具有承托轴承的轴承系统，特别是用于支承快速转动的轴的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于相对于壳体（8）可转动地支承轴（7）的轴承系统，所述轴承系统包括：承托轴承（9），其被构成为滚动轴承，其中，所述滚动轴承能够吸收在轴向方向和径向方向上的力，并且所述承托轴承特别是被构成为推力角接触滚子轴承，尤其是被构成为双列向心推力球轴承，其中，所述滚动轴承（9）在径向方向上基本被空置。本发明解决了以下任务，即，提供了一种用于轴的具有承托轴承的轴承系统，所述轴承系统能够特别是更好地吸收在接纳快速转动的实心轴时产生的力。
【专利说明】具有承托轴承的轴承系统，特别是用于支承快速转动的轴
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有承托轴承的轴承系统，其特别是作为支承快速转动的轴的构件。
【背景技术】
[0002]从实践中公知有这样的支承，其中，轴可转动地支承在例如磁轴承内。所述支承包括具有承托轴承的轴承系统，其中，如果所述磁轴承失效的话，所述至少一个承托轴承接纳所述轴。在至少一个磁轴承的正常工作中，在轴的周面与承托轴承的内轴承环的指向所述轴的周面之间构成有承托轴承缝隙。
[0003]接纳具有大重量的非常快速转动的轴是成问题的。在该情况下产生非常大的力和力矩，所述力和力矩会损坏所述承托轴承。此外，所述轴相对于转动轴线在磁轴承的正常工作中偏心地落入承托轴承内，承托轴承因此受到在周向上不均匀地产生的冲击负载。
【发明内容】
[0004]本发明的任务是提供一种用于轴的具有承托轴承的轴承系统，所述轴承系统可以特别是更好地吸收在接纳快速转动的轴时产生的力。
[0005]根据本发明，该任务是通过一种用于相对于壳体可转动地支承轴的轴承系统来解决的，所述轴承系统包括:承托轴承，其被构成为滚动轴承，其中，所述滚动轴承可以吸收在轴向方向和径向方向上的力，并且所述承托轴承特别是被构成为推力角接触滚子轴承，尤其是被构成为双列向心推力球轴承，其中，所述滚动轴承在径向方向上基本被空置。
[0006]由于滚动轴承在径向方向上的力适度的空置，滚动轴承优选吸收在轴向方向上的力，所述力的定中心的作用(对落入承托轴承内的作用)可以被利用。滚动轴承在径向方向上基本作为浮动轴承起作用。然而，滚动轴承牢固地接入到周边结构中并且绝不会浮动地以在轴向方向上作为整体移动的方式被支承。
[0007]优选规定的是，设置有轴承接纳部，滚动轴承的外环布置在所述轴承接纳部上，其中，所述轴承接纳部具有环绕的材料衰减部，特别是环绕的槽。环绕的材料衰减部仅少量地减少在轴向方向上的力的吸收，然而引起在径向方向上的有针对性地被弓IA的挠性。
[0008]优选规定的是，由外环界定的波纹带缝隙以径向放大的方式构成。所述波纹带缝隙在一侧由外环的周面构成，且在另一侧由或是壳体或是轴承接纳部的面构成，所述轴承接纳部布置在滚动轴承与壳体之间。波纹带缝隙的径向突纹部、尤其是径向延伸部可以例如有针对性地增多一倍或者增加多倍。由于所述波纹带缝隙的明显放大的构成方案，设置为承托轴承的滚动轴承在轴落入承托轴承内时，在径向方向上强烈地偏移，并且在径向方向上比优选在轴向方向上较少地传送力。这不仅适用于在波纹带缝隙内布置波纹带的情况，而且适用于在波纹带缝隙内不设置波纹带的情况，也就是说，所述波纹带缝隙保持自由。
[0009]优选规定的是，在所述波纹带缝隙内布置具有降低了的刚性的波纹带(12)。由于降低的刚性，所述波纹带相对于径向产生的力是特别挠性的，从而相比径向力，承托轴承更坚固地吸收轴向力。
[0010]优选规定的是，滚动轴承的外环被紧固在轴承接纳部的第一部件上，其中，轴承接纳部的第二部件布置在轴承接纳部的第一部件与壳体之间，并且其中，轴承接纳部的两个部件在径向方向上弹性地彼此支撑。轴承接纳部是布置在承托轴承与位置固定的壳体之间的构件，所述构件在径向方向上以两部分的形式构成，其中，所述两个部件，也就是说，相对于所述轴的转动轴线径向内置的第一部件和径向外置的第二部件弹性地彼此支撑。在此，在轴承接纳部的两个部件之间的弹簧件特别是接纳在径向方向上的移动，从而承托轴承可以特别是在轴向方向上吸收并传导力。
[0011]优选规定的是，滚动轴承的内环与轴一起构成第一摩擦面对，并且滚动轴承的外环至少间接地构成第二摩擦面对，其中，为了滚动轴承的内环相对于轴的摩擦受控的自定中心，调整所述两个摩擦面对的摩擦性能。
[0012]鉴于所述两个摩擦面对的构成方案，优选规定的是，所述摩擦面对之一的摩擦通过涂层、衬层、表面粗糙度或者表面结构化相对于另一摩擦面对的摩擦性能被提高。
[0013]鉴于所述两个摩擦面对的构成方案，优选规定的是，所述另一摩擦面对的摩擦通过涂层或者减少的表面粗糙度被降低。
[0014]优选规定的是，滚动轴承的内环的端面与在轴上径向放置的挡边面共同作用。在端面的区域内，特别是把轴向力导入到滚动轴承内。挡边面和端面构成导向面对，所述导向面对可以被用于使内环通过落入承托轴承内的轴定心。特别是，端面和挡边面可以构成第一摩擦面对,其摩擦性能可以有针对性地被调整，以使所述内环相对于落入的轴的摩擦受控的定心变得容易。那么，这特别是也实现了，不仅内环的端面而且在轴上的挡边面基本上径向地、也就是说以与轴的转动轴线成近似约90°的角度的方式定向。
[0015]关于挡边面和端面，优选规定的是，挡边面和端面至少以部分倾斜地构成，并构成导向面对。由于倾斜的构成方案，内环相对于落入的轴的定心的定向得到支持。
[0016]关于所述挡边面和所述端面，优选规定的是，挡边面和端面与轴的转动轴线围成角，特别是与转动轴线围成大的角(hohen Winkel)。
[0017]作为替代，优选规定的是，挡边面部分地与转动轴线围成角，并且其中，端面具有倒圆角的部段，所述倒圆角的部段与挡边面的倾斜的部段共同作用。内环的端面部分例如构成为环面球状(torusballig)，其中，环面球状的部段与挡边面的倾斜的部段共同作用。
[0018]优选规定的是，在挡边面和端面之间布置弹簧元件。当轴以挡边面在滚动轴承内落入到内环的面上时，所述弹簧元件被张紧并且支持内环相对于落入的轴的定向。为了接纳弹簧元件，内环可以具有相对于轴的转动轴线的角，例如45°的角，并且挡边面以基本上垂直于轴的转动轴线的方式突出，从而提供用于所述弹簧元件的环绕的接纳空间。
[0019]作为对不仅可以吸收轴向力而且可以吸收径向力的推力角接触滚子轴承的替代，优选规定的是，滚动轴承构成为基本上在轴向起作用的轴承，其中，滚动体的滚道在所述滚动轴承的一个轴承环上的缠绕比在所述滚动轴承的另一轴承环上的缠绕大。在此规定的是，滚动轴承被构成为基本上在轴向起作用的轴承，其中，在滚动接触时发生径向调整。当在轴被接纳在承托轴承内时发生高转速的情况下，在第一轴承环上的缠绕确保滚动体被保持在滚动轴承内。在该情况下，另一轴承环可以基本上构成为平的。[0020]本发明还包括如下轴向轴承的应用，为了向承托轴承轴向传递力，所述轴向轴承可以吸收基本上仅在轴向方向上的力。轴向轴承可以例如是轴向圆锥滚子轴承。本发明同样涉及如下轴向轴承的应用，所述轴向轴承作为轴向承托轴承，可以吸收仅在轴向方向上的力。
[0021]其它优点和特征可以由从属权利要求中以及由以下对本发明的优选实施例的说明得出。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]以下参照附图对本发明作进一步详细描述和说明。
[0023]图1示意性示出作为根据本发明的轴承系统的部件的轴承接纳部的第一实施例的横截面图；
[0024]图2示意性示出根据本发明的轴承系统的第二实施例的横截面图，其中，右下方放大示出布局图“X”；
[0025]图3示出根据本发明的轴承系统的第三实施例的剖切形式的横截面图；
[0026]图4示出根据本发明的轴承系统的第四实施例的剖切形式的横截面图；
[0027]图5示出根据本发明的轴承系统的第五实施例的剖切形式的横截面图；
[0028]图6示出根据本发明的轴承系统的第六实施例的剖切形式的横截面图；
[0029]图7示出根据本发明的轴承系统的第七实施例的剖切形式的横截面图；以及
[0030]图8示出根据本发明的轴承系统的第八实施例的剖切形式的横截面图。
【具体实施方式】
[0031]图1示出一种轴承系统，其中，轴绕转动轴线I可转动地借助磁轴承得到支承。所述轴承系统包括至少一个承托轴承，所述承托轴承被构成为滚动轴承、尤其是由双列向心推力球轴承，并且可以吸收不仅在轴向方向上而且在径向方向上的力。滚动轴承的外环被布置在轴承接纳部3的指向转动轴线I的内面2上。轴承接纳部3以外部面4布置在连接结构上，例如在位置固定的壳体上。只要轴被支承在磁轴承内，滚动轴承的内环就通过承托轴承缝隙与轴的周面间隔。
[0032]所述轴承系统是快速运转的轴的支承件的一部分。如果磁轴承失效，则轴落入承托轴承内。
[0033]滚动轴承在径向方向上基本被空置，也就是说，可以吸收特别是在轴向方向上的力，而仅有限地吸收在径向方向上的力，并且可以将该力传导到周边结构上、例如壳体上。因此，滚动轴承在轴向方向上设计成刚性，并且在径向方向上、垂直于轴的转动轴线I的延伸部地设计成挠性，并且因此，在径向方向上以力适度的方式被空置。
[0034]为了使滚动轴承以在径向方向上基本上空置的方式布置，规定的是，轴承接纳部3具有环绕转动轴线I的材料衰减部，例如两个环绕的槽5、6，在轴承接纳部3上布置有滚动轴承的外环。在一侧上的第一槽5和在轴承接纳部3的对置的第二侧上的第二槽6分别实施的深度使得，从垂直于转动轴线I的方向上看，两个槽5、6的深部段重叠。槽5、6仅少量地降低轴承接纳部3的用于传递轴向的、平行于转动轴线I地产生的力的能力。然而，槽5、6明显地降低了径向作用的力向壳体的传递。[0035]下文描述的实施例描述了其它可行方案，使用这些可行方案可以规定的是，滚动轴承在径向方向上基本上被空置。在此，相同附图标记表示相同的或者技术效果相当的特征。
[0036]图2示出一种用于相对于壳体8可转动地支承未图示的轴的轴承系统，所述轴承系统包括承托轴承9,所述承托轴承9被构成为滚动轴承,其中,所述滚动轴承可以吸收在轴向方向和径向方向上的力，并且特别是把所述承托轴承构成为推力角接触滚子轴承，尤其是被构成为双列向心推力球轴承。为了滚动轴承在径向方向上基本被空置，规定的是，波纹带缝隙10以径向扩大的方式构成在滚动轴承9的外环11上。波纹带缝隙10如在图2中放大所示,在径向方向上垂直于转动轴线I地被扩大并具有径向延伸部h,所述径向延伸部明显大于通常的延伸部并且是通常的延伸部的多倍，例如是通常的延伸部的至少三倍。
[0037]作为另外的补充的措施，为了滚动轴承9在径向方向上基本被空置，规定的是，在波纹带缝隙10中，在滚动轴承9的外环11上布置有具有降低了的刚性的波纹带12。在此，波纹带12构成为薄的金属板，所述金属板环绕轴的转动轴线I并具有波纹。
[0038]另外可以规定的是，使波纹带构成为至少两个彼此紧固的子波纹带的组合体，其中，每个子波纹带都环绕转动轴线1，从而由所述子波纹带构成的组合体具有相对于两个子波纹带减少的刚性。
[0039]图4示出一种轴承系统，其具有轴以及构成为滚动轴承的承托轴承，其中，滚动轴承9的外环11被紧固在轴承接纳部3的第一部件14上，其中，轴承接纳部3的第二部件15布置在轴承接纳部3的第一部件14与壳体之间，并且其中，轴承接纳部3的两个部件14、15在径向方向上弹性地彼此支撑。特别是，在两个部件14、15之间设置弹簧件16，所述弹簧件吸收在径向方向上的力并抑制从第一部件14向第二部件15的径向移动的传递。第二部件15在第一部件14中被移动地支承，特别是第一部件14轴向地在外侧搭接第二部件15，从而可以在两个部件14、15之间传递轴向作用的力。
[0040]图5以剖切形式示出用于接纳轴7的承托轴承的内环17，其中，为使内环17相对于轴7定向，内环17的端面18与在轴7上径向放置的挡边面19共同作用，以便构成导向面对。
[0041]轴7的端面18以及在轴7上的挡边面19特别是也构成第一摩擦面对的一部分，所述第一摩擦面对形成有例如由滚动轴承的外环和轴承接纳部的内面组成的第二摩擦面对，其中，为了滚动轴承的内环相对于轴的摩擦受控的自定中心，调整两个摩擦面对的摩擦性能。特别规定的是，在轴7上也就是说在挡边面19的区域内、以及在内环17的端面18上、以及在内环17的周面(其与轴7的周面接触)上设置有涂层或者衬层或者表面结构化，或者以如下方式调整表面粗糙度，即，第一摩擦面对的摩擦性能相对于第二摩擦面对的摩擦性能被提高。
[0042]此外规定的是，第二摩擦面对的摩擦性能通过涂层或者减少的表面粗糙度被降低。两个摩擦面对的不同摩擦性能支持内环17相对于轴7的定向。
[0043]图6示出相对于图5变型的实施例，其中规定的是，挡边面19’和端面18’倾斜地构成并且构成导向面对。端面18’以及挡边面19’平行伸展并且与转动轴线I围成一个大的角20。由于倾斜的构成，当轴7以挡边面19’落入承托轴承内时，内环17被挤入定心位置。[0044]图7示出相对于图5和图6再次变型的实施例。规定的是，挡边面19’部分与转动轴线I围成角21，并且其中，端面18’具有倒圆角的部段22，所述倒圆角的部段22与挡边面19’的倾斜的部段共同作用。
[0045]挡边面19’具有倾斜的部段23，所述倾斜的部段与轴7的周面邻接并且与转动轴线I围成角。挡边面19’的倾斜的部段23与内环17的端面18’的轮廓的倒圆角的部段22共同作用，其中，倒圆角的部段22可以具有圆弧造型。
[0046]图8示出相对于图5、图6和图7的实施例重新变型的实施例，其中规定的是，弹簧元件24被布置在轴7上的挡边面19’和内环17的端面18’之间。
[0047]挡边面19’基本上垂直于转动轴线I地定向，并包括在轴向方向上后退的凸肩25，从而构成用于弹簧元件24的接纳空间26，弹簧元件24在图示的实施例中被构成为碟簧。
[0048]内环17的端面18’具有与转动轴线I基本上垂直的第一部段27以及倒圆角的部段22’，所述倒圆角的部段可以特别是具有圆弧造型。在倒圆角的部段22’、挡边面19’上的凸肩25以及轴7的周面之间，在接纳空间26中布置有弹簧元件24，即碟簧，所述碟簧在磁轴承的正常工作状态中松弛，并且当轴7落入承托轴承内时，特别是当轴7接近承托轴承的内环17时被张紧。弹簧元件24以如下方式使内环17张紧，即，内环17可以相对于轴7占据一个有利的定心位置。
[0049]图3示出实施例，其中规定的是，设置为承托轴承的滚动轴承9’构成为基本上在轴向起作用的滚动轴承，因而在滚动接触时发生径向上的调整。
[0050]构成为滚珠轴承的滚动轴承9 ’仅有限地吸收在径向方向上的力并具有压力角，所述压力角与转动轴线围成一个小的角。滚珠轴承9’的内环构成为基本上是平的圆盘，并且具有用于滚珠29的平坦的内环滚道28。
[0051]在此，对于所述一个轴承环(在实施例中是对于外环11)来说，规定的是，滚动体(在该情况下是滚珠29)的外环滚道30的缠绕比在滚动轴承的另一轴承环(在该情况下是内环17)上的缠绕大。
[0052]在滚珠轴承9’的外环11上的外环滚道30具有如下造型，其中，曲率半径随着与转动轴线的间隔的增加而增加，从而外环滚道30的造型在避开转动轴线I的一侧径向支撑滚动体29并与转动轴线I近似平行地伸展或者再次转向转动轴线I。由于滚动体29，作用于滚动体29上的离心力由外环滚道30吸收，从而用于导向滚动体29的保持架是多余的并且滚动轴承9’被无保持架地构成。内环17由于在背离转动轴线的一侧的成型方案而不具有内环滚道28的缠绕并且相对于外环11在径向方向上接近地移动，从而构成为滚珠轴承的滚动轴承9’可以吸收并传递仅在轴向方向上的力。
[0053]在图3所示的第三实施例中规定的是，为了构成在外环11上的构成缠绕的成型方案，在外环滚道30的造型的情况下，曲率半径，也就是说密切圆的半径在外环滚道30的区域内、或者直接与外环滚道30邻接地随着与转动轴线的间隔的增加而增加。
[0054]在图3所示的第三实施例中规定的是，外环滚道30的缠绕形成一种成型方案。可以理解的是，所述成型方案也可以设置在内环17上，并且外环11具有基本上是平的滚道。还可以理解的是，由缠绕构成的 成型方案可以设置在两个轴承环11、17上。
[0055]附图标记列表
[0056]I转动轴线[0057]2内面
[0058]3轴承接纳部
[0059]4外部面
[0060]5槽
[0061]6槽
[0062]7轴
[0063]8壳体
[0064]9承托轴承
[0065]10波纹带缝隙
[0066]11外环
[0067]12波纹带
[0068]13对比波纹带
[0069]14轴承接纳部3的第一部件
[0070]15轴承接纳部3的第二部件
[0071]16弹簧件
[0072]17内环
[0073]18、18，端面
[0074]19、19’ 挡边面
[0075]20角
[0076]21角
[0077]22、22’ 倒圆角的部段
[0078]23倾斜的部段
[0079]24弹簧元件
[0080]25凸肩
[0081]26接纳空间
[0082]27垂直的部段
[0083]28内环滚道
[0084]29滚珠
[0085]30外环滚道
【权利要求】
1.一种用于相对于壳体(8)以可转动的方式支承轴(7)的轴承系统，所述轴承系统包括: 承托轴承(9 ),其被构成为滚动轴承,其中，所述滚动轴承能够吸收在轴向方向和径向方向上的力，并且所述承托轴承特别是被构成为推力角接触滚子轴承，尤其是被构成为双列向心推力球轴承， 其中，所述滚动轴承(9 )在径向方向上基本被空置。
2.根据权利要求1所述的轴承系统，其中，设置有轴承接纳部(3)，所述滚动轴承的外环布置在所述轴承接纳部上，其中，所述轴承接纳部具有环绕的材料衰减部，特别是环绕的槽(5、6)。
3.根据权利要求1或2所述的轴承系统，其中，由外环(11)界定的波纹带缝隙(10)以径向放大的方式构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的轴承系统，其中，在所述波纹带缝隙内布置有具有降低了的刚性的波纹带(12)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的轴承系统，其中，所述滚动轴承(9)的外环(11)被紧固在所述轴承接纳部(3)的第一部件(14)上，其中，所述轴承接纳部(3)的第二部件(15)布置在所述轴承接纳部(3)的所述第一部件(14)与所述壳体之间，并且其中，所述轴承接纳部(3)的所述两个部件( 14、15)在径向方向上弹性地彼此支撑。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的轴承系统，其中，所述滚动轴承(9)的内环(17)与所述轴(7) —起构成第一摩擦面对，并且所述滚动轴承的外环至少间接地构成第二摩擦面对，其中，为了所述滚动轴承的内环相对于所述轴的摩擦受控的自定中心，调整所述两个摩擦面对的摩擦性能。
7.根据权利要求6所述的轴承系统，其特征在于，所述摩擦面对之一的摩擦通过涂层、衬层、表面粗糙度或者表面结构化而相对于另一摩擦面对的摩擦性能得到提高。
8.根据权利要求7所述的轴承系统，其特征在于，所述另一摩擦面对的摩擦通过涂层或者减少的表面粗糙度而降低。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的轴承系统，其中，所述滚动轴承(9)的内环(17)的端面(18)与在所述轴(7)上径向放置的挡边面(19)共同作用。
10.根据权利要求9所述的轴承系统，其中，挡边面(19’)和端面(18’)至少部分倾斜地构成，并构成导向面对。
11.根据权利要求10所述的轴承系统，其中，所述挡边面(19’)和所述端面(18’)与所述轴(7)的转动轴线(I)围成角(20)，特别是与所述转动轴线(I)围成大的角。
12.根据权利要求10或11所述的轴承系统，其中，所述挡边面(19’)部分与所述转动轴线(I)围成角(21)，并且其中，所述端面(18’)具有倒圆角的部段(22)，所述倒圆角的部段与所述挡边面(19’)的倾斜的部段(23)共同作用。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的轴承系统，其中，在所述挡边面(19’)和所述端面(18’)之间布置弹簧元件(24)。
14.根据权利要求1所述的轴承系统，其中，所述滚动轴承被构成为基本上在轴向作用的轴承(9’)，其中，在滚动接触时发生径向调整。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的轴承系统，所述轴承系统还包括轴向轴承、特别是轴向圆锥滚子轴承，该轴向轴承将轴向方向上的力传递到所述承托轴承。
16.轴向轴承、特别是轴向圆锥滚子轴承的应用，用于向轴承系统的承托轴承轴向传递力，其中，所述承托轴承构成为推力角接触滚子轴承、特别是构成为向心推力球轴承。
17.支承部，特别是压缩机的轴的支承部，所述支承部包括根据权利要求1至16中任一项所述的轴承系统。`
【文档编号】F16C39/02GK103534500SQ201280023057
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年4月17日 优先权日:2011年5月12日
【发明者】彼得·西贝克, 米歇尔·保施, 约尔格·鲍尔, 马克·杜齐亚克, 阿尔明·本德, 斯特凡·鲁尔 申请人:谢夫勒科技股份两合公司