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Die
Erfindung betrifft ein Radiallager mit den im Oberbegriff des Anspruchs
1 genannten Merkmalen.
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Stand der Technik
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Ein
Radiallager der eingangs genannten Art ist im Allgemeinen bekannt.
Bei einem Radiallager wirkt eine vom Lagerkörper aufgenommene Kraft senkrecht,
das heißt
radial, zur Drehachse. Der häufigste
Anwendungsfall für
das Radiallager, insbesondere Radialgleitlager, ist die Rundführung, die
auf eine einzige Rotationsachse beschränkt ist. Das Radialgleitlager
weist unterschiedliche Unterformen auf. So kann beispielsweise zwischen
einem hydrostatischen Gleitlager und einem hydrodynamischen Gleitlager
unterschieden werden. Bei dem hydrostatischen Gleitlager werden
Laufflächen
beziehungsweise Lagerflächen
durch einen Ölfilm
mit einer Dicke von einigen hundertstel Millimetern voneinander
getrennt. Ein zur Aufnahme einer Last nötiger Öldruck wird durch eine externe Ölpumpe erzeugt.
Da der Öldruck
so geregelt ist, dass sich die Laufflächen beziehungsweise Lagerflächen nicht
berühren,
sind hydrostatische Lager nahezu verschleißfrei und besonders zur Aufnahme
hoher Lasten innerhalb eines breiten Drehzahlspektrums geeignet.
Im Gegensatz dazu baut sich bei den hydrodynamischen Gleitlagern
die Tragkraft durch eine Strömung
des Öls
in keilförmigen
Lagerspalten ohne oder mit zusätzlicher
Druckversorgung auf.
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Bekannt
sind darüber
hinaus Radiallager, bei welchen zur Schmiermittelzufuhr radiale,
den Lagerkörper
durchdringende Öffnungen
vorgesehen sind. Die Öffnungen
des herkömmlichen
Lagerkörpers münden in
eine Ölnut
ein, welche umlaufend an der inneren Lagerfläche des Radialgleitlagers eingearbeitet
ist und die Breite der Öffnungen
aufweist. Die Ölnut übernimmt
dabei unter anderem die Verteilung des Schmiermittels im Lagerspalt.
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Bei
der eingangs erwähnten
Lagerart können
allerdings technische Probleme auftreten, die als Oil Whirl und
Oil Whip bekannt sind, wobei insbesondere der Effekt des Oil Whip
eine Lager schädigende Wirkung
verursachen kann. Hierbei handelt es sich in der Regel um ein instabiles
Verhalten eines Radiallagers, insbesondere Radialgleitlager. Typischerweise macht
sich das instabile Verhalten des Radiallagers dadurch bemerkbar,
dass eine deutliche Schwingung mit einer Frequenz auftritt, die
in etwa der zweifachen Drehfrequenz der ersten kritischen Biegefrequenz
einer betroffenen Rotorwelle entspricht. Oil Whirl und Oil Whip
sind demnach eine Art „Selbstanregungsschwingung”. Bei dem
Radiallager tritt der Effekt des Oil Whirl dann auf, wenn die Dämpfungskraft
im Lagerspiel nicht ausreichend groß gegenüber einer destabilisierenden
Kraft ist, die auf Grund einer Ölsteifigkeit
im Lager verursacht wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Radiallager
mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den
Vorteil, dass die Selbstanregungsschwingung im Lager und damit Effekte,
wie Oil Whirl und/oder Oil Whip, vermieden oder wenigstens vermindert
werden können.
Dabei ist die zumindest eine Ölnut
abschnittsweise in den Lagerkörper
eingebracht. Auf Grund der abschnittsweisen respektive partiellen
Anordnung der zumindest einen Ölnut
ist eine spezielle Radiallagerform gegeben, die bei einer einsetzenden
Rotation des Lageröls
eine lokale Rückströmung desselben
in der Ölnut
durch einen gezielt und planmäßig gebildeten
Gegenölwirbel
verursacht und somit den unerwünschten
Oil Whirl in Umfangsrichtung des Lagers entlang der Lagerbreite unterbricht.
Letztlich kann dadurch eine Rotation des Lageröls im Lagerspiel und damit
eine Selbstanregungsschwingung des Lageröls (Oil Whip) reduziert und
gegebenenfalls verhindert werden. Ein derart ausgestattetes Radiallager
gewährleistet
im Betrieb in Verbindung mit einer zu lagernden Welle eine Stabilisierung
derselben und damit auch die Langlebigkeit des Radiallagers.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen,
dass die zumindest eine Ölnut
niedriger beziehungsweise tiefer ist als eine vorausgehende beziehungsweise
nachfolgende Lagerfläche,
so dass das Versorgungs- oder Lageröl, insbesondere bei einer vorgesehenen
Anzahl an Ölnuten
und zugeordneten Ölversorgungsbohrungen, nicht
direkt von einer der Ölversorgungsbohrungen
in einen das Lageröl
bevorratenden Ölbehälter ausströmt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es
vorgesehen, dass die zumindest eine Ölnut in Drehrichtung der Welle
zunehmend vertieft ausgebildet ist. Durch das so ausgestaltete Profil beziehungsweise
durch die derart ausgeführte
Geometrie der Ölnut
wird der Gegenölwirbel
in der Ölnut gegen
den Oil Whirl im Lagerspiel in besonders effektiver Weise induziert.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen,
dass die zumindest eine Ölnut
in Drehrichtung der Welle an ihrem vertieften Ende mit einer, insbesondere
konkaven, Kontur versehen ist, so dass ein den Gegenölwirbel
verursachender Zusatzeffekt gegeben ist, welchen den unerwünschten
Oil Whirl abreißen
lässt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen,
dass die zumindest eine Ölnut
in der Nähe
einer Ölversorgungsbohrung beziehungsweise
zwischen zwei Ölversorgungsbohrungen
angeordnet ist. Hierbei hat sich gezeigt, dass eine derartige Anordnung
der zumindest einen Ölnut zu
einem optimalen und wirkungsvollen Gegenölwirbel führt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen,
dass der Lagerkörper,
insbesondere Schwimmbuchse beziehungsweise Festbuchse, in einem
Lagergehäuse
angeordnet ist, wobei unterschiedliche Lagerausführungen umgesetzt werden können und
eine zuverlässige Lagerkapselung,
insbesondere gegen Verschmutzungen, gegeben ist.
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Vorteilhafterweise
ist das Radiallager als hydrodynamisches Radiallager ausgeführt, welches sich
besonders zur Aufnahme hoher Lasten innerhalb eines breiten Drehzahlspektrums
eignet und nahezu verschleißfrei
ist.
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Mit
Vorteil ist zudem das hydrodynamische Radiallager als rotierendes
Schwimmbuchsenlager oder Semi-Schwimmbuchsenlager ausgeführt, so dass
besondere Anwendungen, wie beispielsweise eine Turboladerlagerung,
realisiert werden können.
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Vorteilhaft
ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Radiallagers in einem Turbolader,
wodurch sich dessen Rotorwellendynamik stabilisiert und die zu unterdrückenden
Effekte, wie Oil Whirl und Oil Whip, minimiert oder verhindert werden
können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der weiteren
Ansprüche
werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele
näher erläutert, ohne
dass insoweit eine Beschränkung
der Erfindung erfolgt; diese umfasst vielmehr alle Abwandlungen, Änderungen
und Äquivalente,
die im Rahmen der Ansprüche
möglich
sind. Es zeigen:
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1 Aufbau,
Anordnung und Ausführung der
Radiallagergeometrie mit innenliegenden Ölnuten in einer Schnittdarstellung;
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2 Dimensionierung
der Ölnuten
und Anordnung an einer Ölzufuhr
derselben in einer weiteren Schnittdarstellung;
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3 eine
erste Formvariante der Ölnuten für Radiallager
in einer Schnittdarstellung;
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4 eine
zweite Formvariante der Ölnuten für Radiallager
in einer Schnittdarstellung; und
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5 eine
dritte Formvariante der Ölnuten für Radiallager
in einer Schnittdarstellung;
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Ausführungsform(en)
der Erfindung
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In 1 ist
ein Radiallager 10 gezeigt, das als Radialgleitlager ausgeführt ist.
Das Radiallager 10 weist in der gezeigten Schnittdarstellung
eine Ringform auf und ist mit einem Lagerkörper 11 ausgestattet.
Der Lagerkörper 11 ist
vorzugsweise mit vier, jeweils um 90° zueinander versetzten und radial versetzt
angeordneten Ölversorgungsbohrungen 12 versehen, über die
Lageröl 13 von
einem nicht dargestellten Ölbehälter unter
Einwirkung einer Pumpenkraft in einen Aufnahmeraum 14 eingeleitet
wird. Die Ölversorgungsbohrungen 12 dienen
hierbei der Ölzufuhr.
In dem Aufnahmeraum 14 befindet sich eine Welle 15,
die sich im Betrieb entsprechend der mittels des Pfeils 16 dargestellten
Drehrichtung dreht. Dieselbe Drehrichtung überträgt sich diesem Fall auf das
Lageröl 13,
welches sich in einem Lagerspalt 17 zwischen der Innenwandung 18 des
Lagerkörpers 11 und
der Mantelfläche 19 der
Welle 15 befindet. Das so in Bewegung gesetzte Lageröl 13 verursacht
auf Grund seiner Rotation bereits einen physikalischen Effekt, der
unter der Bezeichnung Oil Whirl bekannt ist und mittels der Pfeile 20 symbolisiert
wird.
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Zur
Reduzierung des besagten Effektes ist hierbei von besonderer Bedeutung,
dass an der Innenwandung 18 des Lagerkörpers 11 so genannte Ölnuten 21 neben
den Ölversorgungsbohrungen 12 angeordnet
sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist unmittelbar an jeder Ölversorgungsbohrung 12 jeweils
eine Ölnut 21 eingebracht.
Das Profil jeder einzelnen Ölnut 21 ist
in Drehrichtung 16 der Welle 15 vergrößert und
mit einem Abrundungsradius an dem jeweiligen Nutende versehen. Auf
Grund der besonderen Form und Ausgestaltung der Ölnuten 21 des Radiallagers 10 ist
eine Rückströmung des
Lageröls 13 durch
einen gezielt und planmäßig gebildeten und
anhand der Ringpfeile 22 verdeutlichten Gegenölwirbel
gegeben, der den unerwünschten
Oil Whirl in Umfangsrichtung unterbricht. Mit anderen Worten wird
durch die besondere Nutgeometrie der Gegenölwirbel in der entsprechenden Ölnut 21 gegen
das rotierende Lageröl 13 im
Lagerspiel induziert. Somit unterbricht beziehungsweise verhindert
der in der Ölnut 21 induzierte,
das heißt
hineingeführte
oder hineingeleitete, Gegenölwirbel
(22) das rotierende Lageröl 13 in der Drehrichtung 16 der
Rotorwelle 15.
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Gemäß 2 ist
ein vergrößerter Teilabschnitt
der Innenwandung 18 des Lagerkörpers 11 mit einer
daran angeordneten Ölnut 21 gezeigt,
in welcher zwei Ölversorgungsbohrungen 12 eingebracht
sind. Die Ölnut 21 weist
eine Nutlänge 23 in axialer
Richtung und eine Nutbreite 24 in Umfangsrichtung des Lagers 10 auf.
Dabei ist die Nutlänge 23 gleich
der Lagerbreite.
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In
den 3 bis 5 sind verschiedene Ausführungsbeispiele
respektive Ölnutvarianten
für Radiallager
dargestellt. Außer
der Standardvariante gemäß 3 werden
zwei weitere Varianten gemäß 4 und
gemäß 5 vorgesehen.
Entsprechend der 4 ist dabei die so genannte
Einströmkante gerade
ausgeführt
und über
eine Abrundung mit der so genannten Ausströmkante verbunden, welche ebenfalls
gerade verläuft.
Der Unterschied zwischen den Varianten gemäß den 4 und 5 besteht darin,
dass der so genannte Ausströmwinkel
unterschiedlich ausgebildet ist. Nach 4 weist
die Ölnut 21 einen
radial verlaufenden Ausströmwinkel
auf, während
die Ölnut
gemäß 5 mit
einem in Rotationsrichtung nach vorne geneigten Ausströmwinkel versehen
ist.
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Zusammenfassend
ist ein Radiallager 10 mit einem Lagerkörper 11 geschaffen,
der einen Aufnahmeraum 14 für eine darin anordenbare Welle 15 aufweist
und mit zumindest einer Ölnut 21 an
einer dem Aufnahmeraum 14 zugewandten Innenwandung 18 des
Lagerkörpers 11 versehen
ist. Hierbei ist vorgesehen, dass die zumindest eine Ölnut 21 abschnittsweise,
das heißt
mit Unterbrechungen, in den Lagerkörper 11 eingebracht
ist, um nach 1 den inneren Oil Whirl in dem
Radiallager 10 mit rotierender Schwimmbuchse, in einem
Semi-Schwimmbuchsenlager oder in einem Festlager zu verhindern oder
sogar zu eliminieren. Dabei hat ein äußerer Oil Whirl eine geringe
Wirkung.