FR, die eine elastische Verformung des Rohteils 30 bewirken, indem die zwischen den Einspannstellen 33 bis 35 angeordneten Bereiche des Rohteils 30, in Bezug zur Längsachse 37 radial nach außen deformiert werden. In diesem Zustand des Rohteils 30 wird in dem Rohteil 30 eine (kreisrunde) Innenbohrung 38 erzeugt. Bevorzugt wird die Innenbohrung 38 zur Erzeugung der gewünschten Maßtoleranz geschliffen.
Nach dem Ausbilden der Innenbohrung 38 wird entsprechend der Darstellung der Fig. 3 das Rohteil 30 aus dem nicht dargestellten Spannwerkzeug entnommen, d.h., dass anschließend keine Radialkräfte FR an den Einspannstellen 33 bis 35 auf das Rohteil 30 wirken. Dies hat zur Folge, dass der Außenumfang 32 des Rohteils 30 wieder seine ursprüngliche runde Form einnimmt und gleichzeitig der
Bereich, in dem die Innenbohrung 38 ausgebildet wurde, nunmehr drei kreisbogenförmig ausgebildete Abschnitte 40 aufweist, deren Wandstärke w in Umfangsrichtung sich ändert, und die jeweils den Radius R,, bezogen auf eine Längsachse 41 des Rohteils 30, haben. Das Rohteil 30 bildet in diesem Zustand einen Kippsegmentring 42 aus, aus dem durch radiales Auftrennen im Bereich von Trennstellen 44, 45 beispielhaft drei Kippsegmente 18 erzeugt werden können.
In der Fig. 4 ist ein weiteres Kippsegmentlager 10a dargestellt, das sich von dem Kippsegmentlager 10 dadurch unterscheidet, dass die Kippsegmente 18a jeweils eine konstante Dicke d sowie einen konstanten Innenradius R, und einen konstanten Außenradius R a zur Ausbildung von Außenflächen 20a aufweisen. Weiterhin weist der Außenring 12a, in Analogie zum Außenring 12, einen kreisrunden Außenumfang auf. Die Innenfläche 16a des Außenrings 12a weist demgegenüber drei, jeweils einen Radius R aufweisende Abschnitte 47 bis 49 auf, die in Umfangsrichtung betrachtet an drei Übergangsstellen 50 unter Ausbildung von Knicken an der Innenseite aneinander anschließen. Die
Wandstärke w des Außenrings 12a ändert sich entlang der Abschnitte 47 bis 49. Weiterhin ist anhand der Fig. 6 erkennbar, dass ein derartiger Außenring 12a im
Bereich einer kreisrunden Aufnahmebohrung 52 eingesetzt bzw. unter
Ausbildung einer Presspassung angeordnet ist, und dass zwischen der
Aufnahmebohrung 52 und der Außenfläche 20a des Außenrings 12a drei, in gleichmäßigen Winkelabständen um ein Längsachse 46 angeordnete
Abflachungen 54 vorgesehen sind, in deren Bereich die Wandstärke w des
Außenrings 12a reduziert ist, wobei ein Minimum der Wandstärke w im Bereich der Wälzlinien 26a vorhanden ist. Dadurch ist zwischen den Abflachungen 54 und der Aufnahmebohrung 52 jeweils ein Spalt 56 zum Ausgleich thermischer Verformungen des Außenrings 12a ausgebildet.
Die Herstellung des soweit beschriebenen Außenrings 12a entspricht zumindest im Wesentlichen der Ausbildung des im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 beschriebenen Kippsegmentrings 42 zur Ausbildung der Kippsegmente 18 beim Kippsegmentlager 10. Das bedeutet, dass auch hier entsprechend der
Darstellung der Fig. 5 ein ringförmiges Rohteil 30a im Bereich dreier
Einspannstellen 33a bis 35a eingespannt und durch Kräfte FR elastisch deformiert wird. Anschließend wird eine Innenbohrung 38a erzeugt und die Einspannung des Rohteils 30a gelöst. Gegebenenfalls werden anschließend die Abflachungen 54 hergestellt.
Das soweit beschriebene Kippsegmentlager 10, 10a kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
Next Patent: BEAM SWEEP OR SCAN IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM