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Verfahren zum Lagern und Sebmieren von Achsen, Wellen 0 (1. dgl. sowie Lager zur Durchführung des Verfahrens.
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Lagern und Schmieren von Achsen
Wellen od. dgl., wobei einzelne Lagerkörper die Achse oder Welle über das Schmiermittel balanzieren und zentrieren. Erreicht wird das durch Ausnutzung mehrerer Keilkraftwirkungen in der Umlauf- richtung.
Keilkraftwirkungen werden dann verwirklicht, wenn die Lauffläche im Verhältnis zur Oberfläche der durch sie gelagerten Achse oder Welle einen Verlauf aufweist, bei dem sich Laufflächen- scheitel und Welle mindestens in einer parallel zur Wellenachse verlaufenden geraden Linie berühren, wenn von den elastischen Formänderungen der ineinander gelagerten Teile und den ausgleichende
Wirkungen des Schmiermittels abgesehen wird, wobei jedoch im übrigen im Bereiche der Lauffläche ausserhalb der Berührungslinie oder-zone keilförmige Einlaufräume vorhanden sind.
Derartige Lager sind beispielsweise vorgeschlagen worden, um einen auf der Welle erzeugten Schmiermittelfilm kühlen und mit ausserhalb der Belastungszone des Lagers mittels Drucksteigerung angeschiehtetem Schmier- mittel verstärken zu können. Entsprechend den zu erzeugenden Drucksteigerungen bzw. Schmier- mittelfilmverstärkungen ist der Abstand der einzelnen Lagerflächen von der Wellenachse in der Lage, welche die Welle nach Auftreten der zur Filmerzeugung erforderlichen Gleitgeschwindigkeit annimmt, verschieden ; unter Schmiermittelfilme werden dabei auch Schmierschichten geringerer Oberflächen- spannung verstanden.
Vorliegende Erfindung geht nun von der weiteren Erkenntnis aus, dass sich derartige Lager nicht nur zur Erzeugung besonders kräftiger Sehmiermittelfilme eignen, die ihrerseits die erstrebte flüssige Reibung bei allen praktisch in Betracht kommenden Lagerbelastungen und Gleitgeschwindig- keiten herbeiführen und sicherstellen, sondern dass sich darüber hinaus die Möglichkeit ergibt, die
Welle mittels der Sehmiermittelfilme zu zentrieren und mittels dieser Filme die Welle tragende Kräfte zu erzeugen, die im Gleichgewicht mit der Lagerbelastung stehen und damit die Welle über die Filme balanzieren.
Voraussetzung hiefür ist jedoch eine bestimmte Zuführung des Schmier- mittels, die sich erfindungsgemäss dadurch kennzeichnet, dass das Schmiermittel der Welle über ausserhalb der Belastungsrichtungen gelegene Zwisehenräume zwischen den Lagerflächen-bei paariger
Anzahl derselben einander diametral gegenüber, bei unpaariger Anzahl Lagerflächen diametral gegen- über-zugeführt wird. Durch diese Art der Zuführung ergeben sich eine Reihe von Vorteilen, die in ihrer Gesamtheit zur Zentrierung bzw. Balanzierung der Welle führen.
Insbesondere der ununterbrochene Verlauf der Laufflächen in jeder Belastungsrichtung in Verbindung mit der wiederholten Anschichtung des Schmiermittels unter Wirkung mehrfach hintereinander auftretender Keilkräfte sind als Ursachen dafür anzusehen, dass beim Auftreten der zur Filmbildung erforderlichen Gleitgeschwindigkeit ein Abheben der Welle durch den Film entsteht, bei welchem die Keilpressung im
Gleichgewicht mit der Lagerbelastung steht. Dadurch, dass dieselben Wirkungen an den übrigen Laufflächen hervorgerufen werden können, tritt Gleichgewicht zwischen den Lagerbelastungen und den Keilpressungen auf dem gesamten Umfang der Welle ein, womit sich zwangsläufig eine Zentrierung derselben mittels der Schmiermittelfilme einstellt.
Wird das Schmiermittel den Zwischenräumen zwischen den Laufflächen über den Rücken der die Laufflächen bildenden Lagersehale oder Lagerschalen zugeführt, so ergibtsich die einfachste Möglichkeit, bei völlig ununterbrochenem Verlauf der Laufflächen das Schmiermittel in der eingangs gekenn-
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zeichneten Weise zuzuführen.
Diesen Zwischenräumen kann dabei das Schmiermittel sowohl unter
Wirkung der Schwerkraft wie unter Wirkung eines Überdruckes zugeführt werden, der dabei so be- stimmt ist, dass mindestens die im Ölzuführungsweg auftretenden Widerstände überwunden werden.
Gleichgültig, wie diese äussere Zuführung des Schmiermittels bewirkt wird, stellt sich in jedem Falle durch die im Lager auftretenden Keilpressungen ein Überdruck des Schmiermittels zwischen Welle und Laufflächen ein, der die im Vorhergehenden erläuterten Wirkungen hervorruft.
Lager, die sich zur Durchführung des neuen Verfahrens eignen, können in der verschiedensten
Art und Weise ausgebildet werden. Sie beruhen jedoch stets auf der Verwirklichung einer mehrfachen
Keilkraftwirkung in Umlaufrichtung. Es weisen also die Laufflächen einen grösseren Radius auf als die Welle, so dass im Scheitel jeder Lauffläche jeweils der geringste Abstand der die keilförmigen Ein- laufräume begrenzenden Flächen herrscht.
Ob dabei die Verhältnisse so gewählt sind, dass der geringste
Abstand jeweils nur auf der Breite einer Linie oder auf der Breite der Mantelfläche eines Zylinders beliebiger Querschnittsform bzw. eines Teiles dieser Mantelfläche auftritt, ist für die Wirkung ohne erheblicher Bedeutung, wenn nur im übrigen Bereich jeder Lauffläche die keilförmigen Einlaufräume verwirklicht sind und die geringsten Abstände der die keilförmigen Einlaufräume bildenden Flächen am Scheitel der Lauffläche auftreten.
Infolge dieses einfachen und symmetrischen Aufbaues des Lagers ist es möglich, die die Laufflächen bildenden Lagerschalen im Verhältnis zueinander starr anzuordnen. ohne dass jedoch die Möglichkeit aufgegeben wird, in Sonderfällen eine bewegliche bzw. nachstellbare Anordnung der einzelnen Lagerschalen im Verhältnis zueinander und im Verhältnis zur Welle oder im Verhältnis zu beiden vorzusehen.
Paarige Unterteilungen ringzylindrischer Laufflächen mit diametral gegenüberliegenden Sehmier- nuten sind bereits vorgeschlagen worden. In diesen Fällen erfolgt jedoch der Schmiermittelzufluss nicht über Zwischenräume zwischen einzelnen, völlig selbständigen, ununterbrochenen Laufflächen, sondern es ist eine einzige oder auch geteilte Lagerschale mit nutenförmigen Ausnehmungen versehen, die im Falle der geteilten Lagerschale an der Stossstelle teilweise in der oberen, teilweise in der unteren Lagerschalenhälfte angeordnet sind. Mit dieser Anordnung aber entstehen alle Nachteile derartiger Nuten, also vor allem eine Störung des Lager-oder Tragfläehenverlaufes, der nicht mehr als ununterbrochen angesehen werden kann.
Der so gekennzeichnete, grundsätzliche Unterschied wird besonders deutlich, wenn man die Wirkungen der Lagererwärmung berücksichtigt. Während bei den vorbe- kannten Einrichtungen jede Lagererwärmung zu einer örtlichen Verlagerung der Laufflächen in Radialrichtungen zur Wellenachse führen muss, womit eine etwaige Zentrierung und Balanzierung der Welle infolge Störung der Filme durch äussere Kräfte in Fortfall geraten würde, wirken sich Lagererwärmungen beim Gegenstand der Erfindung nur in einer peripheren Verlängerung oder Verkürzung der die einzelnen Laufflächen bildenden Lagerschalen aus, ohne dass sich an der örtlichen Lage der Laufflächen,
gemessen in Radialrichtungen zur Welle, das Geringste ändert ; aus dem gleichen Grunde wird die durch den Lageraufbau gewährleistete Zentrierung und Balanzierung der Welle nicht gestört.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise Ausführungen des Erfindungsgedankens, u. zw. geben die Fig. 1 und 2 ein Zweischalenlager, die Fig. 3 und 4 ein Dreischalenlager in schematischer Darstellung wieder. Die Fig. 5 und 6 zeigen die zwei praktisch in Betracht kommenden Ausführungen eines Lagers nach Fig. 3, nicht massstäblich und zur besseren Veransehaulichung der räumlichen Verhältnisse ohne das in den Fig. 1-4 veranschaulichte Schmiermittel.
In allen Abbildungen bezeichnet 1 die zu lagernde Welle oder Achse. Das die Achse oder Welle 1 aufnehmende Lager besitzt mehrere, Einlaufkeile 2 nach beiden Umlaufrichtungen aufweisende, ununterbrochene Laufflächen 3, 4 in Fig. 1, 3', 4'in Fig. 2,5, 6,7 in Fig. 3 und 5', 6', 7'in Fig. 4.
Erfindungsgemäss wird das Schmiermittel der Welle 1 über ausserhalb der Belastungsrichtungen gelegene Zwischenräume 8 - bei paariger Anzahl der Laufflächen in den Fig. 1 und 2 einander diametral gegenüber, bei der unpaarigen Anzahl der Laufflächen in den Fig. 3 und 4 Laufflächen diametral gegen- über-zugeführt. Die BelastungsrichtungeninFig. 1sind dabei gegeben durch die Kraftrichtungen a-a' b-b'und c-c', in Fig. 2 durch die Kraftrichtungen a-a', c-c'und d-d', in Fig. 3 durch die Kraft-
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Die nach den Fig. 2 und 4 ausgebildeten Lager entsprechen genau den Lagern nach den Fig. 1 und 3 mit dem einzigen Unterschied, dass sie um senkrecht zur Wellenachse liegende Querachsen um 180 gegen die Fig. 1 und 3 verdreht angeordnet sind. Auf diese Weise ergibt sich die Möglichkeit, jedes Lager für alle Belastungsrichtungen verwenden zu können, so weit es sich um Lager für durchgehende Achsen oder Wellen handelt.
Die Laufflächen stellen in ihren durch die Bildung der Einlauf keile nicht in Anspruch genommenen Teilen Mantelflächenabschnitte eines Kreiszylinders dar, dessen Durchmesser gleich ist dem Durchmesser der zu lagernden Welle 1 zuzüglich der doppelten Schmierfilmstärke.
Durch die Zuführung des Schmiermittels über die Zwischenräume 8, die stets ausserhalb der Belastungsrichtungen liegen, stellt sich mit Hilfe der Einlaufkeile 2 und des in den Belastungsrichtungen völlig ununterbrochenen Verlaufes der Laufflächen bei verhältnismässig geringen Gleitgeschwindigkeiten bereits die erstrebte flüssige Reibung auf dem gesamten Umfang der Welle bzw. Lagerflächen ein. Unter dem Einfluss der Lagerbelastungen steigern sich gleichzeitig die Keilpressungen auf einen
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Wert, bei dem sie den Lagerbelastungen das Gleichgewicht halten, wobniinfolge der völlig symmetrischen Anordnung des Ganzen eine selbsttätige Zentrierung und Balanzierung der Welle über die Schmiermittelfilme eintreten muss.
Diese Zentrierung und Balanzierung wird durch die bei der Lagererwärmung auftretenden, örtlichen Verlagerungen der die Laufflächen bildenden Lagerschale oder Lagerschalen nicht gestört, da die Zwischenräume 8 die Möglichkeit einer peripheren Verlängerung oder Verkürzung der die einzelnen Laufflächen bildenden Lagerschalen 9-12 gewähren, ohne dass sich an der örtlichen Lage der Laufflächen, gemessen in Radialrichtungen zur Welle, das Geringste ändert. Dadurch fällt jede Beeinflussung in der Ausbildung der Filme durch feste Teile des Lagers fort, so dass die Welle in die zentrische Lage selbsttätig einschwimmt und in ihr infolge des Gleichgewichtes aller auf sie wirkenden Kräfte selbsttätig erhalten wird.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform des Lagers nach Fig. 3, die sich Fig. 3 gegenüber dadurch kennzeichnet, dass nur die Scheitellinien der drei Lagerschalen Mantellinien eines Kreiszylinders bilden, dessen Durchmesser gleich ist dem Durchmesser der zu lagernden Welle zuzüglich der doppelten
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stets bis zur Scheitellinie. Erreicht wird das dadurch, dass die Bohrung jeder Schale beispielsweise um 0'4mm grösser ist als der gezeichnete Wellendurchmesser. Der Abstand der einzelnen Schalen beträgt aber, im Durchmesser gemessen, nur etwa 0-2 mm. Die Laufflächen können selbst wiederum
Mantelabschnitte eines Kreiszylinders darstellen, dessen Durchmesser grösser ist als der Durchmesser des Kreiszylinders, auf dem die Scheitellinien der Lagerschalen liegen.
Die keilförmigen Einlauf räume können aber auch, wie dies rechts oben in Fig. 5 veranschaulicht ist, durch die Kreiszylinder berührende
Tangentialebenen gebildet werden.
Fig. 6 zeigt in der Darstellungsweise der Fig. 5 eine mit Fig. 3 mehr übereinstimmende Ausführungsform, die sich dadurch kennzeichnet, dass nicht nur die Scheitellinien der drei Lagerschalenlaufflächen Mantellinien eines Kreiszylinders bilden, dessen Durchmesser gleich ist dem Durchmesser der zu lagernden Welle zuzüglich der doppelten Schmierfilmstärke, sondern dass am Scheitel der drei Lagerschalen gelegene Flächen dem Mantel des erwähnten Kreiszylinders angehören.
Aus den in Fig. 6 eingezeichneten Radien ist jedoch deutlich zu entnehmen, dass im übrigen Bereich der Laufflächen keilförmige Einlaufräume dadurch verwirklicht sind, dass der Krümmungsradius der Laufflächen grösser ist als der Halbmesser der Welle und grösser ist als der Halbmesser des oben erwähnten Kreiszylinders. Die keilförmigen Einlaufräume können dabei wieder durch Tangentialflächen begrenzt sein, wie dies in Fig. 5 veranschaulicht worden ist, ebenso wie die Übergänge zwischen den Laufflächen- teilen mit verschiedenem Krümmungsradius durch Tangentialebenen gebildet werden können.
Es liegt im Wesen der Erfindung, dass dieselbe Anordnung in sinngemässer Abwandlung Anwendung finden kann, wenn nur eine Umlaufrichtung der Welle in Betracht kommt. Auch ist die Erfindung nicht daran gebunden, dass insbesondere bei einer höheren Anzahl von Laufflächen durch jeden einzelnen Zwischenraum Schmiermittel zugeführt wird ; eine symmetrische Zuführung des Schmiermittels ist jedoch in jedem Falle erstrebenswert.
Da sich die Schmierschichtstärke, insbesondere also die Dicke eines auf der Achse oder Welle erzeugten Filmes, in Abhängigkeit von der Gleitgeschwindigkeit, der Lagerbelastung, der Viscosität des Schmiermittels usw. ändert, kommt als Bezugsgrösse für die Lagerdimensionen insbesondere die kleinste Schmierschicht-bzw.-filmstärke in Betracht.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Lagern und Schmieren von Achsen, Wellen od. dgl. mit mehreren Lagerkörpern, die Einlaufkeile nach beiden Umlaufriehtungen aufweisen und ununterbrochene Laufflächen besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass Schmiermittel der Welle über ausserhalb der Belastungsrichtungen gelegene Zwischenräume den Laufflächen-bei paariger Anzahl derselben einander diametral
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