特別用于支承壓縮機快速轉動的軸的帶備用軸承的軸承裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種相對殼體（8）能轉動地支承軸（7）的軸承裝置，其包括構造為滾動軸承的備用軸承（9），其中，滾動軸承可以吸收在軸向方向上和在徑向方向上的力，并且特別構造為角接觸球軸承，尤其是雙列角接觸球軸承，其中，滾動軸承（9）在徑向方向上基本上是閑置的。本發(fā)明所要解決的任務是，說明一種帶有用于軸的備用軸承的軸承裝置，其特別可以更好地吸收在容納快速轉動的實心軸的情況下出現(xiàn)的力。
【專利說明】特別用于支承壓縮機快速轉動的軸的帶備用軸承的軸承裝
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種帶有備用軸承(Fanglager)的軸承裝置，其特別是作為壓縮機的 快速轉動的軸的支承機構的組成部分。
【背景技術】
[0002]實踐中公知有如下支承機構，其中，軸能轉動地支承在例如磁軸承中。支承機構包 括帶有備用軸承的軸承裝置，其中，如果磁軸承失效，至少一個備用軸承容納軸。在至少一 個磁軸承正常運行的情況下，在軸的周側面和備用軸承的內軸承圈的指向軸的周側面之間 構造出備用軸承間隙。
[0003]有問題的是，針對支承機構的磁軸承失效的情況在備用軸承中容納具有很大重量 的極快轉動的軸，例如容納壓縮機的以直至約6000轉/分鐘轉動的實心軸。在這種情況下 出現(xiàn)非常高的可能損害備用軸承的力。此外在支承結構的磁軸承正常運行的情況下，軸關 于轉動軸線偏心地落入備用軸承中，因此該備用軸承承受了在周邊上不規(guī)則地出現(xiàn)的沖擊 負荷。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的任務是，說明一種帶有用于軸的備用軸承的軸承裝置，其特別可以更好 地吸收在容納快速轉動的實心軸的情況下出現(xiàn)的力。
[0005]根據本發(fā)明，這個任務通過一種相對殼體能轉動地支承軸的軸承裝置來解決，該 軸承裝置包括構造為滾動軸承的備用軸承，其中，滾動軸承可以吸收在軸向方向上和徑向 方向上的力，并且特別地構造為角接觸球軸承，尤其是雙列角接觸球軸承，其中，滾動軸承 在徑向方向上基本上是閑置的(freigestellt)。
[0006]由于滾動軸承在徑向方向上在力方面是閑置的，滾動軸承優(yōu)選僅在軸向方向上吸 收力，該滾動軸承的對中作用可以通過落入備用軸承中的作用被充分利用。滾動軸承在徑 向方向上基本上構造為浮動軸承。
[0007]優(yōu)選規(guī)定，設置有軸承容納部，在其上布置有滾動軸承的外圈，其中，軸承容納部 具有環(huán)繞的材料削弱部，特別是具有兩個環(huán)繞的凹槽。環(huán)繞的材料削弱部僅稍微地降低在 軸向方向上對力的吸收，但是卻導致對徑向作用的力的有針對性地引入的撓性。
[0008]優(yōu)選規(guī)定，在滾動軸承的外圈上波紋帶間隙徑向增大地構造。波紋帶間隙的寬度 例如可以有針對性地變?yōu)閮杀痘蜃優(yōu)槿丁．斴S落入備用軸承中時，基于波紋帶間隙顯著 地增大地構造，設置作為備用軸承的滾動軸承在徑向方向上更強烈地變軟，并且在徑向方 向上比優(yōu)選地在軸向方向上轉遞更少的力。這既適用于在波紋帶間隙中布置有波紋帶的情 況，也適用于在波紋帶間隙中沒有設置波紋帶的情況，也就是說波紋帶間隙空置的情況。
[0009]優(yōu)選規(guī)定，具有降低的剛性的，特別是具有在環(huán)繞方向上每段距離的減少的波紋 數和/或具有增大的波紋幅度的波紋帶布置在滾動軸承的外圈上?；诮档偷膭傂?，波紋帶相對于徑向出現(xiàn)的力是非常有撓性的，從而使備用軸承相比徑向力更強地吸收軸向力。
[0010]優(yōu)選規(guī)定，滾動軸承的外圈附著在軸承容納部的第一部件上，其中，軸承容納部的 第二部件布置在軸承容納部的第一部件與殼體之間，并且其中，軸承容納部的兩個部件在 徑向方向上彈性地彼此支撐。軸承容納部是在備用軸承和位置固定的殼體之間布置的構 件，其在徑向方向上分成兩部分地構造，其中，這兩個部件，也就是說相關于軸的轉動軸線 徑向內置的第一部件以及徑向外置的第二部件彈性地彼此支撐。在此，在軸承容納部的兩 個部件之間的彈簧機構特別吸收徑向方向上的力，從而使備用軸承可以特別是在軸向方向 上吸收和進一步傳遞力。
[0011 ] 優(yōu)選規(guī)定，滾動軸承的內圈與軸構成第一摩擦面對,而滾動軸承的外圈與軸承容 納部的內表面構成第二摩擦面對，其中，兩個摩擦面對的摩擦特性針對滾動軸承的內圈關 于軸的受摩擦控制的自對中來調整。
[0012]關于兩個摩擦面對的構造優(yōu)選規(guī)定，第一摩擦面對的摩擦特性通過覆層、襯層、表 面粗糙度或者表面結構化相對于第二摩擦面對的摩擦特性被提高。
[0013]關于兩個摩擦面對的構造優(yōu)選進一步規(guī)定，第二摩擦面對的摩擦特性通過覆層或 減小的表面粗糙度來降低。
[0014]優(yōu)選規(guī)定，滾動軸承的內圈的端面與軸上徑向而立的邊緣面共同作用。在該端面 的區(qū)域中特別是軸向力被導入滾動軸承中。邊緣面和端面構成引導面對，其為了內圈的對 中可以通過落入備用軸承中的軸被充分利用。特別地，端面和邊緣面可以構成第一摩擦面 對，其摩擦特性可以有針對性地調整，以便使內圈相對于落入的軸的受摩擦控制的對中變 得容易。特別是當不僅內圈的端面而且在軸上的邊緣面都相對于軸的轉動軸線基本上徑向 地，也就是說以近似大約90°的角度取向時，這也是可行的。
[0015]關于邊緣面和端面優(yōu)選規(guī)定，邊緣面和端面至少以區(qū)段形式傾斜地構造并且構成 引導面對?；趦A斜的構造，內圈相關于落入的軸的對中取向得到支持。
[0016]關于邊緣面和端面優(yōu)選規(guī)定，邊緣面和端面關于軸的轉動軸線圍成一個角度，特 別是關于轉動軸線圍成了大于大約60°的高角，尤其是大約75°至大約80°的高角。
[0017]備選地優(yōu)選規(guī)定，邊緣面以區(qū)段形式與轉動軸線圍成了大約45°的角，并且其中， 端面具有倒圓的區(qū)段，其與邊緣面的傾斜的區(qū)段共同作用。內圈的端面以區(qū)段形式，例如 環(huán)面凸圓狀(torusballig)地構造，其中，環(huán)面凸圓狀的區(qū)段與邊緣面的傾斜的區(qū)段共同作 用。
[0018]優(yōu)選規(guī)定，在邊緣面與端面之間布置有彈簧元件。當軸以邊緣面的落入帶有內圈 的端面的滾動軸承中時，彈簧元件被張緊并且支持內圈關于落入的軸的取向。為了容納彈 簧元件，內圈可以具有關于軸的轉動軸線的角，例如45°的角，并且邊緣面可以基本上垂直 于軸的轉動軸線豎立，從而提供用于彈簧元件的環(huán)繞的容納空間。
[0019]作為對可以基本上以相同的程度吸收軸向力和徑向力的角接觸球軸承的備選，優(yōu) 選規(guī)定，滾動軸承構造為基本上軸向作用的球軸承，其中，在滾動軸承的外圈上的滾珠的滾 道的密合度隨著與軸的轉動軸線的增加的間距而增加。在當軸被容納在備用軸承中時出現(xiàn) 的高轉速的情況下，隨著與轉動軸線的增加的間距而增加的密合度確保將滾動體保持在滾 動軸承中。在這種情況下內圈可以基本上平地構造。
[0020]其他優(yōu)點和特征由從屬權利要求以及由以下對本發(fā)明優(yōu)選實施例的描述中得出。【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]以下將參考附圖詳細地描述和闡述本發(fā)明。
[0022]圖1示意性地示出了穿過根據本發(fā)明的軸承裝置的第一實施例的橫截面；
[0023]圖2示意性地示出了穿過根據本發(fā)明的軸承裝置的第二實施例的橫截面，其中， 在右下圖中放大地示出了細節(jié)“X”；
[0024]圖3示出了穿過根據本發(fā)明的軸承裝置的第三實施例的截段形式的橫截面；
[0025]圖4示出了穿過根據本發(fā)明的軸承裝置的第四實施例的截段形式的橫截面；
[0026]圖5以截段形式示出了穿過根據本發(fā)明的軸承裝置的第五實施例的橫截面；
[0027]圖6以截段形式示出了穿過根據本發(fā)明的軸承裝置的第六實施例的橫截面；并且
[0028]圖7以截段形式示出了穿過根據本發(fā)明的軸承裝置的第七實施例的橫截面。
【具體實施方式】
[0029]圖1示出了軸承裝置，其中，軸以可繞轉動軸線I轉動的方式借助于磁軸承來支 承。軸承裝置包括至少一個備用軸承，其構造為滾動軸承，特別是雙列角接觸球軸承，并且 既可以在軸向方向上也可在徑向方向上吸收力。滾動軸承的外圈布置在軸承容納部3的指 向轉動軸線I的內表面2上。軸承容納部3以外表面4布置在位置固定的殼體上。只要軸 支承在磁軸承中，滾動軸承的內圈就通過備用軸承間隙與軸的周側面相間隔。
[0030]軸承裝置是壓縮機的軸的支承機構的一部分，其以大約6000轉/分鐘的轉速轉動 并且構造成實心。如果磁軸承失效，那么軸就落入備用軸承中。
[0031 ] 滾動軸承在徑向方向上基本上是閑置的，也就是說可以特別在軸向方向上吸收 力，而在徑向方向上僅受限地吸收力并且將力進一步傳遞到殼體上。因此，滾動軸承在軸向 方向上剛性地設計，而在徑向方向上、垂直于軸的轉動軸向I的延伸方向撓性地設計。
[0032]為了使?jié)L動軸承在徑向方向上基本上閑置地布置而規(guī)定,在其上布置有滾動軸承 的外圈的軸承容納部3具有環(huán)繞轉動軸線I的材料削弱部，特別是兩個環(huán)繞的凹槽5、6。第 一凹槽5構造在軸承容納部3的一側上，而第二凹槽構造在軸承容納部3的對置的第二側6 上，這兩個凹槽分別為軸承容納部3在轉動軸線I的方向上的延伸寬度的大約四分之三深， 從而使兩個凹槽5、6的深的區(qū)段在垂直于轉動軸線I的觀察方向上交疊。凹槽5、6僅稍微 地降低了軸承容納部3的用來傳遞軸向地、平行于轉動軸線I出現(xiàn)的力的能力。然而凹槽
5、6顯著地減小了徑向作用力到殼體上的傳遞。
[0033]以下描述的實施例描述了其他可行方案，通過它們可以規(guī)定，滾動軸承在徑向方 向上基本上是閑置的。在此，相同的或在其技術效果上類似的特征用相同的附圖標記標注。
[0034]圖2示出了用來相對于殼體8能轉動地支承軸7的軸承裝置，其包括構造為滾動 軸承的備用軸承9，其中，滾動軸承可以吸收在軸向方向上和在徑向方向上的力，并且特別 地構造為角接觸球軸承，尤其是雙列角接觸球軸承。為了使?jié)L動軸承9在徑向方向上基本 上是閑置的而規(guī)定，在滾動軸承9的外圈11上波紋帶間隙10徑向增大地構造。如圖2中 的插圖放大地示出的那樣，波紋帶間隙10在徑向方向上垂直于轉動軸線I增大，并且具有 徑向延伸寬度h，其為通常的延伸寬度h’的大約三至四倍。
[0035]作為另外的補充的措施，為了使?jié)L動軸承9在徑向方向上基本上是閑置的而規(guī)定，在波紋帶間隙10中，具有降低的剛性的，特別是具有在環(huán)繞方向上每段距離的減少的 波紋數w和/或具有增大的波紋幅度的波紋帶12布置在滾動軸承9的外圈11上。波紋帶 12構造為薄的金屬板材，其環(huán)繞軸的轉動軸線I并且具有波紋。為了在類似的板材厚度的 情況下降低波紋帶12的剛性而規(guī)定，波紋的相應于波紋帶間隙10在徑向方向上的延伸寬 度的幅度h增大，以及進一步規(guī)定，在環(huán)繞方向上每段距離的波紋的數量相對于具有類似 的波紋幅度的對比波紋帶13增大，例如為大約3倍到5倍的整數倍。
[0036]備選地可以設置，波紋帶構造為兩個彼此附著的子波紋帶的復合結構，其中，兩個 子波紋帶中的每一個都環(huán)繞轉動軸線1，從而使由兩個子波紋帶構成的復合結構相對于兩 個子波紋帶具有降低的剛性，但是保持了子波紋的尺寸。
[0037]圖4示出了帶有軸以及構造為滾動軸承9的備用軸承的軸承裝置,其中,滾動軸承 9的外圈11附著在軸承容納部3的第一部件14上，其中，軸承容納部3的第二部件15布置 在軸承容納部3的第一部件14和殼體之間，并且其中，軸承容納部3的兩個部件14、15在 徑向方向上彈性地彼此支撐。特別地，在兩個部件14、15之間設置有彈簧機構16，其吸收在 徑向方向上的力并且抑制由第一部件14到第二部件15的徑向力的傳遞。第二部件15可 移動地支承在第一部件14中，特別地，第一部件14軸向在外側搭接第二部件15，從而使軸 向作用的力可以在兩個部件14、15之間傳遞。
[0038]圖5以截段形式示出了用來容納軸7的備用軸承的內圈17，其中，為了使內圈17 關于軸7取向，內圈17的端面18與在軸7上的徑向而立的邊緣面19共同作用，以便構成 引導面對。
[0039]特別地，軸7的端面18以及在軸7上的邊緣面19也構成第一摩擦面對的一部分， 該第一摩擦面對與由滾動軸承的外圈和軸承容納部的內表面形成的第二摩擦面對共同作 用，其中，兩個摩擦面對的摩擦特性針對滾動軸承的內圈關于軸的受摩擦控制的自對中來 調整。特別規(guī)定，在軸7上，也在邊緣面19的區(qū)域中，以及在內圈17的端面18上以及在內 圈17的與軸7的周側面相接觸的周側面上設置有覆層或襯層或表面結構化，或者如下這樣 來調整表面粗糙度，即，第一摩擦面對的摩擦特性相對第二摩擦面對的摩擦特性被提高。
[0040]進一步規(guī)定，第二摩擦面對的摩擦特性通過覆層或減小的表面粗糙度來降低。兩 個摩擦面對的不同摩擦特性對內圈相對于軸7的定位提供支持。
[0041]圖6示出了對圖5進行了修改的實施例，在其中設置，邊緣面19’和端面18’傾斜 地構造并且構成引導面對。端面18’以及邊緣面19’平行地延伸并且與轉動軸線I圍成大 約75°至大約80°的高角20。基于傾斜的構造，當軸7以邊緣面19’落入備用軸承中時， 內圈17被擠壓到對中的位置中。
[0042]圖7示出了相對于圖5和圖6再次進行了修改的實施例。設置如下，即，邊緣面 19’以區(qū)段形式與轉動軸線I圍成大約45°的角，并且其中，端面18’具有倒圓的區(qū)段22， 其與邊緣面19’的傾斜的區(qū)段共同作用。
[0043]邊緣面19’具有傾斜的區(qū)段23，其鄰接到軸7的周側面上并且與轉動軸線I圍成 大約45°的角。邊緣面19’的傾斜的區(qū)段23與內圈17的端面18’的輪廓的倒圓的區(qū)段 22共同作用，其中，倒圓的區(qū)段22可以具有圓弧造型。
[0044]圖8示出了相對于圖5、6和7中的實施例重新進行了修改的實施例，其中設置，在 軸7上的邊緣面19’和內圈17的端面18’之間布置有彈簧元件24。[0045]邊緣面19’基本上垂直于轉動軸線I取向并且包括在軸向方向上縮進的縮入部 25，從而構造出用于彈簧元件24的容納空間26，該彈簧元件可以構造為碟形彈簧。
[0046]內圈17的端面18’具有基本上垂直于轉動軸線I的第一區(qū)段27以及倒圓的區(qū)段 22’，其可以具有圓弧造型。在倒圓的區(qū)段22’、邊緣面19’上的縮入部25以及軸7的周側面之間，在容納空間26中布置有彈簧元件24亦即碟形彈簧，該碟形彈簧在磁軸承正常運行狀態(tài)下是松弛的并且當軸7落入備用軸承中時，特別是當軸7接近備用軸承的內圈17時， 該碟形彈簧被張緊。彈簧元件24張緊內圈17，從而使內圈17可以關于軸7占據有利的對中的位置。
[0047]圖3示出了如下實施例，在其中設置，設置作為備用軸承的滾動軸承9’構造為基本上軸向作用的球軸承，其中，在滾動軸承9’的外圈11上的滾珠的滾道的密合度隨著與軸的轉動軸線I的增加的間距而增加。[0048]球軸承9’僅受限地吸收在徑向方向上的力，并且具有與轉動軸線圍成了大約 30°的角的接觸角。球軸承9’的內圈構造為基本上平的墊圈，并且具有用于滾珠29的面式的內圈滾道28。
[0049]球軸承9’的外圈11上的外圈滾道30具有如下造型，在該造型的情況下，滾道的密合度，也就是說滾道的曲率半徑依賴于與轉動軸線I的間距。密合度隨著與轉動軸線的增加的間距而增加，從而曲率半徑同樣增加并且外圈滾道30在與轉動軸線I的較大的間距上與該轉動軸線近似平行地延伸或者再次面向轉動軸線I。內圈17可以相對于外圈11近似地在軸向方向上移動，從而使球軸承9’僅可以吸收和進一步傳遞在軸向方向上的力。
[0050]附圖標記列表
[0051]I轉動軸線
[0052]2內表面
[0053]3軸承容納部
[0054]4外表面
[0055]5凹槽
[0056]6凹槽
[0057]7軸
[0058]8殼體
[0059]9備用軸承
[0060]10波紋帶間隙
[0061]11外圈
[0062]12波紋帶
[0063]13對比波紋帶
[0064]14軸承容納部3的第一部件
[0065]15軸承容納部3的第二部件
[0066]16彈簧機構
[0067]17內圈
[0068]18、18’ 端面
[0069]19、19’ 邊緣面[0070]20角[0071]21角[0072]22,22'倒圓的區(qū)段[0073]23傾斜的區(qū)段[0074]24彈簧元件[0075]25縮入部[0076]26容納空間[0077]27垂直的區(qū)段 [0078]28內圈滾道[0079]29滾珠[0080]30外圈滾道
【權利要求】
1.一種相對殼體(8)能轉動地支承軸(7)的軸承裝置，所述軸承裝置包括備用軸承(9)，所述備用軸承構造為滾動軸承，其中，所述滾動軸承能夠軸吸收在軸向方向上和在徑向方向上的力，并且特別構造為角接觸球軸承，尤其是構造為雙列角接觸球軸承，其中，所述滾動軸承(9)在徑向方向上基本上是閑置的。
2.根據權利要求1所述的軸承裝置，其中，設置有軸承容納部(3)，在所述軸承容納部上布置有所述滾動軸承的外圈，其中，所述軸承容納部具有環(huán)繞的材料削弱部，特別是具有兩個環(huán)繞的凹槽(5、6)。
3.根據權利要求1或2所述的軸承裝置，其中，在所述滾動軸承(9)的外圈(11)上波紋帶間隙(10 )徑向增大地構造。
4.根據權利要求1到3中任一項所述的軸承裝置，其中，具有降低的剛性的，特別是具有在環(huán)繞方向上每段距離的減少的波紋數和/或具有增大的波紋幅度的波紋帶(12)布置在所述滾動軸承(9)的外圈上。
5.根據權利要求1到4中任一項所述的軸承裝置，其中，所述滾動軸承(9)的外圈(11) 附著在軸承容納部(3)的第一部件(14)上，其中，所述軸承容納部(3)的第二部件(15)布置在所述軸承容納部(3)的第一部件(14)與所述殼體之間，并且其中，所述軸承容納部(3) 的這兩個部件(14、15)在徑向方向上彈性地彼此支撐。
6.根據權利要求1到5中任一項所述的軸承裝置，其中，所述滾動軸承(9)的內圈(17) 與所述軸(7)構成第一摩擦面對，而所述 滾動軸承的外圈與軸承容納部的內表面構成第二摩擦面對，其中，這兩個摩擦面對的摩擦特性針對所述滾動軸承的內圈關于所述軸的受摩擦控制的自對中來調整。
7.根據權利要求6所述的軸承裝置，其特征在于，所述第一摩擦面對的摩擦特性通過覆層、襯層、表面粗糙度或者表面結構化相對于所述第二摩擦面對的摩擦特性被提高。
8.根據權利要求7所述的軸承裝置，其特征在于，所述第二摩擦面對的摩擦特性通過覆層或減小的表面粗糙度來降低。
9.根據權利要求1到8中任一項所述的軸承裝置，其中，所述滾動軸承(9)的內圈(17) 的端面(18)與在所述軸(7)上徑向而立的邊緣面(19)共同作用。
10.根據權利要求9所述的軸承裝置，其中，所述邊緣面(19’)和所述端面(18’)至少以區(qū)段形式傾斜地構造并且構成引導面對。
11.根據權利要求10所述的軸承裝置，其中，所述邊緣面(19’)和所述端面(18’)關于所述軸(7)的轉動軸線(I)圍成了角(20)，特別是關于所述轉動軸線(I)圍成了大于大約 60°的高角，尤其是大約75°至大約80°的高角。
12.根據權利要求10或11所述的軸承裝置，其中，所述邊緣面(19’)以區(qū)段形式與所述轉動軸線(I)圍成了大約45°的角(21)，并且其中，所述端面(18’)具有倒圓的區(qū)段(22)，所述倒圓的區(qū)段與所述邊緣面(19’ )的傾斜的區(qū)段(23)共同作用。
13.根據權利要求10到12中任一項所述的軸承裝置，其中，在所述邊緣面(19’)與所述端面(18’)之間布置有彈簧元件(24)。
14.根據權利要求1所述的軸承裝置，其中，所述滾動軸承構造為基本上軸向作用的球軸承(9’)，其中，在所述滾動軸承(9’)的外圈(11)上的滾珠的滾道的密合度隨著與所述軸(7)的轉動軸線(I)的增加的間距而增加。
15.一種支承機構，特別是壓縮 機的軸的支承機構，所述支承機構包括根據權利要求1 到14中任一項所述的軸承裝置。
【文檔編號】F16C27/04GK103534499SQ201280022904
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年4月17日 優(yōu)先權日:2011年5月12日
【發(fā)明者】斯特凡·魯爾, 約爾格·鮑爾, 彼得·西貝克, 阿爾明·本德, 馬克·杜齊亞克, 米歇爾·保施 申請人:謝夫勒科技股份兩合公司