DE102005004718A1

DE102005004718A1 - Hydrodynamisches Lager

Info

Publication number: DE102005004718A1
Application number: DE200510004718
Authority: DE
Inventors: Thomas Brunnberg
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2005-12-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Lager zum Tragen einer Welle (11), mit einer zentralen Bohrung (13), die dazu bestimmt ist, die Welle (11) aufzunehmen, wobei in Umfangsrichtung eine Stützstruktur (25) angeordnet ist, um die Welle (11) abzustützen. Erfindungsgemäß ist die Stützstruktur (12, 14) in radialer Richtung in wenigstens zwei Teilstützstrukturen (12, 14) geteilt.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Lager gemäß Oberbegriff des Patent anspruchs 1.
Hydrodynamische Lager werden im allgemeinen so angebracht, dass diese sich bewegen können, um eine keilförmige Ausbildung eines Schmierstofffilms zwischen der sich gegenüber einer Stützstruktur des Lagers bewegenden Welle und der die Welle tragenden Stützstruktur zu ermöglichen.

In der DE 38 56 222 T2 ist ein hydrodynamisches Lager beschrieben, bei dem eine in Umfangsrichtung der Welle angeordnete Stützstruktur mit Lagerpolstern vorgesehen ist, die bei Rotation der Welle unter Wirkung von Reibung und Druck relativ zu ihrer Stützstruktur Pendelbewegungen ausführen können. Die Stützstruktur und die Lagerpolster sind einstückig aufgebildet, wobei die Lagerpolster durch radiale und axiale Einschnitte voneinander getrennt sind. Eine Drehung der Welle ist nur in einer Vorzugsrichtung möglich. Die Herstellung eines solchen Lagers ist relativ aufwändig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein hydrodynamisches Lager zu schaffen, das bei einfacher Bauweise Schiefstellungen der Welle zuverlässig ausgleichen kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Lager zum Tragen einer Welle weist eine zentrale Bohrung auf, die dazu bestimmt ist, die Welle aufzunehmen, wobei in Umfangsrichtung eine Stützstruktur angeordnet ist, um die Welle abzustützen. Erfindungsgemäß ist die Stützstruktur in radialer Richtung, von der Bohrung aus gesehen, in wenigstens zwei Teilstützstrukturen geteilt. Durch die radiale Teilung kann eine Geräuschentkopplung bewirkt werden, so dass Geräusche nicht oder nur abgeschwächt vom Lager auf die Welle übertragen werden können. Außerdem erlaubt die Unterteilung eine Bewegung der inneren Teilstützstruktur zum Ausgleich einer Schiefstellung der Welle. Das Lager ist vorzugsweise ein Gelenklager. Bevorzugt ist eine Verwendung als Lager für ein Ölpumpenrad.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

In einer günstigen Ausgestaltung ist zwischen der inneren Teilstützstruktur und der äußeren Teilstützstruktur ein Ausgleichsmittel angeordnet, welches begrenzte axiale und/oder radiale Bewegungen zwischen der inneren und äußeren Teilstützstruktur zulässt. Das Ausgleichsmittel unterstützt vorteilhaft eine Rückstellung der Welle in ihre Ausgangsposition.

In einer günstigen Weiterbildung erstreckt sich das Ausgleichsmittel flächig in axialer Richtung in einem Spalt zwischen der inneren und äußeren Teilstützstruktur. Die beiden Teilstützstrukturen werden durch das Ausgleichsmittel zuverlässig beabstandet. Das Ausgleichmittel wird lokal weniger belastet. Mit dieser Ausgestaltung sind besonders hohe Drehzahlen der Welle möglich.

In einer alternativen günstigen Weiterbildung erstreckt sich das Ausgleichsmittel ringförmig in radialer Richtung von der inneren zur äußeren Teilstützstruktur. In dieser Ausgestaltung kann das Ausgleichsmittel z.B. als Dichtring eingesetzt werden. Bevorzugt ist das Ausgleichsmittel als Elastomerring ausgebildet. Der Elastomerring erlaubt ein fast reibungsfreies Bewegen des Gelenks. Die Welle kann zuverlässig in ihre Ausgangsstellung zurückgestellt werden.

Alternativ kann das Ausgleichsmittel als Elastomermanschette ausgebildet sein. Die Elastomermanschette kann flächig die innere Teilstützstruktur umkleiden.

In alternativer Ausgestaltung kann das Ausgleichsmittel als Federelement ausgebildet sein, z.B. indem eine oder mehrere Blattfedern im Spalt zwischen innerer und äußerer Teilstützstruktur angeordnet sind. Zusätzlich oder alternativ kann das Ausgleichsmittel auch als Schmiermittelfilm, insbesondere als Ölfilm, ausgebildet sein.

In einer günstigen Ausgestaltung greift das Ausgleichsmittel in eine Nut der inneren Teilstützstruktur ein. Diese Ausgestaltung ist besonders für ein ringförmiges Ausgleichselement zweckmäßig. Das Ausgleichsmittel ermöglicht eine zuverlässiges Rückstellen der Welle in ihre Ausgangslage und hält einen zuverlässigen Abstand zwischen der inneren und der äußeren Teilstützstruktur aufrecht. Zweckmäßigerweise liegt das Ausgleichsmittel auf einem Absatz der äußeren Teilstützstruktur und wird mit einer Abdeckung fixiert, was eine einfache Montage ermöglicht.

In einer besonders günstigen Ausgestaltung sind zwei Ausgleichsmittel axial versetzt vorgesehen. Günstigerweise schließen die beiden Ausgleichsmittel eine Bohrung zur Zufuhr von Schmiermittel zur zentralen Bohrung von der äußeren Teilstützstruktur in die innere Teilstützstruktur ein. Besonders zweckmäßig sind die Ausgleichsmittel hier als Elastomerringe ausgebildet. Die beiden Ausgleichsmittel können gleichzeitig als Dichtung des ölbeaufschlagten Bereichs zwischen sich dienen.

Es ist günstig, wenn die innere Teilstützstruktur kugelförmig ausgebildet ist. Dadurch ist eine Schiefstellung der Welle in allen Richtungen ausgleichbar. Die äußere Teilstruktur folgt in ihrer der inneren Teilstruktur zugewandten Fläche der Kontur der inneren Teilstruktur.

Alternativ kann die erste Teilstützstruktur als Ellipsoid ausgebildet sein.

Weitere Ausbildungsformen und Aspekte der Erfindung werden unabhängig von einer Zusammenfassung in den Patentansprüchen ohne Beschränkung der Allgemeinheit im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
1 einen Schnitt durch ein bevorzugtes Lager in Grundstellung;
2 eine Draufsicht auf das bevorzugte Lager im Teilschnitt entlang des Schnitts A-B in 1;
3 einen Schnitt durch ein bevorzugtes Lager aus 1 mit Schiefstellung einer Welle;
4 einen Schnitt durch ein bevorzugtes Lager mit flächigem Ausgleichsmittel.
In 1 ist die Situation bei einem bevorzugten Gelenklager in Grundstellung ohne Welle dargestellt. Das Lager 10 weist eine zentralen Bohrung 13 auf, die dazu bestimmt ist, eine nicht dargestellte Welle aufzunehmen, wobei in Umfangsrichtung eine Stützstruktur 25 angeordnet ist, um die Welle abzustützen. Die Stützstruktur 25 ist in radialer Richtung in zwei Teilstützstrukturen 12, 14 geteilt, wobei die äußere Teilstützstruktur 14 die innere Teilstützstruktur 12 umgibt. Zwischen den beiden Teilstützstrukturen 12, 14 ist ein Spalt 17 ausgebildet.
Die innere Teilstützstruktur 12 ist zur äußeren Teilstützstruktur 14 gewölbt und z.B. wie ein Ellipsoid geformt. Im Inneren Bereich der Teilstützstruktur 12 ist die zylindrische Bohrung 13 angeordnet. Die äußere Teilstützstruktur 14 ist an die Form der inneren Teilstützstruktur 12 angepasst. Am äußeren Umfang ist die äußere Teilstützstruktur 14 zylinderförmig. Die Teilstützstrukturen 12, 14 können aus Kunststoff, Keramik, Bronze, Sintermaterial, Verbundwerkstoff und/oder Metall bestehen.
Zwischen der inneren Teilstützstruktur 12 und der äußeren Teilstützstruktur 14 sind zwei axial versetzte Ausgleichsmittel 21 angeordnet, welche begrenzte axiale und/oder radiale Bewegungen zwischen der inneren und äußeren Teilstützstruktur 12, 14 zulässt. Die beiden Ausgleichsmittel 21 erstrecken sich ringförmig in radialer Richtung von der inneren zur äußeren Teilstützstruktur 12, 14 und greifen in eine Nut 20 der inneren Teilstützstruktur 12 ein. Sie liegen jeweils auf einem Absatz 20 der äußeren Teilstützstruktur 14 auf. Die Ausgleichsmittel 21 sind als Elastomerringe ausgebildet. Von der äußeren Teilstützstruktur 14 zur inneren Teilstützstruktur 12 gelangt Schmiermittel, z.B. Öl, in die Bohrung 13 über eine Bohrung 15 in der äußeren Teilstützstruktur 14 und eine Bohrung 16 in der inneren Teilstützstruktur 12. Die beiden Ausgleichsmittel 21 in Form von Elastomerringen bilden jeweils eine Dichtung für das Schmiermittel, das zwischen ihnen eingeschlossen ist.
An seinen Stirnseiten weist das Lager 10 jeweils eine Abdeckung 18 auf, die mit Schrauben 19 an der äußeren Teilstützstruktur 14 befestigt ist. Eine Draufsicht auf das Lager 10 ist in 2 als Teilschnitt entlang der Linie A-B dargestellt. Die Abdeckung 18 fluchtet mit der jeweiligen Stirnseite und sitzt auf einem Absatz 26 der äußeren Teilstützstruktur 14 auf. Die Abdeckung 18 ragt jeweils über die auf dem Absatz 20 aufliegenden Ausgleichsmittel 21 und fixiert diese auf der äußeren Teilstützstruktur 14. An ihrer Innenkante folgt die Abdeckung 18 der Krümmung des Spalts 17 zwischen den beiden Teilstützstrukturen 12, 14.
Die bevorzugte Ausgestaltung in 3 zeigt ein Lager 10 mit einer Welle 11 in Schiefstellung. Die Ausgestaltung des Lagers 10 entspricht weitgehend der in 1, wobei in 3 die innere Teilstützstruktur 12 kugelförmig ausgebildet ist. Durch die Kugelform sind Schiefstellungen der Welle 11 in alle Richtungen ausgleichbar. Eine Drehrichtung der Welle 11 ist durch einen Pfeil an der Welle 11 kenntlich gemacht.
4 verdeutlicht in einer schematischen Darstellung eine alternative Ausgestaltung eines Lagers 10, bei dem ein Ausgleichsmittel 22 sich flächig in axialer Richtung in ei nem Spalt 17 zwischen einer inneren und äußeren Teilstützstruktur 12, 14 einer Stützstruktur 25 einer Welle 11 erstreckt. In einer Bohrung 13 der inneren Teilstützstruktur 12 ist die Welle 11 drehbar angeordnet. Eine Schmiermittelzufuhr zur zentralen Bohrung 13 erfolgt über miteinander korrespondierende Bohrungen 15, 16 der beiden Teilstützstrukturen 12, 14, wobei in dem flächigen Ausgleichsmittel 22 eine Öffnung 27 vorgesehen ist. Das Ausgleichsmittel 22 ist bevorzugt als Elastomermanschette ausgebildet, kann jedoch alternativ auch als Schmiermittelfilm ausgebildet sein. Alternativ kann das Ausgleichsmittel 21, 22 als Federelement ausgebildet sein.

10: Lager
11: Welle
12: innere Teilstützstruktur
13: Bohrung
14: äußere Teilstützstruktur
15: Bohrung
16: Bohrung
17: Spalt
18: Abdeckung
19: Schraube
20: Absatz
21: Ausgleichsmittel
22: Ausgleichsmittel
23: Spalt
24: Nut
25: Stützstruktur

Claims

Hydrodynamisches Lager zum Tragen einer Welle (11), mit einer zentralen Bohrung (13), die dazu bestimmt ist, die Welle (11) aufzunehmen, wobei in Umfangsrichtung eine Stützstruktur (25) angeordnet ist, um die Welle (11) abzustützen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (25) in radialer Richtung in wenigstens zwei Teilstützstrukturen (12, 14) geteilt ist.
Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der inneren Teilstützstruktur (12) und der äußeren Teilstützstruktur (14) ein Ausgleichsmittel (21, 22) angeordnet ist, welches begrenzte axiale und/oder radiale Bewegungen zwischen der inneren und äußeren Teilstützstruktur (12, 14) zulässt.
Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmittel (22) sich flächig in axialer Richtung in einem Spalt (17) zwischen der inneren und äußeren Teilstützstruktur (12, 14) erstreckt.
Lager nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmittel (21) sich ringförmig in radialer Richtung von der inneren zur äußeren Teilstützstruktur (12, 14) erstreckt.
Lager nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmittel (21) als Elastomerring ausgebildet ist.
Lager nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmittel (22) als Elastomermanschette ausgebildet ist.
Lager nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmittel (21, 22) als Federelement ausgebildet ist
Lager nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmittel (21, 22) als Schmiermittelfilm ausgebildet ist
Lager nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmittel (21) in eine Nut (24) der inneren Teilstützstruktur (12) eingreift.
Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Ausgleichsmittel (21) axial versetzt vorgesehen sind.
Lager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ausgleichsmittel (21) eine Bohrung (16) zur Zufuhr von Schmiermittel zur zentralen Bohrung (13) von der äußeren Teilstützstruktur (14) in die innere Teilstützstruktur (12) einschließen.
Lager nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilstützstruktur (12) kugelförmig ausgebildet ist.
Lager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilstützstruktur (12) als Ellipsoid ausgebildet ist.