DE3018091C2 - Spielfreie Wellenlagerung für einen Kreiselläufer und Verfahren für ihre Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine spielfreie Welienlagerung für einen Kreiselläufcr gemäß den Ansprüchen 1 und 2 sowie ein Verfahren für deren Herstellung ecmäß Anspruch 4.

Eine derartige Weilenlagerung ist aus der DE-OS 19 62 878 bekannt. Dort sind zwei gieichachsige Wälzkörperkränze vorgesehen, deren axiale Vorspannung einstellbar ist, wobei die Außenlaufflächen der Kränze von ein und derselben Buchse gebildet werden, während eine der Imienlaufflächen von der Welle, die andere hingegen von einem Innenlaufring gebildet wird. Die Buchse wird dabei durch zwei sich gegenüberstehende rotations-symmetrische Teile sowie den Kreiselrotor

ίο selbst gebildet Die Außenflächen dieser Teile werden mit dem Rotor durch Verkleben des Zwischenspalles verbunden. Die einmal eingestellte Vorspannung hängt somit von den Eigenschaften der Klebstelle ab. Thermische, Witterungs- oder Alterungseinflüsse wirken sich auf diese Kiebstelle und damit auf die Vorspannung aus. Dies verschlechtert die Lagerung, was sich bei Kreisel-Hochpräzisionslagern sehr nachteilig auswirkt, insbesondere auf die Meßgenauigkeit des Sensors. Auch die Anzahl der Fügestellen und dadurch bedingte Montagcungenauigkeiten sowie -fehler sind bei einer derartigen Anordnung unvermeidlich.

Aus Hildebrandt, Feinmechanische Bauelemente, München 1072, Seiten 452 bis 454, ist eine Wälzkörper-Axialführung ohne axiale Begrenzung bekannt. Durch eine Wahl der Abmcsung ist nur eine einzige radiale Dimensionierung der Vorspannung, nicht jedoch eine Einstellung der Vorspannung möglich. Eine sowohl axial als auch radial exakt definierte präzise Führung einer Welle ist nicht vorgesehen.

In Richter-Voss, Bauelemente der Feinmechanik, Berlin 1964, Seiten 238 bis 240 sowie Bild 35.7 bis Bild 35.9, ist ein Einbaubeispiei für ein handelsübliches genormtes Wälzlager dargestellt. Hier ist eine Welle mit einem Festlager und einem Loslager vorgesehen. Eine axiale Vorspannung kann dabei beliebig eingestellt wefden.

Die Verschiebung des innenlaufrings kann damit bei entsprechender Verschraubung nur -cih einer erheblich höheren Axialkraft erfolgen, als sie im Betrieb auftritt.

Aus der US-PS 34 49 962 ist ebenfalls der Einsatz eines Wälzlagers bekannt, der im Falle der Lagerung eines Kreiselrotors eine beliebige Einstellbarkeit der axialen Vorspannung gestattet.

Insbesondere bei Kreiselkompassen und anderen Kreiselgeräten, bei denen die Antriebswelle im Gestell gelagert und mit dem Kreiselläufer durch ein dynamisch abgestimmtes Universalfedergelenk allseitig kippbar aber drehfest gekuppelt ist, kommt es für die Genauigkeit der Wirkungsweise entscheidend darauf an, daß diese Antriebswelle spielfrei, aber reibungsarm derart gelagert ist, daß auch bei Fertigung in größeren Serien

eine genaue Übereinstimmung der Wellenlagerung bei den einzelnen Geräten der Serie hinsichtlich der Leichtgängigkeit und der Spielfreiheit gewährleistet ist.

Je größer die Zahl der Einzelteile der Wellenlagerung ist, um so größer ist die Gefahr, daß sich Ungenauigkeiten der Einzelteile bei deren Zusammenbau addieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die spielfreie Wellenlagerung gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 sowie das Verfahren zu ihret Hcrstellung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 4 so auszubilden, daß eine erheblich höhere Genauigkeit der Lagerung über eine lange Lebensdauer hinweg erzielt wird, und wobei gleichzeitig die Anzahl der Teile verringert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens der Ansprüche 1, 2 oder 4 gelöst. In den Unteransprüchen sind weitere Ausgcsinltungen der Erfindung unter Schutz gestellt.

In der Zeichnung sind Beispiele der spielfreien Wellenlagerung für einen Kreiselläufer veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Kreiselgerät, bei dem der Kreiselläufer mit der im Gestell durch die spielfreie Wellenlagerung gelagerten motorisch angetriebenen Welle durch ein Universalfedergelenk allseitig kippbar aber drehfest gekuppelt ist, und

Fig.2 eine abgeänderte Ausführungsform der in F i g. T gezeigten Wellenlagerung.

Ein Zentralkörper 10 mit waagerechter Achse umgibt und trägt den Ständer 12 «nes Elektromotors, dessen Läufer 14 an dem einen Ende einer Welle 16 befestigt ist, die durch die nachstehend beschriebene Wellenlagerung in einer axialen Bohrung 18 des Zentralkörpers gelagert ist, und deren oberer Abschnitt 20 aus der axialen Bohrung 18 herausragt und dort durch ein Universalfedergelenk 22 bekannter Bauart (z.B. DE-PS 26 26 SOO) mit dem Kreiseüäufer 24 abseitig kippbar aber drehfest gekuppelt ist. Die gegenseitigen Kippbewegungen des Kreiselläufers 24 zur Welle 20 um Kardanachsen, die rechtwinklig zueinander in einem Punkt die Achse der Motorwelie 16, 20 schneiden, werden durch eine Abgriffeinheit 26 abgefohlt.

Die Kreisellagerung weist zwei gleichachsige Kränze von Lagerkugeln 30 und 31 auf, die etwa den gleichen Durchmesser haben. Die beiden Außenlaufflächen, auf denen die Kugeln dieser beiden Kränze laufen, werden von ein und derselben einstückigen Buchse 32 gebildet, die in der Bohrung 18 des Zentralkörpers gehaltert ist und dort die Welle 16 umgibt.

Die eine der Innenflaufflächen der Kugelkränze, nämlich die Innenlauffläche 34 der Kugeln 30, wird von der Welle 16 gebildet, wohingegen die andere Innenlauffläche, auf der die Kugeln 31 laufen, von einem Innenlaufring 36 gebildet wird, der auf der Welle 16 sitzt. Dabei ist die Passung des lnnenlaufringes 36 auf der Welle 16 so bemessen, daß äie eine Verschiebung des lnnenlaufringes 36 auf der Welle nur durch eine hohe Axialkraft gestattet, die erheblich größer bemessen ist als die Axialkraft. die im Betrieb durch die Wellenlagerung zu übertragen ist. Auch bewirkt diese Passung beim Zusammenbau, d. h. beim Aufschieben des lnnenlaufringes 36 auf die Welle 16, daß die Teile sich nur elastisch verformen und keine bleibende plastische Verformung erfahren.

Auf diese Weise ist erreicht, daß die Lagerung zwar gut montiert ist, aber außer Jer Welle 16, der Buchse 32 und den Lagerkugeln nur noch den Innenlaufring 36 erfordert, also aus sehr wenigen Teilen besteht. An dem Inncnlaufring 36 sind Maßnahmen vorgesehen, die es ermöglichen, den Innenlaufring 36 nach einer Demontage jeweils wieder in derselben Winkelstellung auf die Welle aufzubringen, z. B. sind die Innenlauffläche des lnnenlaufringes 36 und die diesen Ring tragende Außenfläche der Welle 16 unrund profiliert, derart, daß der Innenlaufring 36 auf die Welle 16 nur in einer bestimmten Winkellage aufgebracht werden kann, oder zumindest zweckentsprechend markiert.

Nach dem Fügen des Laufringes 36 auf die Welle 16 werden an dem auf diese Weise entstandenen Werkstück die beiden Innenlaufflächen, d. h. die Fläche 34 und die Außenfläche des S^;nges 36 in einer und derselben Einspannung fertiggestellt, insbesondere geschliffen. Auf diese Weise wird genaue Gleichachsigkeit der beiden Flächen erzielt. Nach der Herstellung der Laufflächen wird der Laufring 36 von der Welle 16 wieder getrennt, um die Montage eier Lagerung zu ermöglichen. Im Zuge der Montage wird der Laufring 36 in derselben Winkelstellung wieder auf die Welle 16 gefügt in der die Herstellung der Laufflächen stattgefunden hat Damit ist erreicht, daß die montierte Lagerung ähnlieh gute Eigenschaften hat wie eine solche bei der die beiden innenlaufflächen direkt auf die Welle 16 gearbeitet sind.

Die in F Ί g. 2 gezeigte Ausführungsform der Wellenlagerung stimmt mit derjenigen der F i g. 1 darin überein, daß außer der Buchse 32, der Welle 16 und den Kugeln 30, 31 nur ein zusätzlicher Laufring 236 erforderlich ist. Im Gegensatz zu F i g. 1 sitzt dieser Laufring aber nicht auf der Welle 16 sondern in der Buchse 32. Daher werden in diesem Falle die Innenlaufflächen der Kugelkränze 30,31 von ein und derselben einstückigen Welle 16 gebildet, während eine der Außenlaufflächen von der Buchse 32 die andere hingegen von dem Außenlaufring 236 gebildet wird. Was für die Passung des Ringes 36 auf der Welle 16 ausgeführt wu»Je, gut auch für die Passung des Ringes 236 in der Buchse 32.

Vorzugsweise ist die einstückige Buchse 32 mit Aussparungen solcher Gestalt versehen, daß dadurch ihre Steifheit vorwiegend in axialer Richtung verringert wird. Bei diesen Aussparungen kann es sich beispielsweise um einzelne getrennte einander überlappende und in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze handeln. Der zwischen diesen Schlitzen befindliche Werkstoff der Buchse 32 bildet dann Stege, die sich beim Aufpressen der Innenlaufringe 36 auf die Welle 16 in axialer Richtung elastisch verbiegen und dadurch die Buchse 32 elastisch verkürzen. Nach dem Zusammenbau sucht sich daher die Buchse 32 in Achsenrichtung auszudehnen und übt daher eine axiale Vorspannung auf die Wellenlagerung aus, durch welche völlige Spielfreiheit zwisehen den Kugelkränzen und den Laufflächen gewährleistet ist.

Handelt es sich bei dem Universalfedergelenk um eine einstückige Bauart, bei welcher der den Kreiselläufer 24 tragende Teil, der die Welle 16,20 tragende Teil und der mit diesen um die Kardanachsen kippbar verbundene Teil aus einem einzigen Stück bestehen, das durch Aussparungen entsprechend biegsam gemacht ist, dann besteht vorzugsweise die Welle 16, 20 aus einem Stück mit den Elementen des Gelenks 22.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Spielfreie Wellenlagerung für einen Kreiselläufer mit zwei gleichachsigen Wälzkörperkränzen, deren axiale Vorspannung einstellbar ist, wobei die Außenlaufflächen der Kränze (30,31) von ein und derselben Buchse (32) gebildet werden, während eine (34) der Innenlaufflächen von der Welle (16,20), die andere hingegen von einem Innenlaufring (36) gebildet, dadurch gekennzeichnet,

a) daß der Innenlaufring (36) auf der Welle (1, 6, 20) mit einer Passung sitzt, die

aa) eine Verschiebung nur durch hohe Axialkraft gestattet, welche die im Betrieb durch die Wellenlagerung zu übertragende axiale Kraft erheblich überschreitet, und

ab) nur eine elastische Verformung der Teile bewirkt,

b) die Buchse (32) einstückig ausgebildet ist

2. Spielfreie Wellenlagerung für einen Kreiselläufer mit zwei gleichachsigen Wälzkörperkränzen, deren axiale Vorspannung einstellbar ist, wobei die Innenlauffläche der Kränze (30,31) von ein und derselben einstückigen Welle (16) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet,

daß eine der Außenlaufflächen von einer Buchse (32), die andere hingegen von einem Außenlaufring (236) gebildet wird, der in der Wichse (32) mit einer Passung sitzt, die

a) eine Verschiebung nur durc. eine hohe Axialkraft gestattet, welche die im Betrieb durch die Wellenlagerung zu übertragende axiale Kraft erheblich überschreitet und

b) nur eine elastische Verformung der Teile bewirkt.

3. Wellenlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückige Buchse (32) mit Aussparungen solcher Gestalt versehen ist. daß dadurch die Steifheit vorwiegend in axialer Richtung verringert wird.

4. Verfahren zum Herstellen der Wellenlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Fügen des Laufringes (36) auf die Welle bzw. des Laufringes (236) in die Buchse in einer bestimmten Winkellage an dem auf diese Weise entstandenen Werkstück die beiden Innenlaufflächen bzw. Außenlaufflächen in einer und derselben Einspannung fertiggestellt werden, der Laufring 36 bzw. 236 zur Montage der Lagerung von der Welle 16 bzw. der Buchse 32 nach der Bearbeitung der Laufflächen gelöst und bei der Montage der Lagerung in derselben bestimmten Winkellage wieder gefügt wird.

5. Wellenlagerung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb des Kreiselläufers unter Zwischenschaltung eines einstückigen Universalfedergelenks (22) die Welle (16, 20) aus einem Stück mit den Elementen des Gelenks (22) besteht.