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Schmierung von Gleitlagern
Es ist bekannt, das Lageröl, nachdem es Arbeit geleistet hat, d. h. nachdem es, sei es durch den hydrodynamisch erzeugten Druck oder durch eine besondere Druckpumpe durch die Räume zwischen den Gleitflächen hindurchgepresst wurde, dabei erwärmt wurde und auch Wärme von den gleitenden Teilen aufgenommen hat, in einem das eigentliche Lager umgebenden Ölbehälter durch Wärmeabgabe entweder an dessen Wände (natürliche Kühlung) oder an ein Kühlrohrsystem zu kühlen oder aus dem Ölbehälter mit Hilfe einer Umwälzpumpe einem besonderen Kühler zuzuführen. Nachdem dem Öl seine Wärme entzogen wurde, wird es dann entweder durch natürlichen Zufluss, durch die schon genannte Umwälzpumpe oder in manchen Fällen auch mit Hilfe der Fliehkraft den zu schmierenden bzw. zu kühlenden Stellen wieder zugeführt.
Die Fliehkraftförderung wird in vielen Fällen nicht ausreichen und die Umwälzpumpe ist ein zusätzliches, störanfälliges Element, das man gerne vermeiden würde. Schliesslich wurde auch schon vorgeschlagen, einen in einem Spurlager zwischen äusserer und innerer Begrenzung der Spurscheibe resultierenden Staudruck für den Ölumlauf auszunützen, indem man ihn zur Überwindung des in der Rückkühlvorrichtung herrschenden Widerstandes heranzíeht.
Die erfindungsgemässe Lagerschmierung leitet gleichfalls die Ölumwälzung von einem Staudruck ab, u. zw. von einem Staudruck, den das unter hydrodynamisch hervorgerufenem Druck. aus dem Schmierspalt zuströmende Öl in-dafür vorgesehenen, an sich bekannten Vertiefungen der Gleitflächen effährt und der nun zur Überwindung aller sich dem Ölumlauf entgegensetzenden Bewegungswiderstände dient.
Gegenstand der Erfindung ist die Schmierung von Gleitlagern durch hydrodynamisch unter Druck gesetztes Öl, wobei erfindungsgemäss mit unter hydrodynamischem Druck stehendem Öl gefällte Nuten einer oder beider Lagerflächen unmittelbar oder über Stichkanäle mit einem in an sich bekannter Weise zum Ölfilter und Ölkühler führenden Sammelkanal verbunden sind und vom Ölkühler wie bekannt ein weiterer Sammelkanal gespeist ist, von dem abzweigende Stichkanäle zu besonderen Zuführungsnuten für das gekühlte Lageröl oder zu Spritzdüsen führen.
Die erfindungsgemässe Art der Ölumwälzung soll nachfolgend an Hand der Figuren zunächst im Prinzip und hierauf in ihrer Verwendung bei verschiedenen Lagerkonstruktionen erklärt werden.
Die Fig. 1 zeigt durch die Kurve a die bekannte Druckverteilung in einem in Richtung der Bewegung in seiner Höhe abnehmenden Ölspalt. An dieser Druckverteilung wird sich, denkt man sich in eine der Gleitflächen eine Nut eingearbeitet, die mit einer inkompressiblen Flüssigkeit angefüllt ist, im Charakter nichts ändern. Die Flüssigkeit in dieser Nut wird jedoch unter einem dem hydrodynamischen Druck an
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ve b'bzw. b"über der Nut stellt also den Druck dar, der auf nachstehend näher geschilderten Wegen das Öl aus dem Schmierspalt in den Kühler und wieder zurück zu den Lagerflächen fördert.
In den weiteren Figuren ist die Anwendung des Erfindungsgedankens zur Schmierung von Spur- und Führungslagem gezeigt, u. zw. zeigt Fig. 2 einen teilweisen Schnitt durch ein kombiniertes Spur- und Führungslager, Fig. 3 einen teilweisen Schnitt durch ein Lager nach Fig. 2, geführt in der Schmierspalt-
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Linie A-B der Fig. 5), Fig. 7 eine Draufsicht auf drei Führungslagersegmente der Fig. 2, Fig. 8 einen Schnitt durch die Führungslagersegmente nach der Linie C-D der Fig. 7 samt Teilen der erfindungsgemä- ssen Ölabführung- bzw. Ölzuführungseinrichtungen (zum Teil wieder schematisch), Fig. 9 einen teüwsi- sen Schnitt durch ein Spurlager mit zusammenhängendem Lagerring, Fig. 10 einen konzentrisch zur Lagerachse verlaufenden Schnitt durch den Schmierspalt nach Fig.
9 (Schnittlinie I-II in Fig. 12), Fig. 11 eine Draufsicht auf einen Teil des stillstehenden Lagerringes nach Fig. 9 mit Teilen der erfindungsgemä-
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einen Teil des rotierenden Tragringes nach Fig. 9, Fig. 13 eine weitere Variante der erfindungsgemässen Ölumwälzung für ein Führungslager, Fig. 14 eine Draufsicht auf einen Teil der rotierenden Gleitfläche des Führungslagers nach Fig. 13, Fig. 15 eine Draufsicht auf einen Teil der stillstehenden Gleitfläche des
Führungslagers nach Fig. 13, Fig. 16 einen teilweisen Schnitt durch ein Segmentspurlager in einer variier- ten Art der Ölabfuhr aus den Segmenten (Schnittführung nach der Linie E-F der Fig. 17), Fig. 17 einen
Schnitt durch die Schmierspaltebene eines Spurlagers nach Fig. 16, wiederum mit zum Teil nur abgedeuteter Ab- und Zuführung für das Lageröl, Fig.
18 eine weitere erfindungsgemässe Variante für ein kombiniertes Spur- und Führungslager (im Schnitt nach Linie G-H der Fig. 19), Fig. 19 einen teilweisen Schnitt nach der Linie I-K der Fig. 18, Fig. 20 ein kombiniertes Spur- und Führungslager wie nach Fig. 18, wobei jedoch dem erfindungsgemässen Ölförderweg ein paralleler, unter Fliehkraftwirkung stehender zugeordnet list (Schnitt nach der Linie N-0 der Fig. 21) und Fig. 21 einen Schnitt nach der Linie L-M der Fig. 20.
In den Fig. 2 und 3 bedeutet 1 die vertikale Maschinenwelle, auf die der Tragring 2 aufgekeilt ist, der die vertikalen Kräfte auf den in Segmente 3 aufgelösten Lagerring überträgt. Auch der Lagerring des Führungslagers ist in Segmente 4 aufgelöst. Segmente 3 bzw. 4 besitzen die für die keilförmige Schmierspaltbildung und Vergleichmässigung des Lagerdruckes erforderliche Einstellbarkeit (kugelige Auflagefläche 5 oder elastische Unterlage 6). Die einzelnen Segmente des Spurlagers sind vergrössert in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellt und zeigen eine mit Lagermetall ausgegossene Gleitfläche, in die in an sich bekannter Weise Nuten eingearbeitet sind, eine 7 der ablaufenden Segmentkante und zwei weitere 8,9 dem inneren bzw. äusseren Segmentrand benachbart.
Zwischen die Segmente ragen von einem Ringkanal 10 ausgehende, mit der Auflaufkante zugewandten Spritzdüsen 11 versehene Ölzuführungsrohre 12. Die den ablaufenden Segmentkanten benachbarten (in ihren Dimensionen auch vorzugsweise etwas grösser als die Nuten 8 und 9 gehaltenen) Nuten 7 sind über flexible, daher die Einstellbewegung der Segmente nichtneefu !. trächtigende Zwischenstücke 13 an radial gerichtete Rohre 14 angeschlossen, die ihrerseits wiederum in einen weiteren Ringkanal 15 münden. Aus dem das heisse Öl sammelnden Ringkanal 15 gelangt das Öl über ein Filter 16 in den Kühler 17 und von dort noch immer unter hydrodynamischem, nur um die Strömungswiderstände verringertem Druck in den Ringkanal 10 und durch die Rohre 12 zu den Spritzdüsen 11.
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In Fig. 9 bedeutet 2 wiederum denTragring, der die vertikalen Kräfte auf den Lagerung 23 überträgt.
Die Fig. 11 und 12 zeigen die Ausbildung der Gleitflächen und Fig. 10 einen gestreckten Schnitt durch diese. Die Bildung eines tragfähigen Ölfilmes erfolgt bei einem zusammenhängenden Lagerring mit Hilfe von Keilflächen 24 (bei Ausführungen nach den Fig. 9-12 in die Gleitfläche des Tragringes eingearbeitet und sich entgegengesetzt der durch Pfeil 22 angedeuteten Drehrichtung verjüngend), dessen Öl aus radial gerichteten Nuten 25 in der Lauffläche des Tragringes zufliesst, die ihrerseits wieder aus einer Ringnut 26 gespeist werden, der gekühltes Öl aus kreisförmig (Radius gleich Ringnutradius) über den Lagerring ver- teilten Öffnungen 27 zugeführt wird, die über einen Sammelkanal 28 mit dem Kühler in Verbindung ste- hen.
Das durch Zusammenwirken von Keilfläche und Rotation einen tragfähigen Film bildende Öl sam- melt und staut sich nachdem es in einem gewissen Bereich des Lagerringes Arbeit geleistet hat, in als
Nuten 29,30, 31 ausgebildeten Stauräumen, von wo es dann wieder unter dem hydrodynamisch erzeugten
Staudruck stehend über eine Ringnut 30a im ruhenden Lagerring, die gleichen Radius, besitzt, wie die einen unterbrochenen Kreis bildenden Nuten 30 im rotierenden Teil und einen Ringkanal 32 dem Filter 16 und Kühler 17 zugeführt wird. Über die durch dieStaunuten abgegrenzte Gleitfläche austretendes Öl sam- melt sich im das Lager umgebenden Ölbehälter und findet dort auf natürlichem Wege seine Kühlung.
Der weitaus grössere Teil des Lageröles wird aber auch hier ohne sich vorher mit kühlerem Öl vermischen zu können, in den Kühler geführt.
Die Fig. 13-15 zeigen, wie schon erwähnt, den Erfindungsgedanken angewandt zur Schmierung eines
Führungslagers. In Fig. 13 ist mit 33 der mit der Welle rotierende Teil des Lagers bezeichnet, mit 34 der Führungslagerring und mit 35-39 die Wände des das Führungslager umgebenden Ölgefässes bzw. seiner tragenden Teile. Der Ölspiegel in diesem Ölbehälter ist wiederum durch Niveauzeichen angedeutet, desgleichen der Abschluss gegen die rotierende Welle durch ein Labyrinth 40. Die Fig. 14 zeigt die Gleit- fläche des rotierenden Teiles in eine Ebene abgerollt, desgleichen die Fig. 15 die stillstehende mit Lagermetall ausgegossene Gleitfläche. Beide Gleitflächen besitzen ihren Rändern benachbarte Ringnuten 41, 42, die einander gegenüberliegend einen Ringkanal bilden.
Eine weitere Ringnut 43 verläuft in der Mitte der rotierenden Gleifläche, die aus in den Teil 33 gebohrten Kanälen 44 Öl zugeführt bekommt. Aus der Ringnut 43 gelangt das Öl über der Verteilung dienende Nuten 45 zu Keilflächen 46, verteilt sich dann als tragfähiger Ölfilm über die Gleitflächen und staut sich in dafür vorgesehenen Stauräumen 47,48, von wo es dann in die von den Nuten 41,42 gebildete Sammelrinne und durch Bohrungen 49 im Lagerring und einen Sammelringkanal über ein Filter 16 in den Kühler-17 gelangt.
Von dort wird das gekühlte Öl, noch immer unter Staudruck stehend, durch Spritzdüsen 50 einem in dem rotierenden Teil eingearbeiteten Ringkanal 51 zugeführt, in den die schon erwähnten Bohrungen 44 münden, durch die Öl aus dem Kanal 51 durch Fliehkraftwirkung in die Ringnut 43 gefördert wird, von wo es seinen Kreislauf von neuem beginnt.
Die weiteren Figuren zeigen konstruktive Varianten zur Verwirklichung der erfindungsgemässen Öl- umwälzung.
In den Fig. 16 und 17 ist ein Segmentspurlager dargestellt, ähnlich dem nach den Fig. 2-6, wobei jedoch die flexiblen Verbindungsstücke zum Sammelkanal für das heisse Öl vermieden werden, indem in dem den Segmenting umgebenden Gehäuse 52 an den den radialen Staunuten in den Segmenten gegen- überliegenden Stellen Ausnehmungen 53 vorgesehen sind, in die das heisse Öl auch bei Kippbewegung der Segmente ungehindert übertreten kann. Der weitere Ölweg entspricht ganz. den vorhergeschilderten A usführungen. Durch einen genügend engen Spalt an den Stirnflächen der aufeinandergleitendan Teile und Abdichtungen 54 ist Gewähr gegeben, dass nicht allzuviel heisses Öl statt durch den Kühler unmittelbar in den Ölbehälter fliesst.
Eine weitere Variante, auch für ein Segmentspurlager, zeigen die Fig. 18 und 19, wo der Sammelringkanal für das heiss austretende Öl ersetzt wird, durch einen sich spiralförmig erweiternden Sammelkanal 55, gebildet von den Stirnseiten der aufeinandergleitenden Teile und einer nach einer Spirale geformten Wand, die Tragring und Spurring umgibt, im Querschnitt im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist und zur Abdichtung gegen den übrigen Ölbehälter Labyrinthe 56 trägt. Im übrigen entspricht der Ölkreislauf den bisher geschilderten Ausführungen. In der Fig. 18 ist auch der Kreislauf für das Führungslageröl angedeutet, der ganz dem nach Fig. 13 entspricht.
Schliesslich kann, wie dies die Fig. 20 und 21 zeigen, die erfindungsgemässe Ölumwälzung mit einer solchen durch Fliehkraftwirkung vereinigt werden, um auch das infolge unvermeidlicher Spaltverluste in den Ölbehälter abstemmende Öl einer Kühlung zuzuführen. Die Fig. 20 und 21 zeigen ein vereinigtes Seg-
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und Führungslagerölkreisläufenbenachbarten Zonen des Ölbehälters in einen ringförmigen, durch Labyrinthe 67 abgedichteten Sammelkanal 68 und durch radiale Stichleitungen 69 in den allen drei Kreisläufen gemeinsamen Hauptsammelkanal 70 gefördert wird.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Schmierung von Gleitlagern durch hydrodynamisch unter Druck gesetztes Öl, dadurch gekennzeichnet, dass mit unter hydrodynamischem Druck stehendem Öl gefüllte Nuten einer oder beider Lagerflächen unmittelbar oder Über Stichkanäle mit einem in an sich bekannterweise zum Ölfilter und Ölkühler führendenSammelkanal verbunden sind und vom Ölkühler wie bekannt ein weiterer Sammelkanal gespeist ist, wobei von ihm abzweigende Stichkanäle zu besonderen Zuführungsnuten für das gekühlte Lageröl oder zu Spritzdüsen führen.