DE102011007560A1

DE102011007560A1 - Lageranordnung mit einem Isolierungselement

Info

Publication number: DE102011007560A1
Application number: DE201110007560
Authority: DE
Inventors: Knut Nitschke
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2012-10-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur um eine Achse drehbaren Lagerung eines Maschinenteils, umfassend einen Lagerring (5), und ein an dem Lagerring (5) angeordnetes Isolierungselement (6). Die Aufgabe, eine auch bei statischer Belastung robuste Lageranordnung anzugeben, die radiale und axiale Lasten gleichermaßen abfedern kann, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Isolierungselement (6) mindestens eine Lage eines die Achse mindestens zweimal umlaufenden Rohrkörpers (7) umfasst.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit einem Isolierungselement.
In der Praxis tritt bei drehbar gelagerten Maschinenteilen, insbesondere in Lager um eine Achse drehbar gelagerten Wellen, das Problem auf, Körperschall und Geräusche zu unterdrücken. Gerade Lagerringe von Wälz- oder Gleitlagern sind jedoch gute Schallleiter. Zur Unterdrückung von Körperschall bzw. Geräuschen sind Isolierungselemente bekannt, die an einem Lagerring des Lagers angeordnet sind. Die Isolierungselemente umfassen ein elastisches Element, dessen Federwirkung einstellbar ist und das Schwingungen nicht nur in radialer Richtung, bezogen auf die Achse der drehbaren Welle, sondern auch in axialer Richtung, also in einer Richtung parallel zu der Achse, unterdrücken soll. Dabei soll das Isolierungselement bei statischer Belastung, also beispielsweise bei einer stehenden Welle, robust sein.
Insbesondere Riemen, Zahnräder oder Ketten verursachen als bewegliche Teile Störgeräusche mit einem breitbandigen Frequenzspektrum, die als Körperschall über das Lager hinweg in den Lagersitz der Anschlusskonstruktion hin übertragen werden und als Geräusch störend empfunden werden. Eine Reduzierung der Amplitude oberhalb einer Resonanzfrequenz soll dabei eine Geräuschminderung sicherstellen.
DE 10 2005 012 083 A1 beschreibt eine Lageranordnung mit einer um eine Achse drehbaren Welle als Maschinenelement, die mittels eines Wälzlagers an einer Anschlusskonstruktion gelagert ist, wobei zwischen dem inneren Lagerring des Wälzlagers und der Welle ein Isolierungselement angeordnet ist, und wobei das Isolierungselement als elastischer, mit einer Flüssigkeit gefüllter Schlauch ausgebildet ist, der die Welle als Manschette umgibt und der mit den Stirnflächen des inneren Lagerrings bündig abschließt. Der Schlauch weist insbesondere bei statischer Belastung nur eine geringe Robustheit auf, weiter lässt sich der Anteil des Frequenzspektrums, der gedämpft wird, nur aufwendig einstellen.
DE 10 2005 006 210 A1 beschreibt eine Lageranordnung mit einer um eine Achse drehbar gelagerten Welle als Maschinenelement und einem als Wälzlager ausgebildeten Lager, wobei zwischen dem inneren Lagerring und der Welle ein Isolierungselement angeordnet ist, und wobei das Isolierungselement eine elastische Folie umfasst, in die Hartstoffpartikel eingelagert sind, die in Kontakt mit der Welle und dem inneren Lagerring stehen.
DE 10 2005 007 986 A1 beschreibt eine Lageranordnung mit einer um eine Achse drehbar gelagerten Welle als Maschinenteil und einen Lagerring eines als Wälzlager ausgebildeten Lagers, wobei zwischen dem äußeren Lagerring und einer Lageraufnahme ein Isolierungselement angeordnet ist, wobei das Isolierungselement einen Metallring umfasst, an dessen Seite ein Gewindegang vorgesehen ist.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine auch bei statischer Belastung robuste Lageranordnung anzugeben, die radiale und axiale Lasten gleichermaßen abfedern kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für die eingangs genannte Lageranordnung dadurch gelöst, dass das Isolierungselement mindestens eine Lage eines die Achse mindestens zweimal umlaufenden Rohrkörpers umfasst.
Der Rohrkörper dämpft Schwingungen, wobei der Durchmesser des Rohrkörpers bzw. die Anzahl der Windungen, mit denen der Rohrkörper die Achse umläuft, bzw. der Abstand benachbarter Windungen und die Anzahl der Lagen, mit denen der Rohrkörper um die Achse gewickelt ist, Parameter darstellen, mittels derer sich die Dämmeigenschaften des Isolierungselement einstellen lassen, so dass insbesondere Schallwellen oberhalb einer Resonanzfrequenz reflektiert werden. Der Rohrkörper aus einem elastischen Material unterdrückt aufgrund der elastischen Eigenschaften des Materials, das beispielsweise ein Kunststoff oder ein Metall sein kann, die Schallwellen und trägt zur Dämmung des Körperschalls bei.
Aufgrund der mindestens zwei Umläufe des Rohrkörpers um die Achse nimmt dieser nicht nur radiale Schwingungen auf, sondern aufgrund des Rollwiderstandes des Rohrkörpers auch axiale Schwingungen, die im wesentlichen parallel zu der Achse gerichtet sind. Der Rohrkörper kann eine einzige Lage umfassen, die um die Achse gewickelt ist, oder mehrere Lagen.
Der Rohrkörper kann als ein- oder mehrlagige Wendel ausgebildet sein, die als vorgefertigtes Bauteil auf den Lagerring aufgebracht ist, oder bei jeder Montage der Lageranordnung eigens aufgetragen werden.
Das Isolierungselement weist einen einfachen Aufbau auf, ist in seinen Dämmeigenschaften für Körperschall gut berechenbar und dimensionierbar sowie spielfrei und verschleißfrei. Das Isolierungselement lässt sich mit nur geringem Aufwand umsetzen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Rohrkörper einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist. Der kreisringförmige Querschnitt verformt sich unter Belastung zu einem Oval, wobei der Abstand benachbarter Windungen des Rohrkörpers einzustellen ermöglicht, wann benachbarte Ovale einander berühren und die Dämmwirkung für Schall deutlich zunimmt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Rohrkörper aus einem Kunststoff ausgebildet ist. Der Kunststoff lässt sich leicht zu einem langgestreckten Rohrkörper verarbeiten, der mehrfach, bei Bedarf auf mehrlagig, um den Lagerring bzw. das drehbar gelagerte Maschinenteil, speziell die Welle, gewickelt werden kann.
Alternativ zu einem Rohrkörper aus einem Kunststoff ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Rohrkörper aus einem Metall ausgebildet ist. Das Metall weist eine hohe Festigkeit sowie Verschleißfreiheit auf sowie eine im wesentlichen temperaturunabhängige Steifigkeit, was für die Dämmung von Schall günstig ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Rohrkörper eine Füllung insbesondere aus einem Elastomer aufweist. Die Füllung füllt einen Hohlraum in den Rohrkörper aus, so dass sich die mechanischen Dämpfungseigenschaften durch die Füllung einstellen lassen, wobei Schallenergie in beispielsweise Wärme umgewandelt wird und eine Dämpfung auftritt. Die Füllung kann ein Elastomer umfassen. Die Füllung kann auch ein Fluid oder ein Gas umfassen, dessen Druck veränderbar ist, so dass die Dämpfung kurzfristig gesteuert werden kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in Richtung der Achse benachbarte Windungen des Rohrkörpers einen Abstand voneinander einhalten, der geringer als der halbe Durchmesser des Querschnitts des Rohrkörpers ist.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ausschnittsweise einen schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lageranordnung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Lageranordnung, bei der ein Maschinenteil, nämlich eine Welle 1, um eine Achse drehbar an einer Anschlusskonstruktion, nämlich einer Lageraufnahme 2, gelagert ist. Die Lageranordnung umfasst ein Lager 3, das als Wälzlager ausgebildet ist, und dessen innerer Lagerring 4 drehfest an einer äußeren Mantelfläche der Welle 1 befestigt ist. Zwischen einem äußeren Lagerring 5 des Lagers 3 und der Lageraufnahme ist ein Isolierungselement 6 angeordnet, das den Zwischenraum zwischen der äußeren Mantelfläche des äußeren Lagerrings 5 und der auf die Welle 1 weisenden Fläche der Lageraufnahme 2 ausfüllt.
Das Isolierungselement 6 umfasst einen Rohrkörper 7, der als langes, hohlzylindrisches Rohr ausgebildet ist, wobei der Rohrkörper 7 aus einem elastischen Material, nämlich einem Kunststoff besteht. Der Rohrkörper 7 umläuft die Achse, um die die Welle 1 drehbar gelagert ist, mindestens zweimal, nämlich achtmal, also mit acht Windungen. Dabei ist der Rohrkörper 7 einlagig ausgebildet. Der Ringkörper 7 weist dabei einen kreisringförmigen Querschnitt auf, wobei die Wandstärke des Ringkörpers 7 ca. ein Viertel des äußeren Durchmessers des hohlzylindrischen Ringkörpers 7 beträgt. Zwei in Richtung der Achse benachbarte Windungen des Rohrkörpers 7, beispielsweise die mit den Bezugszeichen ,8' und ,9' ausgewiesenen Windungen, weisen einen Abstand von einander auf, so dass zwischen den Windungen ein axialer Spalt entsteht, wobei die Länge des Spaltes geringer ist als der halbe Durchmesser des hohlzylindrischen Rohrkörpers 7, insbesondere beträgt die Länge des axialen Spaltes nur ca. ein Viertel des äußeren Durchmessers des hohlzylindrischen Ringkörpers 7 und entspricht im wesentlichen der Wandstärke des Ringkörpers 7.
Bei radial wirkenden Belastungen verformt sich der Ringkörper 7 derart, dass der Querschnitt im wesentlichen oval wird, wobei bei höheren Belastungen benachbarte Windungen des Ringkörpers 7 in Kontakt kommen und ein Widerstand gegen eine weitere elastische Verformung des Ringkörpers 7 entsteht. Gegenüber axialen Belastungen, die parallel zu der Achse wirken, um die die Welle 1 drehbar gelagert ist, bewirken die Windungen des Ringkörpers 7 einen Rollwiderstand, so dass der Ringkörper 7 axial fixiert bleibt und axiale Schwingungen gedämpft werden.
Der Ringkörper 7 des Isolierungselement 6 ist als im wesentlichen formstabile Spule ausgebildet, die bei der Montage des Lagers 3 auf die äußere Mantelfläche des äußeren Lagerrings 5 geschoben wird und dort reibschlüssig bzw. kraftschlüssig vorfixiert ist.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war der Ringkörper 7 als hohlzylindrischer Körper ausgebildet, der einen Hohlraum 10 umschließt. Es versteht sich, dass der Hohlraum 10 eine Füllung aufweisen kann, beispielsweise aus einem Elastomer, einer Flüssigkeit oder einem Gas, so dass sich die mechanischen Dämpfungseigenschaften des Rohrkörpers 7 durch die Füllung beeinflussen und einstellen lassen können.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war der Ringkörper 7 als eine einzige Lage ausgebildet, die die Achse der Welle 1 achtmal umläuft. Es versteht sich, dass der Ringkörper 7 mehrlagig ausgebildet sein kann, beispielsweise kann eine zweite Lage vorgesehen sein, deren Windungen in den Zwickeln der ersten Lage vorgesehen sind, wobei die zweite Lage die Achse, um die die Welle 1 drehbar gelagert ist, siebenmal umläuft.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war das Isolierungselement 6 zwischen dem äußeren Lagerring 5 und der Lageraufnahme 2 vorgesehen. Es versteht sich, dass das Isolierungselement 6 mit dem Ringkörper 7 auch zwischen der Welle 1 und dem inneren Lagerring 4 vorgesehen sein kann.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, bei dem der Ringkörper 7 aus einem Kunststoff ausgebildet war. Es versteht sich, dass der Ringkörper 7 auch aus einem Metall ausgebildet sein kann, wobei das Metall gegenüber dem Kunststoff eine höhere Festigkeit und Verschleißfreiheit sowie eine temperaturunabhängige Steifigkeit aufweist, so dass die Dämmeigenschaften verbessert werden. Der Ringkörper aus Metall kann einen Hohlraum umschließen, in dem eine Füllung, beispielsweise ein Elastomer, bewirkt, dass Schallenergie dissipiert, also beispielsweise in Reibungsenergie oder in Wärme umgewandelt wird, so dass der Körperschall zusätzlich gedämpft wird.
Bezugszeichenliste

1: Welle
2: Lageraufnahme
3: Lager
4: innerer Lagerring
5: äußerer Lagerring
6: Isolierungselement
7: Rohrkörper
8: Windung
9: Windung
10: Hohlraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005012083 A1 [0004]
DE 102005006210 A1 [0005]
DE 102005007986 A1 [0006]

Claims

Lageranordnung zur um eine Achse drehbaren Lagerung eines Maschinenteils, umfassend einen Lagerring (5), und ein an dem Lagerring (5) angeordnetes Isolierungselement (6), dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierungselement (6) mindestens eine Lage eines die Achse mindestens zweimal umlaufenden Rohrkörpers (7) umfasst.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (7) einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (7) aus einem Kunststoff ausgebildet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (7) aus einem Metall ausgebildet ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper eine Füllung insbesondere aus einem Elastomer aufweist
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Achse benachbarte Windungen (8, 9) des Rohrkörpers (7) einen Abstand voneinander einhalten, der geringer als der halbe Durchmesser des Querschnitts des Rohrkörpers (7) ist.