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Die
Erfindung bezieht sich auf Hydrostatisches Radiallager für Wellen-,
Schaft- und Achslagerungen mit im Bereich der Gleit- bzw. Tragfläche mit Druckfluid
beaufschlagten Taschen und im mittleren Bereich des Lagerkörpers ein
radialbeweglicher seitlich dichtend eingepaßter Steuerring angeordnet
ist.
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Radiallager
dieser Art sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt, wobei
jede Drucktasche über
ein Drosselelement bzw. von einer zugeordneten Verdrängungspumpe
mit Drucköl
versorgt, das auch in die nichtbelasteten Taschen hineingefördert wird
und das Verhältnis
des tragenden mittleren Flächendrucks
zum Zufuhrdruck relativ klein und unwirtschaftlich ist.
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Ferner
ist nach der DE
2 252
495 A in Lager mit auf dem Umfang verteilte Lagertaschen
bekannt, wobei durch in das Lager integrierte Regelorgane zur selbsttätigen Vergrößerung und
Verkleinerung von Drosselspalten und zur gleichzeitigen, selbsttätigen Verkleinerung
bzw. Vergrößerung der
Lagerabflußspalte
in Abhängigkeit
von Größe und Richtung
der Lagerbelastung angeordnet sind. Eine ähnliche Anordnung ist auch
nach der
DE 2 025 636
A bekannt geworden. Hierdurch werden durch Ausbildung von Kapillar-Spalten
keine optimalen Ansteuerungen erzielt und keine günstige Fluidsteuerung
in die Taschen ermöglicht.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, bekannte Anordnungen weiterzubilden
und die erforderliche Fördermenge über ein
Pumpenaggregat zur Einstellung des Lagers optimiert in den Lagertaschen
zur Verfügung
zu stellen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß auf der
Welle ein gleitend und radial geführter Steuerring mit ringsegmentformigen,
flach eingearbeiteten und gleichmäßig verteilten Steuerräumen angeordnet
ist, wobei Außenkanten der
Steuerräume
mit Innenkanten eines umlaufenden, mit Druckfluid versorgten Ringkanals
mit einer minimalen Überdeckung
ausgebildet sind und zwischen dem Steuerring und dem Lagerkörper ein
Ringraum gebildet ist, der im Teilungssinn der Steuerräume durch
nach außen
angepreßte
Dichtelemente unterteilt ist.
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Hierdurch
wird der Vorteil erzielt, daß über die
auftretenden Durchflußeigenschaften
mit gebildeten Blenden-Spalten ein Einsatz für Lagerungen mit großen Durchmessern
und hohen Traglasten optimierbar ist, da bei relativ geringer Öffnung des
Blenden-Spaltes ein relativ großer
Fluid-Durchfluß bei
geringem Druckverlust auftritt. Die Öffnung erfolgt hierbei nur
im Bereich der belasteten Lagertaschen und es bleiben die nicht
belasteten Lagertaschen vollständig
gesperrt und damit bleiben diese Lagertaschen drucklos.
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Um
eine Verformung des Steuerringes zu vermeiden, wird vorgeschlagen,
daß die
Innenseite des Steuerrings mit im Teilungssinn angeordneten Schmiernuten
versehen ist, die jeweils die Steuerräume mit den zugeordneten Taschen
verbinden und von den Schmiernuten mittig ausgehende Radialbohrungen
zum Druckausgleich zwischen der Innenseite und der Außenseite
des Steuerrings gebildet sind.
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Eine
erfindungsgemäße Ausführung wird
an einem Beispiel und anhand von Zeichnungen wie folgt beschrieben:
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Die 1 zeigt
einen radialen Längsschnitt durch
den die Welle (4) umschließenden Lagerkörper (1)
und (2) sowie den Steuerring (3).
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Die
Teile (1) und (2) des Lagerkörpers werden von hoch vorgespannten
Schrauben (14), die gleichmäßig auf dem Umfang verteilt
sind, fluiddicht zusammengehalten.
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Ein
separates Versorgungs-Aggregat (13) von bekanntem techn.
Standard – bestehend
aus einem Antrieb, druckgeregelter Pumpe, Druckspeicher und Sicherheits-
bzw. Betriebskomponenten – beliefert über die
Bohrung (17) den umlaufenden Ringkanal (6) mit
Druckfluid. Die Bohrung (18) und der ebenfalls umlaufende
flache Ringkanal (19) dienen als Druckausgleich und verhindern
eine einseitige Anpressung des Steuerrings (3).
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Bei
radialer Belastung durch die Welle (4) wird die Welle sich
exzentrisch zum Lagerkörper
(1; 2) verlagern. Unabhängig davon ob Welle (4)
rotiert oder ruht, wird sie den mit geringem Spiel gleitfähig die
Welle umfassenden Steuerring (3) dabei in der Lastrichtung
mitnehmen.
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Während bei
zentrischer Lage der Welle (4) zum Lagerkörper (1; 2)
der seitlich dichtend (jedoch radial verschiebbare) Steuerring (3)
mit den Außenkanten
seiner Steuerräume
(5) – die
in 4 in ihrer ringsegmentförmigen Ausbildung dargestellt
sind – die
Innenkante des Ringkanals (6) gerade überdeckt und damit diesen bis
auf Leckölmengen
ringsherum verschließt,
findet bei bereits geringer Exzentrizität eine schlitzförmige Öffnung statt.
Die Öffnung
betrifft lediglich den oder die in der Lastrichtung liegenden Steuerraum
(-räume)
(5). Mit wachsender Exzentrizität wird es zur Vergrößerung der
schlitzförmigen Öffnung und
zu einer Verlängerung
auf weitere Steuerräume
(5) kommen.
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Die
beschriebene Öffnung
der Steuerkanten an (5) und (6) initiiert den
Durchfluss von Druckfluid von Ringkanal (6) über die
betroffenen Steuerräume (5)
in die zugehörigen
Tragtaschen (9) und (10). Die gegenüberliegenden
Tragtaschen (9) und (10) sind wie 2 zeigt
durch Schmiernuten (11) verbunden. In 4 ist
eine mögliche
Form der Schmiernuten (11) dargestellt.
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Die
Tragtaschen sind in bekannter Weise so ausgebildet, dass sie in
Längsrichtung
durch die Stegspalte (15) begrenzt sind und in Umfangsrichtung – wie in 5 dargestellt – durch
die Stegspalte (16).
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Durch
die Stegspalte (15) und (16) fließt das im
Lastbereich eingesteuerte Druckfluid wieder ab, wodurch in den Taschen
(9; 10) bezogen auf den Zufuhrdruck des Druckfluids
ein Teildruck entsteht.
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Mit
größer werdender
Exzentrizität
wächst der
Querschnitt der schlitzförmigen Öffnung der Steuerkanten
zwischen (5) und (6), das bedeutet eine steigende
Zufuhrmenge des Druckfluids, während
die abnehmenden Spalthöhen
der Stegspalte (15) und (16) die Abflussmenge
mit der 3. Potenz der Höhen
verringern. Hierdurch wird mit steigender Lagerbelastung der Teildruck
in den Tragtaschen bis in den Bereich des Zufuhrdrucks ansteigen.
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In
der unbelasteten, dem Lastbereich gegenüberliegenden Zone laufen die
Steuervorgänge
entgegengesetzt ab.
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Die
radiale Belastung verlagert die Welle (4) exzentrisch vom
Lagerkörper
(1; 2) weg. Dieses bewirkt eine Vergrößerung der Überdeckung
der Innenkante von Ringkanal (6) und Außenkanten der betreffenden
Steuerräume
(5).
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Die
Folge hier ist demnach eine weitergehende Absperrung des Druckfluidzuflusses
aus Ringkanal (6) und eine wachsende Öffnung der in dieser Zone vorhandenen
Stegspalte (15) und (16).
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Die
im lastfreien Bereich befindlichen Taschen (9) und (10)
bleiben drucklos und es kommt hier zu keinem unnötigen Verbrauch an Druckfluid.
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Für die praktische
Ausführung
des erfindungsgemäßen hydrostatischen
Radiallagers gehörende
Merkmale sind Maßnahmen
zur Erzielung eines Druckausgleichs für den Steuerring (3).
Um die Außenfläche von
Steuerring (3) ist ein Ringraum (7) ausgebildet.
Wie in 3 und 4 dargestellt, wird der Ringraum
(7) entsprechend der Umfangsteilung der Steuerräume (5)
durch Dichtelemente (8) in gegeneinander abgedichtete Einzelräume aufgeteilt. Jeder
Einzelraum von Ringraum (7) ist gemäß 2 und 4 durch
Radialbohrungen (12) mit einer Schmiernut (11)
und letztlich mit einem Steuerraum (5) und zugehörigen Taschen
(9) und (10) verbunden.
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Der
derart erzielte Druckausgleich wird abhängig von den maßlichen
Verhältnissen
eines ausgeführten
erfindungsgemäßen Lagers
einen geringen Kraftüberschuss
von außen
nach innen zur Folge haben. Hierdurch wird erreicht, dass evtl.
sehr dünn
ausgeführte
Steuerringe (3) sich betriebsmäßig nicht verformen.
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In
dem dargestellten Beispiel (3 und 4),
sind die Dichtelemente (8) als in Rechtecknuten (20)
beweglich und ebenfalls an den Stirnflächen (21) dichtend
und beweglich eingepassten Leisten ausgebildet. Sie werden mittels
Federelementen (22) mit für alle Dichtelemente (8)
gleicher Kraft an die Außenfläche des
Ringraums (7) gepresst.
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Bei
rotierender Welle (4) könnte
der Steuerring (3) mitdrehen, was die Arbeitsweise des
erfindungsmäßigen Lagers
grundsätzlich
nicht stört,
jedoch den Wärmehaushalt
negativ beeinflussen würde.
Deshalb ist in 3 eine nicht weiter dargestellte Verdrehsicherung
(23) angedeutet.
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Dieses
kann ein einseitig loser Passstift sein, welcher die radiale Beweglichkeit
des Steuerrings (3) nicht behindert.
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Für das Ausführungsbeispiel
wurde eine 8-ter-Teilung der symmetrischen Merkmale vorgesehen.
Sie ist sinnvoll, jedoch können
auch andere Teilungen verwendet werden.
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Bei
sehr großen
Lager-/Wellendurchmessern kann eine Ausführungsform gewählt werden,
bei der alle ringförmigen
Teile in Ringsegmente aufgeteilt sind, mit geeigneten Endabschlüssen.
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Eine
solche Ausführungsform
ist nicht detailliert dargestellt.
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Sie
würde jedoch
alle erfinderischen Merkmale des Ausführungsbeispiels enthalten.
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Abweichend
vom Beispiel muss dann jedes Ringsegment einzeln mit Druckfluid
versorgt werden, jedoch von lediglich einem Versorgungsaggregat
in paralleler Verteilung.