CH394725A - Axiales Drucklager für eine Drehwelle - Google Patents

Description

      Axiales        Drueldager    für     einte    Drehwelle    Die Erfindung betrifft ein axiales Drucklager  für eine in einem Medium auflaufende Welle, mit  einem feststehenden Stützelement, welches eine dreh  symmetrische Aushöhlung aufweist, deren Erzeu  gende eine gekrümmte Linie ist und deren Drehachse  mit der Mittellinie der Welle     zusammenfällt,        wobei     die Welle ein zentrisch liegendes und im Betrieb mit  dem Stützelement zusammenwirkendes Druckelement  hat und die zusammenwirkenden Oberflächen der  beiden Elemente die gleiche Form haben, wobei eine  dieser Oberflächen wenigstens über einen Teil mit  regelmässig verteilt liegenden, ununterbrochenen und  einander gleichen Nuten versehen ist.

   Bei einem der  artigen bekannten Drucklager ist eine der Oberflä  chen mit einzelnen flachen Vertiefungen versehen.  Das Lager nach der Erfindung zeichnet sich dadurch  aus,     dass    die Nuten eine sehr geringe Tiefe haben und  ihre Mittellinien einen Teil einer Spirale darstellen  derart, dass im Betrieb das Medium von der Aussen  seite des Lagers her, unter Aufbau eines Druckes,       einwärtsgetrieben    wird, wobei     jede;:    Nut in einem im  Element vorgesehenen zentrisch liegenden Raum  mündet, der im Betrieb nur durch den dann auftre  tenden Raum zwischen den Elementen und durch  die Nuten hindurch mit der Aussenseite des Lagers  in Verbindung steht.  



  Ein solches Lager eignet sich besonders für eine  senkrecht angeordnete Welle, die im Betrieb eine  grössere Umdrehungszahl ausführt, wie zum Beispiel  Wellen von Zentrifugen,     Garnspulmaschinen,        Draht-          a'bwickelmaschinen    und     ähnlichen    Werkzeugen. Ein  Lager nach der Erfindung bietet den Vorteil,     d'ass     die Tragkraft viel grösser ist als bei den     bekannten     Lagern und der Reibungskoeffizient viel geringer ist,  so dass verhältnismässig kleine Reibungsverluste ent  stehen.

      Nach einer Ausführungsform der     Erfindung    ist  die Dammbreite zwischen zwei Nuten     immer    gleich  der     Nutbreite    in     demselben    Punkt. Folglich ergibt  sich bei einem     bestimmten    Lager eine maximale  Tragkraft.  



  Nach einer weiteren Ausführungsform der     Erfin-          dung    ist die nicht mit Nuten versehene- Oberfläche  gleichfalls mit     einem    im Betrieb einseitig offenen  Raum versehen. Dadurch wird die Herstellung des  Lagers einfacher.  



  Um etwa auftretende radiale Kräfte auf die Welle  aufzunehmen, ist nach einer weiteren Ausführungs  form der Erfindung der Drehteil der Welle nicht nur  mit einem drehsymmetrischen Teil     mit    einer ge  krümmten Linie als Erzeugende, sondern auch mit  einem drehsymmetrischen Teil mit einer geraden  Linie als Erzeugende versehen, der an dien ge  krümmten Teil     grenzt.    Dieser gerade Teil kann sich  dann zum Beispiel in einem Kugellager drehen.  



  Nach einer Ausführungsform der     Erfindung    hat  das Mittel, in dem das Lager angeordnet ist, eine  geringe Viskosität. Dies ist möglich, da das Lager  im Betrieb eine grosse Tragkraft hat. Das Mittel kann  Luft sein, aber es ist     vorteilhaft,    als     Mittel    Öl zu wäh  len.  



  Die Erfindung wird an Hand der einige Ausfüh  rungsbeispiele     der    Erfindung darstellenden Zeichnung  näher     erläutert.     



       Fig.    1     zeigt    einen Schnitt gemäss der Mittellinie  eines axialen     Drucklagers    für eine senkrecht     um-          laufende    Welle, wobei das Druckelement in Ansicht  dargestellt ist.  



       Fig.    2 ist eine Unteransicht der Welle mit dem  Druckelement nach     Fig.    1.  



       Fig.3    zeigt     eine    weitere Ausführungsform des       Stützelementes.              Fig.    4 zeigt ein axiales Drucklager nach     Fig.    1  mit einer Vorrichtung zur Aufnahme radialer Kräfte  und       Fig.    5 einen Schnitt durch     ein    Drucklager nach  den     _Fig.    1, 2, 3,     jetzt    aber mit einer durchgehenden  Welle.  



  In     Fig.    1 bezeichnet 1 eine     senkrecht    angeordnete  Drehwelle, welche in der     Pfeilrichtung    umläuft und  mit einem Druckelement 2 versehen ist, welches die  Form einer Halbkugel hat. Wenn die Welle nicht  umläuft,     ruht    das Druckelement 2 in einer gleichfalls  kugelförmigen Aushöhlung 3 in einem     Stützelement     4. Das Druckelement 2 ist mit Nuten 5 rechteckigen       Querschnitts    versehen, die regelmässig über die Ober  fläche der Halbkugel aufgeteilt sind und einen spiral  förmigen Verlauf haben, wie aus     Fig.    2 ersichtlich.

    Die Richtung der Nuten ist derart,     d@ass    im Betrieb  beim angegebenen Drehsinn das     Mittel,    in dem die  Welle umläuft, von aussen her     einwärts    getrieben  wird. Die Dammbreite zwischen zwei Nuten in jedem  Punkt ist gleich der     Nutbreite    in demselben Punkt.  Die Nuten münden in einen Raum 6, der im Betrieb  einseitig offen ist und, also nur über die Nuten und  den im Betrieb zwischen dem Druckelement und  dem Stützelement auftretenden Raum mit der Aussen  seite des Lagers in Verbindung steht.

   Der Raum zwi  schen den     Elementen    entsteht     dadurch,        d'ass,    wie ge  sagt, die     Nutrichtung        derart    ist,     d'ass    im Betrieb     d!as          Mittel    von aussen nach innen strömt, und somit in  den Nuten und im Raum     ein    Druckaufbau     erfolgt,     wodurch die Welle mit dem Druckelement etwas ge  hoben wird.

   Ein solcher Raum 6 kann, wie     in        Fig.    3  dargestellt, auch im Stützelement 4 vorgesehen sein,  wo dieser Raum mit 7 bezeichnet ist.     In    diesem Falle  kann die Tiefe des Raumes 6 kleiner sein. Ein Lager  nach den     Fig.1,    2 und 3 hat eine grössere Tragkraft,  und dessen Reibungskoeffizient     ist    kleiner als beim  entsprechenden bekannten Lager, dessen     Stützfläche     keine durchlaufenden Nuten hat und nicht mit einem  nur einseitig     offenen    Raum, der ausschliesslich durch  die Nuten und den im Betrieb auftretenden Raum  zwischen den Elementen mit der Aussenseite des La  gers in Verbindung steht, versehen ist.  



  Die Nuten sind nach der Zeichnung im Drehteil  des Lagers vorgesehen. Sie können aber, was die Wir  kung des Lagers anbelangt, ebenso gut im feststehen  den Teil vorgesehen werden, wobei     dann    der Verlauf  der Nuten     umgekehrt    werden muss.     Selbstverständt-          lieh    muss dieser Verlauf stets mit dem Drehsinn     in     Übereinstimmung sein, so     d'ass    das Mittel von aussen  nach innen getrieben     wird.    Vorzugsweise werden die  Nuten dort vorgesehen, wo das Material des Lagers  der geringsten Abnutzung unterworfen ist.  



  Bei einer Welle mit einem Durchmesser von  5 mm, welche 10 000     Umdrehungen    per     Minute    voll  führte und deren Druckelement 2 einen Durchmesser  von 3 mm hatte, waren die Nuten     etwa    15     Mikron     tief. Der Raum zwischen dem     Druckelement    und     dem     Stützelement 5 war     im    Betrieb etwa 5     Mikron.    Die  Tiefe der Nuten ist im allgemeinen ein     Vielfaches    des    im Betrieb zulässigen Raumes zwischen dem Druck  element     und    dem Stützelement.  



  Da das Lager sich durch grosse Tragkraft aus  zeichnet, eignet es sich besonders für ein Mittel ge  ringer Viskosität. Hierfür kann ein Gas, wie zum  Beispiel Luft, verwendet werden. Beim Lager mit  den     erwähnten    Abmessungen wurde ein leichtes Öl  mit bei normaler Temperatur geringer Viskosität ver  wendet.    In     Fig.4    ist die Welle 1 ausser mit dem Druck  element 2 mit einem Zylinderkragen 8 versehen.  Der Kragen 8 läuft in einem Kugellager 9, dessen  Aussenring 10 am Stützelement 4 starr befestigt ist.

    Der Kragen kann sich in, einem Innenring 11 des  Kugellagers schieben;     gegebenenfalls    auf die Welle  wirkende radiale     Kräfte,    können aufgenommen wer  den, während die Welle 1 mit dem Kragen 8 und  dem Druckelement 12     im.    Betrieb noch etwas heben  kann, da der     Innenring    11 etwas schmäler ist als der  Aussenring 10.

   Es ist selbstverständlich auch möglich,  die     kugelförmige    Oberfläche, welche die Begrenzung  des     Druckelementes    2 darstellt, bis zur Welle 1  durchlaufen zu lassen und, denjenigen Teil der Kugel  oberfläche, der aus dem     Stützelement    4 herausragt,  durch einen geeignet gestalteten     Innenlaufring    eines  Kugellagers oder die Schale eines normalen Reibungs  lagers zu     umfassen.     



  In     Fig.    5 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei  der die Welle 1 durch das Lager hindurchgeführt ist.  Die Kugeloberfläche 3 befindet sich jetzt auf einem  Druckelement 12, welches durch Schrauben 13 auf  der     Welle    1 befestigt ist, wobei ein Keil 14 die Dre  hung des Druckelements 12 gegenüber der Welle 1  verhütet. Die Nuten 2 münden wieder in einen Raum  6 und dieser Raum ist durch einen     O-Ring    15, der  die Welle 1     umklemmt,    an der Oberseite abgeschlos  sen, so dass auch in diesem Falle der Raum 6 nur  einseitig offen ist. Das Stützelement 4 besitzt gleich  falls wieder einen Raum 7, der durch einen O-Ring  16 gegenüber .der Welle 1 abgedichtet ist.

   Auch bei  dieser Ausführungsform sind die beiden Räume     im     Betrieb nur einseitig offen. Die Oberfläche des aus  dem Stützelement 4 herausragenden Teiles des  Druckelementes 12, die nicht mit     Nuten    versehen  ist,     kann    wieder dazu dienen, in Zusammenwirkung  mit     einem    geeigneten Lager radiale Kräfte aufzu  nehmen.    Bei der Ausführungsform nach     Fig.5    können,       wenn    die axialen Kräfte gross sind, mehrere solcher  Lager     hintereinander    angeordnet werden.  



  Das     Anbringen    der manchmal sehr flachen Nuten  in     kugelförmigen    Oberflächen mit kleineren Abmes  sungen     kanig        nicht    einfach durch eine zerspanende  Bearbeitung erfolgen. Es hat sich in der Praxis erge  ben, dass diese Nuten     in    geeigneter Weise durch  Atzen geformt werden können; auch eine Bearbei  tung durch Erosion, zum Beispiel Sand, Diamant       pulver    und     Hartmetallpulver,    liefert günstige Ergeb  nisse.

        Es ist nicht notwendig,     d'ass    die Oberflächen des  Stützelementes und des Druckelementes Teile einer  Kugeloberfläche sind; auch andere Teile drehsymme  trischer Oberflächen, die eine     gekrümmte    Linie als  Erzeugende haben,     sind    verwendbar.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Axiales Drucklager für eine in einem Medium umlaufende Welle, mit einem feststehendien Stütz element, welches eine drehsymmetrische Aushöhlung aufweist, deren Erzeugende eine gekrümmte Linie ist und deren Drehachse mit der Mittellinie der Welle zusammenfällt, wobei die Welle ein zentrisch liegen des und im Betrieb mit dem Stützelement zusam menwirkendes Druckelement hat und die zusammen wirkenden Oberflächen der beiden Elemente die gleiche Form haben, wobei eine dieser Oberflächen wenigstens über einen Teil mit regelmässig verteilt liegenden, ununterbrochenen und einander gleichen Nuten versehen ist, dadurch gekennzeichnet,

   d'ass die Nuten eine sehr geringe Tiefe haben und ihre Mittel linien einen Teil einer Spirale darstellen derart, dass im Betrieb das Medium von der Aussenseite des La gers her, unter Aufbau eines Druckes, einwärtsge- trieben wird, wobei jed'e Nut in einem im Element vorgesehenen zentrisch liegenden Raum mündet, der im Betrieb nur durch den dann auftretenden Raum zwischen den Elementen und durch die Nuten hin durch mit der Aussenseite des Lagers in Verbindung steht. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Axiales Drucklager nach Patentanspruch., da durch gekennzeichnet, d'ass die Dammbreite zwischen zwei Nuten stets gleich der Nutbreite in demselben Punkt ist. 2. Axiales Drucklager nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die nicht mit Nuten ver sehene Oberfläche gleichfalls mit einem im Betrieb einseitig offenen Raum versehen ist. 3.

   Axiales Drucklager nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, d'ass der Drehteil der Welle nicht nur mit einem drehsymmetrischen Teil mit einer gekrümmten Linie als Erzeugende, sondern auch mit einem drehsymmetrischen Teil mit einer geraden Linie als Erzeugende versehen ist, der an den gekrümmten Teil grenzt, und vorzugsweise einen grösseren Durchmesser hat als die Welle. 4.

   Axiales Drucklager nach Patentanspruch, d'a- d'urch gekennzeichnet, dass das Mittel, in dem das Lager angeordnet ist, eine geringe Viskosität hat. 5. Axiales Drucklager nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel öl ist.