Hydrostatisches Axiallager Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydrostati sches Axiallager mit einem Lagerring und einer Lager scheibe, welche mit Druckkammern für die hydrostati sche Schmierung versehen ist.
Das gewöhnliche hydrostatische Axiallager besteht aus zwei Hauptteilen. Der eine Hauptteil ist ein Gleit ring oder eine Scheibe, welche an der rotierenden Welle befestigt sein kann, oder die Welle ist derart ausgeformt, dass sie einen Gleitring oder eine Scheibe bildet. Der andere Hauptbestandteil ist ein stehender Ring oder eine Scheibe, die mit Vertiefungen für die Druckölzufuhr versehen ist. Diese Vertiefungen, sogenannte Druck kammern, können ziemlich unterschiedliche Ausformun gen aufweisen: ring-, zirkelförmig usw., und auch die Anzahl kann stark variieren. Der mit hydrostatischer Lagerung verbundene Vorteil liegt in der sehr niedrigen Reibung und dem entsprechend hohen Wirkungsgrad.
Was Nachteile anbelangt, so ist derjenige Umstand sehr schwerwiegend, dass ein hydrostatisches Lager sehr schnell zerstört wird, falls die Ölzufuhr versagt. Es ist daher erforderlich, dass für die Hochdruckzufuhr von Öl eine mindestens 100o/oige Sicherheit vorliegt, z. B.
in der Form einer Reservepumpe oder in der Form eines kompletten hydrodynamischen Lagers oder Kugellagers zusätzlich zu dem hydrostatischen, so dass bei Ausfällen der Ölzufuhr dieses Reservelager die Last vom hydro statischen Lager übernimmt. Eine solche Anordnung kostet selbstverständlich recht viel, sowohl in der Her stellung als im Wirkungsgrad. Die vorliegende Erfindung hat die Zielsetzung, das hydrostatische Lager so auszu formen, dass die Tragfähigkeit bei Versagen der Hoch- druckölzufuhr nur unbedeutend reduziert wird, so dass das Lager nicht beschädigt wird.
Zwecks Erreichung dieses Effektes wird der Lager ring und die Lagerscheibe so ausgebildet, dass zwi schen den der hydrostatischen Schmierung dienenden Druckkammern Tragflächen gebildet werden können, wo ein hydrodynamischer Trageffekt entstehen kann.
Um einen solchen Effekt zustande zu bringen, müs sen die Tragflächen gegen die Umlaufrichtung geneigt oder eine bogenförmige Oberfläche haben, oder eine Kombination dieser beiden Merkmale aufweisen, so dass man die erwünschte Keilwirkung erzielt.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein hydrostati sches Axiallager mit einem Lagerring und einer Lager scheibe, die mit Druckkammern für die hydrostatische Schmierung versehen werden und der vorerwähnte ge wünschte Effekt wird gemäss der Erfindung dadurch er reicht, dass der Lagerring und die Lagerscheibe nur an einzelnen Stellen zwischen den Druckkammern mitein ander in Berührung stehen, so dass sich zwischen den Berührungsstellen weitere Druckkammern bilden, die mit den Druckkammern im Lagerring über Öffnungen in Verbindung stehen, so dass beim Wegfall des Schmier mitteldruckes der Lagerring deformiert und eine gebo gene Oberfläche mit Keilwirkung erhält.
An beiden Seiten des Lagerringes oder der Lager scheibe, d. h. in der Druckkammer und der ausserhalb dieser liegenden Kammer an der entgegengesetzten Seite des Lagerringes der Scheibe, werden die Drücke unge fähr gleich gross sein, und dies bedeutet, dass weder der Ring noch die Scheibe einer Belastung ausgesetzt ist und somit seine ursprüngliche plane Form bei gewöhnlichem hydrostatischem Betrieb des Lagers beibehält. Bei richtiger Wahl der Lochdimension zur Verbindung zwi schen der Druckkammer und der Barunterliegenden Kammer kann man erreichen, dass die Druckbelastung an den beiden Seiten des Ringes und der Scheibe unge fähr gleich gross ist oder eine geringe Neigung hat, den Ring nach oben zu biegen.
Dadurch kann man erreichen, dass der Schmierspalt über den ganzen Umfang gleich gross oder derart eingestellt werden kann, dass er über den Druckkammern am kleinsten und über den Trag flächen des Ringes und der Scheibe am grössten ist. Auf diese Weise kann man sicherstellen, dass das Lager mit optimalem Wirkungsgrad arbeitet. Durch die Löcher, welche die Verbindung zwischen den Druckkammern und den ausserhalb liegenden Kammern herstellen, wird eine Dämpferwirkung zwischen den Kammern erreicht, die die Entwicklung von Lagervibrationen verhindert. Falls die Druckölzufuhr versagt, wird die Lagerbela stung automatisch von den Druckkammern zu den Trag flächen bzw.
Berührungsflächen des Ringes und der Scheibe verschoben. Der Ring und die Scheibe werden hauptsächlich oder ausschliesslich in einzelnen Bereichen zwischen den Druckkammern unterstützt, und der Ring wird daher deformiert, so dass man in der Umlauf richtung die erwünschte Schrägstellung oder Krümmung erhält, um ein hydrodynamisches Lager zustandebringen zu können. Die richtige Neigung und Krümmung kann mittels Wahl der Ringdicke und Anbringung der Unter stützungen eingestellt werden.
üblicherweise wird das Lager lediglich für eine Um laufrichtung berechnet sein, so dass dann der Lagerring und die Scheibe unsymmetrisch in den Bereichen zwi schen den Druckkammern unterstützt werden.
Wünscht man ein Lager zu erhalten, das mit beiden Umlaufrichtungen arbeiten kann, so unterstützt man den Lagerring und die Scheibe symmetrisch in den Bereichen zwischen den Druckkammern.
Zweckmässig kann man die Druckkammern mit einer an sich bekannten Einlaufkante für jede Umlauf richtung versehen, und der Lagerring und die S:..ieibe kann auch mit einer oder mehreren Schmierspuren ver sehen sein, welche das Schmiermittel von der Kante des Lagerringes bzw. der Scheibe zur Mitte hinleitet. Auch diese Schmierspur kann eine Einlaufkante für jede Um laufrichtung haben.
Für die ausserhalb liegende Kammer oder die Un terstützungskammer, wie man diese nennen kann, kann ein Ventil angebracht sein, das die Kammer von der äusseren Umgebung abschliesst, welches Ventil ver schlossen ist, während die Kammer sich unter Hoch druck befindet, aber unter hydrodynamischem Betrieb automatisch zwecks Schmiermittelzirkulation durch das Ventil in die Kammer hinein und weiter zur Druck kammer und dem Schmierspalt geöffnet wird.
Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden, welche zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar stellen.
Auf den Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen Ausschnitt von dem Grundriss des stehenden Ringes in einem hydrostatischen Lager.
Fig.2 zeigt einen ausgefalteten Schnitt des Lagers entsprechend dem Diameter D nach der Linie II-II in Fig. 1.
Fig. 3 ist ein radialer Schnitt durch die Druckkam mer nach der Linie III-III in Fig. 1.
Fig.4 ist ein ausgefalteter Schnitt ähnlich dem in Fig.2 dargestellten und zeigt die Stellung des Lager ringes bei hydrodynamischer Schmierung.
Fig.5 zeigt einen Ausschnitt vom Grundriss eines stehenden Ringes mit einer etwas anderen Ausführung als der in Fig. 1 dargestellten.
Fig.6 zeigt einen ausgefalteten Schnitt des Lager ringes in Fig. 5, entsprechend dem Diamter D nach der Linie V-V in Fig. 5.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 den stehenden Ring eines hydrostatischen Lagers, und der stehende Ring ist mit der Druckkammer 2 versehen, die der hy drostatischen Schmierung dient, sowie Tragflächen 3 zwischen den Druckkammern, an welchen Tragflächen hydrodynamische Trageffekte entstehen können. Um diesen Effekt hervorzubringen, müssen die Tragflächen 3 eine gewisse Neigung gegen die Umlaufrichtung oder eine gebogene Oberfläche, oder eine Kombination dieser beiden haben. Daher ist eine besondere Unterstützung des Ringes 1 erforderlich, und diese ist in Fig. 2 und ins besondere in Fig. 4 dargestellt. Der Ring 1 ist unter den Tragflächen 3 in den Punkten 4 unterstützt. Dadurch wird die Kammer 6 zwischen dem Ring 1 und der La gerscheibe 5 gebildet.
Die Druckölzufuhr geschieht zu diesen Kammeraa 6 beispielsweise durch die Öffnungen 7. Von den Kammern 6 strömt das Öl durch die Öffnun gen 8 zu den Druckkammern 2, von wo aus das Öl zwi schen dem stehenden Ring und dem Gleitring 10 in den Schmierspalt 9 hineingepresst wird. Vom Schmierspalt 9 strömt das Öl in einen Niederdruckraum (nicht darge stellt) hinaus. Die Abdichtung zwischen dem Ring 1 und der Scheibe 5 ist reit 11 bezeichnet. Die Schrauben, welche den Ring 1 mit der Lagerscheibe 5 verbinden, sind mit 14 bezeichnet. Die Schrauben, welche die La gerscheibe 5 an der Unterlage befestigen, sind mit 15 bezeichnet.
Die beiden Ausführungsbeispiele sollen nachstehend zusammen mit der Wirkungsweise des Lagerungssyste- me5 näher erläutert werden.
Das Lager ist vor allem für hydrostatischen Betrieb berechnet, und bei einem solchen Betrieb werden wegen der Tatsache, dass der Grösste Druckabfall im Drucköl- system im Schmierspalt 9 zwischen dem stehenden Ring 1. und dem Gleitring 10 vorkommt, ungefähr gleich grosse Drücke an beiden Seiten des Ringes 1 herrschen, d. h. in der Druckkammer 2 und der Kammer 6. Dies bedeutet wiederum, dass der Ring 1 keiner Belastung ausgesetzt ist und daher seine ursprüngliche plane Form beibehalten wird. Entsprechend der gewöhnlichen hy drostatischen Lagerung wird sich eine ziemlich dicke Ölschicht 0,1-03 mm im Spalt bilden.
Bei -einer so dik- ken Ölschicht sind die Reibungsverluste viel geringer als bei einem gewöhnlichen hydrodynamisch arbeitenden Lager, selbst wenn die Tragflächen 3, wo der grösste Teil der Reibung auftritt, ziemlich gross sind. Bei rich tiger Wahl der Dimension des Loches 8, welches die Druckkammer 2 mit der ausserhalb liegenden Kammer 6 verbindet, kann man erreichen, dass die Druckbelastung an den beiden Seiten des Ringes 1, ungefähr gleich gross ist oder eine geringe Tendenz hat, den Ring nach oben zu biegen. Dadurch kann man erreichen, dass der Spalt 9 über den ganzen Umfang gleich gross ist oder er ist über den Druckkammern am kleinsten und über den Tragflächen am grössten. Auf diese Weise kann man sicherstellen, dass das Lager mit optimalem Wirkungs rad arbeitet.
Die Löcher 8 haben auch eine andere Funktion, nämlich dass sie als Dämpfungsglieder zwi schen den Kammern 2 und 6 wirken und die Entwick lung von Lagervibrationen verhindern.
Falls die Druckölzufuhr versagt, wird die Lagerbe lastung automatisch von den Druckkammern 2 zu den Tragflächen 3 überführt. Da der Öldruck in der Kam mer 6 abnimmt oder ganz verschwindet, wird der Ring 1 hauptsächlich oder ausschliesslich in den Punkten 4 unterstützt sein. Dadurch wird der Ring 1 entsprechend deformiert, wie in Fig. 4 dargestellt. Die Tragflächen 3 werden sich sowohl gegen die Umlaufrichtung neigen als sich krümmen, so dass dies eine Keilwirkung und einen hydrodynamischen Effekt ergibt. Die richtige Neigung und Krümmung kann durch Wahl der Ringdicke und Anbringung der Unterstützungen 4 eingestellt werden.
Falls die Druckölzufuhr nicht ganz versagt, wird die Lastüberführung von den Druckölkammern 2 zu den Tragflächen 3 geringer sein. Entsprechend wird die Neigung und Krümmung der Tragfläche 3 reduziert, so dass automatisch ein Ausgleich zwischen hydrostatischer und hydrodynamischer Tragfähigkeit entsteht.
Die einzelnen Konstruktionseinzelheiten können selbstverständlich den Anforderungen und Einbauver hältnissen entsprechend variieren. In Fig.1 ist daher gezeigt, wie die Druckkammer 2 mit einer Auflaufkante 12 gegen die Tragfläche hin versehen ist, so dass der hydrodynamische Betrieb dadurch verbessert wird. In Fig. 5 ist der Lagerring mit einer eigenen Schmierspur 13 für hydrodynamischen Betrieb versehen dargestellt. Auch die Schmierspur 13 kann, wie dargestellt, mit einer Auflaufkante 12 versehen sein.
Es ist auch möb lich, zwischen der Kammer 6 und der äusseren Umge bung ein Ventil anzubringen, welches Ventil geschlossen ist, während sich die Kammer 6 unter Hochdruck be findet, das aber automatisch unter hydrodynamischem Betrieb geöffnet wird, so dass eine Ölzirkulation durch das Ventil in die Kammer 6 hinein und weiter zur Druckkammer 2 und zum Schmierspalt 9 entstehen kann. Dieses Ventil und seine Anordnung sind nicht näher dargestellt.
Falls man das Lager in beiden Umlaufrichtungen zu benutzen wünscht, werden die Unterstützungen 4 sym metrisch unter den Tragflächen 3 angebracht, und die Tragflächen werden dann in beiden Richtungen mit An laufkanten 12 versehen. Es ist auch möglich, die Trag flächen 3 mit verschiedenen Lagermetallbelägen zu ver sehen, oder man kann den Gleitring 10 mit einem Lager metallbelag versehen.