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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lageranordnung. Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf ein Lager, welches in Schiffsantrieben Anwendung
findet, beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die
erfindungsgemäße Lageranordnung
auch in anderen Einsatzgebieten zur Anwendung kommen kann und insbesondere
auch bei anderen Festlagerstellen.
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Derartige
Lagereinheiten in Schiffsantrieben sind aus dem Stand der Technik
bekannt. Dabei ist es üblicherweise
nötig,
im Falle eines Drucklagerwechsels vor Ort die gesamte Anlage zu
zerlegen. Dabei muss jedes Lager der Lageranordnung separat montiert
und demontiert werden, was zu einer Montagedauer von mehreren Tagen
führt.
Diese Art der Montage und Demontage ist zeitlich sehr aufwändig und damit
auch sehr kostenintensiv.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung
zur Verfügung
zu stellen, die unter im Vergleich zum Stand der Technik geringeren
Zeitaufwand einen kompletten Drucklagerwechsel erlaubt. Insbesondere
sollen eine schnelle und leichte Montage und Demontage der Drucklagereinheit
vor Ort ermöglicht
werden. Daneben soll die erfindungsgemäße Lageranordnung auch eine Übertragung
der Betriebskräfte
und Momente erlauben. In bevorzugten Ausführungsformen soll die Lageranordnung
in einer kompakten Bauweise mit wenigen Wälzlagern ausgeführt und
auch unempfindlich gegenüber
Schocklasten sein.
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Dies
wird erfindungsgemäß durch
eine Lageranordnung nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Es
wird jedoch darauf hingewiesen, dass nicht alle Vorteile mit den
Gegenständen
aller Unteransprüche
gleichermaßen
erreicht werden.
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Die
erfindungsgemäße Lageranordnung weist
wenigstens einen Außenring
und einen Innenring auf sowie eine Vielzahl von zwischen dem Außenring
und dem Innenring angeordneten Wälzkörpern. Erfindungsgemäß ist innerhalb
des Innenrings eine Außenhülse vorgesehen,
an der der Innenring drehfest angeordnet ist und diese Außenhülse weist eine
im Wesentlichen konische Innenoberfläche auf.
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Unter
einer Anordnung innerhalb des Innenrings wird verstanden, dass der
Innenring die Außenhülse im Wesentlichen
vollständig
umgibt. Durch die konische Oberfläche wird erreicht, dass die
Lageranordnung vollständig,
dass heißt
im bereits zusammenmontierten Zustand auf eine Welle mit beispielsweise
kegeligen Außendurchmesser
aufgeschoben werden kann. Genauer gesagt wird die Lageranordnung
mit der Hülse
mit kegeligem bzw. konischem Innendurchmesser auf eine kegelige
Welle mittels Hydraulikverfahren mit einer Mydraulikmutter gepresst und
damit dauerhaft kraftflüssige Verbindung
zwischen der Lageranordnung und der Welle erreicht. Dabei sind auf
der erfindungsgemäßen Außenhülse bereits
die Wälzlager
sowie die übrigen
Bauteile der Einheit wie beispielsweise die Distanzringe und Dichtungen
angeordnet.
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Damit
ist während
des Montagevorganges zwischen der Welle und der Außenhülse die
komplette Drucklagereinheit bereits montiert. Es wird während des
Aufschiebevorgangs damit die gesamte Drucklagereinheit auf die konische
Welle geschoben, positioniert und festgesetzt. Das Aufschieben der
Lageranordnung auf die Welle kann dabei mittels Hydraulikverfahren
mit einer Hydraulikmutter oder mechanisch erfolgen. Ein weiterer
Vorteil liegt in dem bezüglich
dem Stand der Technik reduzierten Gewicht der Lageranordnung.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform weist
die Außenhülse eine
zylinderförmige
Außenoberfläche auf.
Bei dieser Ausführungsform
kann auch der Innenring, der mit der Außenhülse kraftschlüssig verbunden
ist, eine im Wesentlichen zylinderförmige Innenoberfläche aufweisen.
Es ist jedoch auch möglich,
dass die Außenhülse eine
anders geartete Außenoberfläche aufweist,
beispielsweise eine abgestufte Außenoberfläche und auf dieser Außenoberfläche Innenringe
mit unterschiedlichen Innenringdurchmessern angeordnet sind.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist die Innenoberfläche
der Außenhülse wenigstens
abschnittsweise vergütet
oder wenigstens abschnittsweise beschichtet. Bei dieser Ausführungsform
wird ein Aufschieben der Außenhülse auf
die Welle erleichtert. Es wäre
auch möglich,
die vollständige
Innenoberfläche
der Außenhülse zu beschichten
beziehungsweise umgekehrt die Welle, auf die die Außenhülse aufgepresst
wird.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Außenhülse wenigstens
eine in der axialen Richtung der Lageranordnung verlaufende Bohrung
auf. Mittels dieser Bohrung kann die Außenhülse an der Welle gesichert
werden. Bevorzugt ist die Konizität der Innenoberfläche der
Außenhülse an die
Konizität
der Welle angepasst.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Lagerordnung eine innerhalb der Außenhülse angeordnete Innenhülse auf,
wobei die Innenhülse
eine im Wesentlichen zylindrische Innenoberfläche und eine konische Außenoberfläche aufweist.
Diese Ausführungsform
ist für
solche Fälle geeignet,
bei denen die Welle, auf welche die Lageranordnung aufgeschoben
wird, ein zylinderförmiges Profil
und nicht, wie im oben genannten Beispiel, ein konisches Profil
aufweist.
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Es
ist jedoch auch möglich,
dass die Innenhülse
eine anders geformte Innenoberfläche
aufweist, je nachdem, wie die Gestalt der Welle beschaffen ist.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die konische Außenoberfläche der
Innenhülse
und die konische Innenoberfläche
der Außenhülse aneinander
angepasst. Darunter ist zu verstehen, dass die jeweiligen Kegelwinkel
der aufeinander gepressten Hülsen
aneinander angepasst sind, um auf diese Weise in besonders günstiger Weise
eine kraftschlüssige
Verbindung zwischen der Innenhülse
und der Außenhülse zu erreichen.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Lageranordnung mehrere Außenringe und mehrere Innenringe
auf. Damit ist es auch möglich,
dass die Lageranordnung mehrere, beispielsweise zwei oder drei,
Lager aufweist. Bei einer Ausführungsform
ist es möglich,
seitlich zwei Axialpendelrollenlager vorzusehen und zwischen diesen
beiden Axialenpendelrollenlagern ein Radialpendelrollenlager.
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Die
vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Bauanordnung mit einer
Lagerordnung der oben beschriebenen Art gerichtet, welche eine innerhalb der
Außenhülse angeordnete
Welle aufweist. Dabei weist die Welle bevorzugt eine zylindrische
oder konische Außenoberfläche auf.
Je nach der Beschaffenheit der Welle wird auch die Innenoberfläche der Außenhülse angepasst.
Auch bei dieser Ausführungsform
ist die Konizität
der Welle an die Konizität der
an dieser Welle anliegenden Außenhülse angepasst.
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Vorzugsweise
weist auch die Welle wenigstens eine in der Längsrichtung der Lageranordnung verlaufende
Bohrung auf. In Zusammenwirkung dieser Bohrung und der Bohrung in
der Außenhülse kann
eine kraftflüssige
Verbindung zwischen der Außenhülse und
der Welle erreicht werden. So ist es möglich, dass in der Welle eine
Vielzahl von Bohrungen vorgesehen ist und ebenfalls in der Außenhülse eine
weitere Vielzahl von Bohrungen angeordnet ist. Auf diese Weise kann
eine dauerhaft kraftflüssige Verbindung
sowohl durch die ineinander greifenden konischen Abschnitte als
auch durch die jeweiligen Bohrungsverbindungen erreicht werden.
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Vorzugsweise
weist die Bauanordnung einen Verbindungsring auf, um die Außenhülse im Wesentlichen
drehfest und kraftschlüssig
mit der Welle zu verbinden.
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Die
vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zur Montage
einer Lagerordnung der oben beschriebenen Art gerichtet, wobei die
Außenhülse in Längsrichtung
der Lageranordnung auf die Welle gepresst wird und wobei vor dem
Aufpressen der Außenhülse die
Lageranordnung bereits auf der Außenhülse montiert wurde. Durch das
erfindungsgemäße Verfahren
können
ebenfalls die Montagekosten vor Ort herabgesetzt werden, da wie
gesagt, die Lagerordnung bereits fertig montiert auf die Welle aufgeschoben
wird und daher keine weitere Montage der Lageranordnung vor Ort
nötig ist.
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Vorzugsweise
wird die Lageranordnung auf eine Welle mit einer konischen Außenoberfläche gepresst.
Bei dieser Ausführungsform
weist die Lageranordnung, wie oben ausgeführt, eine Außenhülse mit konischem
Innenquerschnitt auf.
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Vorzugsweise
wird die Lageranordnung mit der Welle verschraubt. Zwar wird bereits
durch die aufeinander gepressten konischen Abschnitte ein kraftschlüssiger Halt
erreicht, es ist jedoch zusätzlich auch
möglich,
die Außenhülse und
damit die Lageranordnung mit der Welle zu verschrauben.
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Vorzugsweise
wird die Lageranordnung auf eine Innenhülse mit einer konischen Außenoberfläche gepresst.
Diese Ausführungsform
ist insbesondere dann geeignet, wenn die Welle ein zylindrisches oder
anderes geartetes bzw. allgemein ein nicht konisches Profil aufweist.
In diesem Fall wird eine Innenhülse
zunächst
mit der Welle verbunden und auf diese Innenhülse die Außenhülse mit der Lageranordnung
aufgesteckt.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den beigefügten
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Zeichnungen:
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Darin
zeigen:
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1 eine
Lageranordnung nach dem Stand der Technik;
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2 eine
erfindungsgemäße Lageranordnung
in einer ersten Ausführungsform
und
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3 eine
erfindungsgemäße Lageranordnung
in einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt
eine Lageranordnung 1 bzw. ein Drucklager nach dem Stand
der Technik, die auf einer Welle 10 montiert ist. Zur Montage
dieser Lageranordnung nach dem Stand der Technik wird in einem ersten
Verfahrensschritt die Welle 10 um 90° gedreht und auf das Flanschteil 10a aufgestellt.
Anschließend
wird die Lageranordnung 1 auf der Welle in einer Vielzahl
von Einzelschritten montiert. Genauer gesagt wird die Lageranordnung
in 1 von rechts nach links montiert, dass heißt, zunächst das rechte
Lager 22, anschließend
das Lager 21 und im Anschluss das linke Lager 22.
Dieser Aufbau nach dem Stand der Technik ist ein langwieriger Prozess, der
mehrere Tage vor Ort in Anspruch nimmt.
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2 zeigt
eine Teildarstellung einer erfindungsgemäßen Lagerordnung 1 in
einer ersten Ausführungsform.
Bei dieser Ausführungsform
wird die Lageranordnung 1 auf eine Welle mit konischen Querschnitt
bzw. einer konischen Außenoberfläche 10d montiert.
Dabei werden zunächst
die Welle 10 und die Lageranordnung 1 getrennt
und jeweils vollständig
gefertigt. Das konische Profil der Welle ist in 2 übertrieben
dargestellt. In aufwendigen Untersuchungen hat sich ein Verhältnis der
Verjüngung Δ X zur Länge L zwischen
1:20 und 1:80, bevorzugt zwischen 1:40 und 1:60 und besonders bevorzugt
im Bereich von 1:50, als besonders günstig erwiesen um einen kraftschlüssigen Halt
zwischen der Welle 10 und der Außenhülse 5 zu bewirken.
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Die
Lageranordnung 1 weist bei dieser Ausführungsform zwei Axialpendelrollenlager 20 auf. Diese
sind jeweils unter einem Winkel von 45° gegenüber der Längsrichtung L angeordnet. Zwischen diesen
Axialpendelrollenlagern 20 ist ein Radialpendelrollenlager 21 vorgesehen,
welches hier zweireihig ausgeführt
ist. Die Axialpendelrollenlager 20 dienen zu Aufnahme insbesondere
von Axialkräften. Das
Radialpendelrollenlager 21 dient zur Aufnahme von Radialkräften.
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Das
Bezugszeichen 6 bezieht sich auf Abstandsbuchsen, die die
einzelnen Lager 20, 21 in axialer Richtung fixieren.
Die beiden Axialpendelrollenlager 20 sind so angeordnet,
dass sich deren jeweilige radiale Richtung in der Mitte des Lagers
schneiden, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet. Dadurch
wird erreicht, dass das Lagergehäuse 14 um
einen gewissen Winkel gegenüber
der Welle schwenkbar ist, und auf diese Weise ergibt sich eine zwangsfreie
Winkeleinstellbarkeit.
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Bei
der Montage wird die Außenhülse 5 der Lageranordnung 1,
welche wie oben gesagt, eine kegelige Innenoberfläche 7 aufweist,
auf die Welle 10 gepresst. Bereits dieser Presssitz würde ausreichen, um
einen dauerhaft stabilen Halt der Außenhülse 5 und damit der
Lageranordnung 1, die bereits gegenüber der Außenhülse 5 vormontiert
ist, zu erreichen. Gleichwohl wird die Hülse 7 mit einem Befestigungsring 18 an
der Stirnseite 10b der Welle 10 befestigt. Genauer
gesagt weist dieser Befestigungsring 18 zwei Bohrungen
auf, durch welche hindurch Schraubkörper 11 geführt werden
und auf diese Weise der Ring 18 sowohl an der Hülse 5,
als auch an der Welle 10 arretiert wird. Das Bezugszeichen 19 bezieht
sich auf eine Bohrung in der Welle 10, "Bezugszeichen 19" auf die in der Hülse 5.
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Das
Bezugszeichen 9 bezieht sich auf einen Passring, der zwischen
dem Befestigungsring 18 und der Welle 10 angeordnet
ist. Das Bezugszeichen 16 bezieht sich auf eine Ausnehmung
in dem Befestigungsring 18, um die Schrauben einzusenken.
Die Lageranordnung 1 wird mit einem Deckel 15 abgedeckt.
In dem Bereich zwischen dem Deckel 15 und der Welle 10 ist Öl vorgesehen.
Die Bezugszeichen 2 beziehen sich auf die Außenringe
der jeweiligen Lager 20, 21 und die Bezugszeichen 3 auf
die entsprechenden Innenringe.
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Bei
der in 2 gezeigten Ausführungsform werden die Außenringe 2 der
Axialpendellager 20 lediglich in axialer Richtung mittels
Federn 22 gegenüber
den Wälzkörpern 25 und
damit den Innenringen 3 vorgespannt. Das Bezugszeichen 13 bezieht
sich auf einen Toleranzring. Oberhalb des Außenrings 2 des Radialpendelrollenlagers
ist ein Abstandsring 27 vorgesehen. Dieser Abstandsring 27 kann
eine Beschichtung aus einem stromisolierenden Material, beispielsweise
PEEK, aufweisen. Das Bezugszeichen 17 bezieht sich auf
einen Sicherungsring, welches mittels einer Schraubverbindung 24 mit
einem Lagergehäuse 14 verbunden
ist.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lageranordnung 1.
Der wesentliche Unterschied dieser Lageranordnung im Vergleich zu
der in 2 gezeigten Lageranordnung besteht hier darin,
dass in diesem Fall die Welle kein konisches Profil, sondern ein
zylindrisches Profil bzw. eine zylindrische Außenoberfläche 10d aufweist.
Daher ist bei dieser Ausführungsform
eine zusätzliche Innenhülse 8 vorgesehen,
welche an ihrem Innenumfang zylinderförmig ausgebildet wird und an
ihrem Außenumfang
kegelförmig.
Bei der Montage dieser Lageranordnung wird zunächst die Innenhülse auf der
Welle 10 angeordnet. Anschließend wird, ähnlich wie bei der obigen Ausführung, die
Lagerbauanordnung 1 auf die Innenhülse 8 aufgeschoben.
Auch hier wird ein Presssitz zwischen der Innenhülse 8 und der Außenhülse 5 erreicht.
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Wie
eingangs erwähnt,
kann an denjenigen Oberflächen,
die aufeinander aufgeschoben werden, dass heißt hier der Innenfläche 7 der
Außenhülse 5 und
der Außenfläche 12 der
Innenhülse 8 eine
Beschichtung vorgesehen sein, um das Aufschieben zu erleichtern.
Bevorzugt sind die Innenhülse
und die Außenhülse beziehungsweise
im Falle von 1 die Außenhülse und die Welle aus unterschiedlichen Stählen gefertigt,
um die Aufschiebbarkeit zu verbessern.
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Grundsätzlich kann
die in 3 gezeigte Ausführungsform der Lageranordnung
auch für
Wellen angewandt werden, die weder ein zylindrisches noch eine kegelförmigen Außenoberflächenumfang aufweisen.
Entscheidend ist in diesem Fall, dass die dann vorzusehende Innenhülse ein
konisches Außenprofil
aufweist.
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Der
Fachmann erkennt ferner, dass die erfindungsgemäße Lageranordnung nicht nur
auf Wellen in Schiffen Anwendung finden kann, sondern auch auf andere
Wellenlagerungen.
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Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem
Stand der Technik neu sind.
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- 1
- Lageranordnung
- 2
- Außenring
- 3
- Innenring
- 5
- Außenhülse
- 6
- Abstandsbuchsen
- 7
- konische
Oberfläche
der Außenhülse 5
- 8
- Innenhülse
- 9
- Passring
- 10
- Welle
- 10a
- Flanschteil
der Welle 10
- 10b
- Stirnseite
der Welle 10
- 10d
- Außenoberfläche der
Welle 10
- 11
- Schraubkörper
- 12
- Außenoberfläche der
Innenhülse 8
- 13
- Toleranzring
- 14
- Lagergehäuse
- 15
- Deckel
- 16
- Ausnehmung
- 17
- Sicherungsring
- 18
- Befestigungsring
- 19
- Bohrung
in Welle 10
- 19'
- Bohrung
in Hülse 5
- 20
- Axialpendelrollenlager
- 21
- Radialpendelrollenlager
- 22
- Federn
- 24
- Schraubverbindung
- 25
- Wälzkörper
- 27
- Abstandsringe
- ΔX
- Verjüngung
- L
- Längsrichtung,
Länge