DE102020110255A1

DE102020110255A1 - Hydrodynamische druckscheiben mit pumpmerkmalen für anwendungen mit spärlicher schmierung

Info

Publication number: DE102020110255A1
Application number: DE102020110255.0A
Authority: DE
Inventors: Saikrishna SUNDARARAMAN; Raymond L. Szparagowski; Raymond P. Hartzell
Original assignee: Freudenberg NOK GP
Current assignee: Freudenberg NOK GP
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2020-04-15
Publication date: 2020-10-29
Also published as: CN111853051A; JP7301785B2; JP2020180701A; CN111853051B; US10774876B1

Abstract

Eine Druckscheibe beinhaltet einen ringförmigen Körper mit einer Öffnung darin und aufweisend eine erste axiale Fläche und eine zweite axiale Fläche, wobei sich eine Außendurchmesserkante und eine Innendurchmesserkante zwischen der ersten und der zweiten axialen Fläche erstrecken. Mindestens eine der ersten und der zweiten axialen Fläche beinhaltet eine Vielzahl von vertieften Nuten, die sich mindestens teilweise zwischen der Innenkante und der Außenkante erstrecken und nicht vertiefte Stege zwischen den vertieften Nuten definieren. Die Vielzahl von vertieften Nuten beinhaltet eine Übergangsregion, die zu den Stegen übergeht, und eine Schöpfregion, die von dem Übergangsregion getrennt ist durch einen abgestuften Wandabschnitt, der sich zwischen der Schöpfregion und der sich verjüngenden Region erstreckt. Die vertieften Nuten können gerichtete symmetrische bidirektionale Nuten zur Verwendung in Systemen mit einer Drehung in beide Richtungen beinhalten.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft hydrodynamische Druckscheiben mit Pumpmerkmalen für Anwendungen mit spärlicher Schmierung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen bereit, welche die vorliegende Offenbarung betreffen und nicht unbedingt dem Stand der Technik entsprechen.
Druckscheiben versagen aufgrund des Verlustes der Schmierung und hoher Grenzflächentemperaturbedingungen. Eine der häufigsten Fehlerarten für polymere Drucklager beruht auf einer zu hohen Grenzflächentemperatur, die direkt aus dem Verlust der Schmierung resultiert. Diese Art des Versagens kommt auffallend häufig bei Anwendungen vor, bei denen die Schmierung nur am AD des Lagers aufgrund dessen zur Verfügung steht, dass bestehende Ausgestaltungen nicht in der Lage sind, Schmiermittel effektiv auf die Grenzfläche durch Überwindung der Zentrifugalkraft zu pumpen. Infolgedessen stellte die Verwendung von Polymerlagern unter derartigen Anwendungsbedingungen eine Herausforderung dar.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollständigen Umfangs oder all ihrer Merkmale.
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Drucklager ausgerichtet, das aus einem thermoplastischen, duroplastischen, metallischen oder keramischen Material gefertigt ist. Die vorliegende Offenbarung verwendet verbesserte Nutmerkmale, um die Fähigkeit zum Bilden dünner Schmierfilme zu verbessern. Die Merkmale ermöglichen eine bessere Filmerzeugung und dadurch eine geringere Reibung und Grenzflächentemperatur. Diese Merkmale ermöglichen die Verwendung von sehr geringen Schmierbedingungen, da sie das Schmiermittel effektiver verwenden als herkömmliche Nutgeometrien. Das Ergebnis dieser neuen Ausgestaltung ermöglicht es ihnen, in aggressiveren Drehzahl- und Druckanwendungen verwendet zu werden, während zudem das Drehmoment im Vergleich zu heutzutage verwendeten Ausgestaltungen reduziert wird.
Die neuen Nutmerkmale pumpen Schmiermittel vom AD der Scheibe zum ID, während hydrodynamische Leistung bereitgestellt wird. Die Merkmale stellen ein optimales Volumen an Schmiermittelfluss über einen Drehzahlbereich bereit, um den Reibungswiderstand auf einem Minimum zu halten, und ermöglichen die Verwendung von sehr geringen Schmiermittelbedingungen, da sie das Schmiermittel effektiver verwenden als herkömmliche Nutgeometrien.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der in dieser Schrift bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und konkreten Beispiele in dieser Kurzdarstellung dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
Figurenliste
Die in dieser Schrift beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Umsetzungen und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Druckscheibe mit hydrodynamischen Merkmalen gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ist eine Draufsicht auf eine Druckscheibe, die der in 1 gezeigten ähnlich ist, mit einer kleineren Anzahl von hydrodynamischen Nutmerkmalen;
3 ist eine Detaildraufsicht auf die hydrodynamischen Merkmale der in den 1 und 2 gezeigten Druckscheibe;
4 ist eine perspektivische Ansicht einer Druckscheibe mit hydrodynamischen Merkmalen gemäß einer zweiten Ausführungsform;
5 ist eine perspektivische Ansicht einer Druckscheibe mit hydrodynamischen Merkmalen gemäß einer dritten Ausführungsform;
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Druckscheibe mit hydrodynamischen Merkmalen gemäß einer vierten Ausführungsform;
7 ist eine Detaildraufsicht auf die hydrodynamischen Merkmale der in 6 gezeigten Druckscheibe;
8 ist eine perspektivische Ansicht einer Druckscheibe mit hydrodynamischen Merkmalen gemäß einer fünften Ausführungsform;
9 ist eine perspektivische Ansicht einer Druckscheibe mit hydrodynamischen Merkmalen gemäß einer sechsten Ausführungsform;
10 ist eine Teildraufsicht auf die in 9 gezeigte Druckscheibe;
11 ist eine Detaildraufsicht auf die hydrodynamischen Merkmale der in 8 gezeigten Druckscheibe;
12 ist eine Detaildraufsicht auf die hydrodynamischen Merkmale gemäß einer siebten Ausführungsform einer Druckscheibe;
13 ist eine Seitendraufsicht auf die hydrodynamischen Merkmale der in 12 gezeigten Druckscheibe;
14 ist eine Detaildraufsicht auf die in 4 gezeigten hydrodynamischen Merkmale;
15 ist eine Seitendraufsicht auf die hydrodynamischen Merkmale der in 14 gezeigten Druckscheibe;
16 ist eine perspektivische Ansicht einer Druckscheibe mit hydrodynamischen Merkmalen gemäß einer achten Ausführungsform;
17 ist eine graphische Darstellung, die einen kritischen Drehzahlvergleich für die verschiedenen Druckscheibenausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung bereitstellt;
18 ist eine graphische Darstellung, die einen Pumpratenvergleich für die verschiedenen Druckscheibenausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung bereitstellt;
19 ist eine graphische Darstellung einer kritischen Drehzahl gegenüber einem Einlasswinkel für die verschiedenen Druckscheibenausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung;
20 ist eine graphische Darstellung einer Pumprate gegenüber einem Einlasswinkel für die verschiedenen Druckscheibenausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung;
21 ist eine perspektivische Ansicht einer Druckscheibe mit symmetrischen bidirektionalen hydrodynamischen Nuten; und
22 ist eine perspektivische Ansicht einer Druckscheibe mit symmetrischen bidirektionalen hydrodynamischen Nuten gemäß einer alternativen Ausführungsform.

In den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen geben sich entsprechende Bezugszeichen gleiche Teile an.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Beispielhafte Ausführungsformen werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Beispielhafte Ausführungsformen werden so bereitgestellt, dass diese Offenbarung umfänglich ist und den Schutzumfang der Offenbarung für den Fachmann vollständig vermittelt. Zahlreiche konkrete Details werden dargelegt, wie etwa Beispiele für konkrete Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein umfängliches Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Für den Fachmann ist jedoch offensichtlich, dass konkrete Details nicht eingesetzt werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt sein können und dass keines von beiden dazu gedacht ist, den Schutzumfang der Offenbarung einzuschränken. In einigen beispielhaften Ausführungsformen werden hinlänglich bekannte Prozesse, hinlänglich bekannte Vorrichtungsstrukturen und hinlänglich bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
Die in dieser Schrift verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht einschränken. Im vorliegenden Zusammenhang können die Singularformen „ein“, „eine“ sowie „der“, „die“, „das“ dazu gedacht sein, auch die Pluralformen zu beinhalten, es sei denn, der Kontext gibt eindeutig etwas anderes vor. Die Ausdrücke „umfasst“, „umfassend“, „beinhaltend“ und „aufweisend“ sind inklusiv und definieren somit das Vorhandensein der genannten Merkmale, Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten, schließen aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht aus. Die in dieser Schrift beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sollen nicht so verstanden werden, dass deren Durchführung unbedingt in der konkreten erörterten oder veranschaulichten Reihenfolge erforderlich ist, es sei denn, sie sind speziell als eine Reihenfolge der Durchführung festgelegt. Es versteht sich außerdem, dass zusätzliche oder alternative Schritte eingesetzt werden können.
Wenn ein Element oder eine Schicht derart bezeichnet wird, dass es/sie sich „an“, „in Eingriff stehend mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht ist, kann es/sie mit dem anderen Element oder der anderen Schicht in Eingriff stehen, verbunden oder gekoppelt sein, oder dazwischenliegende Elemente oder Schichten können vorhanden sein. Wenn im Gegensatz dazu ein Element derart bezeichnet wird, dass es „direkt an“, „direkt in Eingriff stehend mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht ist, sind möglicherweise keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden. Andere Wörter, die zum Beschreiben der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden, sollten in gleicher Weise interpretiert werden (z. B. „zwischen“ gegenüber „direkt dazwischen“, „benachbart“ gegenüber „direkt benachbart“ usw.). Im vorliegenden Zusammenhang beinhaltet der Ausdruck „und/oder“ beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der assoziierten aufgeführten Punkte.
Auch wenn die Ausdrücke erste/r, zweite/r, dritte/r usw. in dieser Schrift verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Bereiche zu beschreiben, sollen diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Bereiche durch diese Ausdrücke nicht eingeschränkt werden. Diese Ausdrücke werden möglicherweise lediglich verwendet, um ein Element, eine Komponente, eine Region, eine Schicht und/oder einen Bereich von einem anderen Element, einer anderen Komponente, Region, Schicht und/oder einem anderen Bereich zu unterscheiden. Ausdrücke, wie etwa „erste/r“, „zweite/r“ und andere numerische Begriffe implizieren, wenn sie in dieser Schrift verwendet werden, keine Abfolge oder Reihenfolge, außer dies ist durch den Kontext explizit angegeben. Somit könnte ein erstes Element, eine erste Komponente, eine erste Region, eine erste Schicht oder ein erster Bereich, das/die/der nachstehend erörtert ist, als zweites Element, zweite Komponente, zweite Region, zweite Schicht oder zweiter Bereich bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
Räumlich relative Ausdrücke, wie etwa „inne/r/s“, „äußere/r/s“, „unter“, „unterhalb“, „untere/r/s“, „oberhalb“, „obere/r/s“ und dergleichen können in dieser Schrift zur leichteren Beschreibung verwendet werden, um das Verhältnis eines Elements oder Merkmals zu (einem) anderen Element(en) oder Merkmal(en) zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Räumlich relative Ausdrücke können dazu gedacht sein, zusätzlich zu der in den Figuren abgebildeten Ausrichtung verschiedene Ausrichtungen der verwenden oder betriebenen Vorrichtung einzuschließen. Wenn die Vorrichtung in den Figuren beispielsweise umgedreht ist, wären als „unterhalb von“ oder „unter“ anderen Elementen oder Merkmalen befindlich beschriebene Elemente „oberhalb“ der anderen Elemente oder Merkmale ausgerichtet. Der beispielhafte Ausdruck „unter“ kann somit eine Ausrichtung sowohl ober- als auch unterhalb einschließen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (um 90 Grad oder in anderen Ausrichtungen gedreht), und die in dieser Schrift verwendeten räumlich relativen Deskriptoren können ebenfalls entsprechend ausgelegt werden.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Drucklager 10 gezeigt, das einen ringförmigen Körper 12 mit einer Öffnung 14 darin beinhaltet. Der ringförmige Körper 12 weist eine erste axiale Fläche 16 und eine zweite axiale Fläche 18 zusammen mit einer Außendurchmesserseitenwand 20 und einer Innendurchmesserseitenwand 22 auf, die sich zwischen der ersten und der zweiten axialen Fläche 16, 18 erstrecken. Mindestens eine der axialen Flächen 16, 18 beinhaltet eine Vielzahl von vertieften hydrodynamischen Nutmerkmalen 24, die sich von der Innendurchmesserseitenwand 22 zu der Außendurchmesserseitenwand 20 erstrecken, wie in der axialen Fläche 16 gezeigt. Die axiale Fläche 16 beinhaltet eine Vielzahl von ebenen Stegen 26, die zwischen den hydrodynamischen vertieften Nutmerkmalen 24 angeordnet sind. Die hydrodynamische Nutmerkmale 24 aus den 2 und 3 sind die gleichen wie die hydrodynamischen Nutmerkmale 24 in 1, mit der Ausnahme, dass 1 18 hydrodynamische Nutmerkmale 24 und zeigt und die 2 und 3 12 hydrodynamischen Nutmerkmale 24 zeigen. Es versteht sich, dass die Anzahl der hydrodynamischen Nutmerkmale 24 basierend auf einer konkreten Anwendung ausgewählt werden kann. Als Beispiel zeigt 6 acht hydrodynamische Nutmerkmale 24.
Das Drucklager gemäß der vorliegenden Erfindung wird aus einem thermoplastischen, duroplastischen oder anderen Konstruktionsmaterialien, einschließlich Metallen und Keramiken, unter Verwendung von maschineller Bearbeitung, Formen, Sintern, Stanzen oder anderen Techniken gefertigt. Die vorgeschlagenen Ausgestaltungen der 1-16 und 21-22 sind spezifisch für Anwendungen, bei denen eine Schmierung am Außendurchmesser (AD) des Lagers im Gegensatz zu dem Innendurchmesser (ID) zur Verfügung steht. Bei der Verfügbarkeit der Schmierung könnte es sich entweder um eine druckbeaufschlagte Schmierung am AD (höherer Druck am AD als am ID) oder eine Schmierung per Spritzer mit spärlicher Verfügbarkeit des Schmiermittels am AD handeln.
Die vertieften hydrodynamischen Nutmerkmale 24 können aus einer spiralförmigen Nut bestehen, die ein radiales Profil R1 aufweisen kann. Wie in den 1-3 gezeigt, kann das radiale Profil R weniger als die Hälfte des Innendurchmessers betragen, wie in den 2 und 3 veranschaulicht. Als Alternative, wie in den 6 und 7 gezeigt, kann das radiale Profil R2 gleich einem Viertel des AD sein. Als eine weitere Alternative, wie in 8 gezeigt, kann das radiale Profil R3 mehr als ein Viertel des AD betragen. Es versteht sich, dass das radiale Profil R basierend auf der gewünschten Anwendung ausgewählt werden kann und einen Radiuswert im Bereich von 0,005 Zoll bis 0,95*ID aufweisen kann. Darüber hinaus kann das radiale Profil tangential zu dem Eintrittswinkel sein und kann kreisförmig, elliptisch, hyperbolisch oder logarithmisch sein.
Die vertieften hydrodynamischen Nutmerkmale 24 beinhalten eine erste Übergangsnutregion 24A, die von den ebenen Stegen 26 übergeht, und eine Schöpfregion 24B, die in Bezug zu der Übergangsnutregion 24A und den ebenen Stegen 26 nach unten abgestuft ist. Die Übergangsnutregion 24A der vertieften hydrodynamischen Nutmerkmale 24 beinhaltet einen Einlasswinkel α, der durch einen Winkel einer Tangente des radialen Profils R in Bezug zu einer Tangente der kreisförmigen äußeren Seitenwand 20 definiert wird. Der Einlasswinkel kann im Bereich von 0 bis 85° liegen. Wie in 3 gezeigt, beträgt der Winkel α 15°. Alternativ dazu, wie in 7 gezeigt, beträgt der Winkel α 0°. Es versteht sich, dass der Einlasswinkel α basierend auf der gewünschten Anwendung ausgewählt werden kann. Darüber hinaus kann die Schöpfregion 24B mit einer konkreten Tiefe D (am besten in den 13 und 15 veranschaulicht), einem Spitzenradius Rt, einem Einlaufradius R_Li und einem Übergangsradius R_b, wie am besten durch die detaillierte Ansicht aus 11 veranschaulicht, ausgestaltet sein. Der Schöpfspitzenradius R_t liegt im Bereich von 0,001 bis 0,1 Zoll. Der Schöpfeinlaufradius R_Li kann im Bereich von 0,005 bis 0,75 Zoll liegen. Der Schöpfübergangsradius R_b kann im Bereich von 0,005 bis 1,0 Zoll liegen. Wie in den 4 und 5 gezeigt, kann das Eintrittsende 30 der Schöpfregionen 24B derart ausgebildet sein, dass es in Abhängigkeit der gewünschten Anwendung in Umfangsrichtung länger oder kürzer ist.
Die Schöpfregionen 24B sind dazu ausgestaltet, am AD der Scheibe verfügbares Schmiermittel zum ID zu pumpen, indem die Zentrifugalkraft (die bewirkt, dass das Fluid nach außen gedrückt wird) für einen Drehzahlbereich überwunden wird. Die Übergangsnutregionen 24A der hydrodynamischen Nuten 24 helfen bei der Förderung des Fluidflusses in die Stege 26 der Scheibe 10, indem ein Fluidfilm erzeugt und gehalten wird, um Druckkräfte über einen Lastbereich, Drehzahlen und Schmierbedingungen zu unterstützen, wodurch Reibungsverluste und der Verschleiß der Stegflächen 26 minimiert werden. Die Fähigkeit, Fluid vom AD zum ID der Scheibe 10 zu ziehen, ermöglicht es der Scheibe 10 in ADspritz- und druckbeaufschlagten geschmierten Umgebungen betrieben zu werden.
Die Nutmerkmale wurden unter Verwendung von Analyse-Tools ausgestaltet und zudem auf Prüfständen validiert. Die Ergebnisse der Prüfungen sind in den 17 bis 20 zusammengefasst, welche die kritischen Drehzahlen und Pumpraten für die Ausgestaltungen in den 1, 4-6, 9 und 16 zeigen. Die kritische Drehzahl ist als die Drehzahl definiert, die dem Zustand entspricht, wenn die Pumprate auf Null zugeht. Die Ergebnisse werden auch mit Ausgestaltungen PA1, PA2 nach dem Stand der Technik verglichen. Wie ersichtlich ist, haben die entwickelten Ausgestaltungen die kritischen Drehzahlen und Pumpraten im Vergleich zu den Basisausgestaltungen PA1 und PA2 wesentlich verbessert.
Die Druckscheibe 110 aus den 9-11 beinhaltet chevronförmige Nuten 124. Die chevronförmigen Nuten 124 aus 9 beinhalten ein inneres Segment 128 und ein äußeres Segment 130, die ein V bilden, das in eine Umfangsrichtung der Scheibe 10 zeigt. Die chevronförmigen Nuten 124 ersetzen die spiralförmigen Nuten 24 und beinhalten eine Übergangsnutregion 124A und eine Schöpfregion 124B. Die chevronförmige Nut 124 erzielt einzigartige Ergebnisse, nämlich insofern, dass sie die kritische Drehzahl trotz niedriger Pumprate erhöht hat, da diese Ausgestaltung hauptsächlich die Fluidfilmerzeugung fördert, indem Fluid sowohl vom ID als auch vom AD des Lagers gepumpt wird. Die chevronartige Nut 124 kann genutzt werden, um die Grenzfläche unter Verwendung von Fluid, das sowohl am ID und als auch am AD zur Verfügung steht, zu schmieren. Die chevronförmigen Nutmerkmale können mit einem Versatz zwischen den Nuten an dem AD und dem ID bereitgestellt sein.
Basierend auf Anwendungsbedingungen können die Parameter für die Druckscheibenausgestaltung angepasst werden, um konkrete Betriebsanforderungen zu erfüllen. Diese neuen Ausgestaltungen sind ideal für die Verwendung in ADspritzgeschmierten und AD-druckbeaufschlagten Anwendungen.
12 zeigt eine detaillierte Draufsicht auf ein beispielhaftes vertieftes hydrodynamisches Nutmerkmal 24 gemäß einer siebten Ausführungsform. 13 ist eine Seitendraufsicht auf die Scheibe 10, die das Eintrittsende 30 der Schöpfregion 24B und der Übergangsnutregion 24A zeigt. In der Ausführungsform aus den 12 und 13 weist das Eintrittsende 30 der Schöpfregion 24B eine Eintrittslänge L1 auf, die in Umfangsrichtung kürzer ist als die Eintrittslänge L2 des Eintrittsendes der Übergangsnutregion 24A. Die Schöpfregion 24B weist eine Tiefe D auf und die Stufenregion 32 zwischen der Schöpfregion 24B und der Übergangsnutregion 24A kann gebogen oder abgewinkelt sein und kann eine Höhe H aufweisen, die sich von der Schöpfregion 24B nach oben erstreckt.
14 zeigt eine detaillierte Draufsicht auf ein beispielhaftes vertieftes hydrodynamisches Nutmerkmal 24 gemäß einer vierten Ausführungsform. 15 ist eine Seitendraufsicht auf die Scheibe 10, die das Eintrittsende 30 der Schöpfregion 24B und der Übergangsnutregion 24A zeigt. In der Ausführungsform aus den 14 und 15 ist das Eintrittsende 30 der Schöpfregion 24B in Umfangsrichtung länger als das Eintrittsende der Übergangsnutregion 24A.
Unter Bezugnahme auf 16, ist eine Scheibe 10 gemäß einer achten Ausführungsform gezeigt, in der die vertieften hydrodynamischen Nutmerkmale 24 mit sich verjüngenden Nuten 40 kombiniert sind, die sich in einer radialen Richtung erstrecken. Die sich verjüngenden Nuten 40 werden in einer radial nach außen verlaufenden Richtung schmaler. Es versteht sich, dass andere Formen von sich verjüngenden oder geraden Nuten mit den vertieften hydrodynamischen Nutmerkmalen 24 kombiniert werden können.
Es ist anzumerken, dass die vorstehend erwähnten Nutmerkmale 24 auf einer oder auf beiden Flächen der Druckscheibe 10 eingesetzt werden können, wie in den 21 und 22 gezeigt. Die Nutmerkmale 24 an beiden Flächen der Druckscheibe 10 können wie gezeigt ausgerichtet oder in Umfangsrichtung versetzt sein. Die Nutmerkmale 24 an beiden Flächen der Druckscheibe 10 können versetzt und gespiegelt sein. Die Nutmerkmale 24 an beiden Flächen der Druckscheibe 10, wo sich die Nuten 24 überlappen, aber gespiegelt sind, sodass sich die Nuten auf gegenüberliegenden Flächen überkreuzen, wenn sie von oben betrachtet werden.
Unter Bezugnahme auf 21 ist eine Druckscheibe 210 gemäß einer weiteren Ausführungsform, einschließlich bidirektionaler symmetrischer Nuten 224, gezeigt. Die Druckscheibe 210 beinhaltet einen ringförmigen Körper 212 mit einer Öffnung 214 darin. Der ringförmige Körper 212 weist eine erste axiale Fläche 216 und eine zweite axiale Fläche 218 zusammen mit einer Außendurchmesserseitenwand 220 und einer Innendurchmesserseitenwand 222 auf, die sich zwischen der ersten und der zweiten axialen Fläche 216, 218 erstrecken. Mindestens eine der axialen Flächen 216, 218 beinhaltet eine Vielzahl von symmetrischen vertieften hydrodynamischen Nutmerkmalen 224, die sich von der Innendurchmesserseitenwand 222 zu der Außendurchmesserseitenwand 220 erstrecken, wie in der axialen Fläche 216 gezeigt. Die axiale Fläche 216 beinhaltet eine Vielzahl von ebenen Stegen 226A, 226B, die zwischen den hydrodynamischen vertieften Nutmerkmalen 224 angeordnet sind. Die Stege 226A befinden sich an einer Innenseite der hydrodynamischen Nutmerkmale 224 und die Stege 226B befinden an einer Außenseite der hydrodynamischen Nutmerkmale 224. Die vertieften hydrodynamischen Nutmerkmale 224 beinhalten eine erste Übergangsnutregion 224A, die von den ebenen Stegen 226B übergeht, und eine Schöpfregion 224B, die in Bezug zu der Übergangsnutregion 224A und den ebenen Stegen 226A nach unten abgestuft ist. Die Übergangsnutregion 224A der vertieften hydrodynamischen Nutmerkmale 224 beinhaltet einen Einlasswinkel α, der durch einen Winkel einer Tangente des radialen Profils R in Bezug zu einer Tangente der kreisförmigen äußeren Seitenwand 220 definiert wird. Zusätzliche Übergangsnutregionen 224C können an der Innenseite der Schöpfregionen 224B bereitgestellt sein. Die bidirektionalen symmetrischen Nuten 224 ermöglichen eine relative Drehung in beide Richtungen, ohne die Schmierung der Stegflächen 226 zu beeinträchtigen.
Unter Bezugnahme auf 22 ist eine Druckscheibe 310 gemäß einer weiteren Ausführungsform, einschließlich bidirektionaler symmetrischer Nuten 324, gezeigt. Die Druckscheibe 310 beinhaltet einen ringförmigen Körper 312 mit einer Öffnung 314 darin. Der ringförmige Körper 312 weist eine erste axiale Fläche 316 und eine zweite axiale Fläche 318 zusammen mit einer Außendurchmesserseitenwand 320 und einer Innendurchmesserseitenwand 322 auf, die sich zwischen der ersten und der zweiten axialen Fläche 316, 318 erstrecken. Mindestens eine der axialen Flächen 316, 318 (und optional beide) beinhaltet eine Vielzahl von symmetrischen vertieften hydrodynamischen Nutmerkmalen 324, die sich von der Innendurchmesserseitenwand 322 zu der Außendurchmesserseitenwand 320 erstrecken, wie in der axialen Fläche 316 gezeigt. Die axiale Fläche 316 beinhaltet eine Vielzahl von ebenen Stegen 326A, 326B, die zwischen den hydrodynamischen vertieften Nutmerkmalen 324 angeordnet sind. Die Stege 326A befinden sich an einer Innenseite der hydrodynamischen Nutmerkmale 324 und die Stege 326B befinden an einer Außenseite der hydrodynamischen Nutmerkmale 324. Die vertieften hydrodynamischen Nutmerkmale 324 beinhalten eine erste Übergangsnutregion 324A, die von den ebenen Stegen 326B übergeht, und eine Schöpfregion 324B, die in Bezug zu der Übergangsnutregion 324A und den ebenen Stegen 326A nach unten abgestuft ist. Die Übergangsnutregion 324A der vertieften hydrodynamischen Nutmerkmale 324 beinhaltet einen Einlasswinkel α, der durch einen Winkel einer Tangente des radialen Profils R in Bezug zu einer Tangente der kreisförmigen äußeren Seitenwand 320 definiert wird. Zusätzliche Übergangsnutregionen 324C können an der Innenseite der Schöpfregionen 324B bereitgestellt sein. Darüber hinaus kann, wie eine Variation der Ausführungsform aus 21, das Einlassende der Schöpfregion von der Außendurchmesserseitenwand 320 nach innen vertieft sein, sodass eine zusätzliche Übergangsnutregion 324D an einer radial äußeren Seite der Außenstege 226B angeordnet sein kann. Die bidirektionalen symmetrischen Nuten 324 ermöglichen eine relative Drehung in beide Richtungen, ohne die Schmierung der Stegflächen 326 zu beeinträchtigen.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde zur Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Damit wird keinerlei Anspruch auf Vollständigkeit erhoben, und sie ist nicht dazu gedacht, die Offenbarung zu beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern sind gegebenenfalls austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, selbst wenn dies nicht speziell gezeigt oder beschrieben ist. Dieselben können auch in vielerlei Hinsicht variiert werden. Derartige Variationen sind nicht als Abweichung von der Offenbarung zu betrachten, und alle derartigen Modifikationen sollen innerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung liegen.

Claims

Druckscheibe, umfassend: einen ringförmigen Körper mit einer Öffnung darin und aufweisend eine erste axiale Fläche und eine zweite axiale Fläche, eine äußere Seitenwand und eine innere Seitenwand, die sich zwischen der ersten und der zweiten axialen Fläche erstrecken, wobei mindestens eine der ersten und der zweiten axialen Fläche eine Vielzahl von vertieften Nuten beinhaltet, die sich mindestens teilweise zwischen der inneren Seitenwand und der äußeren Seitenwand erstrecken und nicht vertiefte Stege dort dazwischen definieren, wobei die Vielzahl von vertieften Nuten eine Übergangsregion, die zu den Stegen übergeht, und eine Schöpfregion definiert, die von der Übergangsregion getrennt ist durch einen abgestuften Wandabschnitt, der sich zwischen der Schöpfregion und der sich verjüngenden Region erstreckt.
Druckscheibe nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von vertieften Nuten ein radiales Profil aufweist, das eines von kreisförmig, elliptisch, hyperbolisch oder logarithmisch ist, wobei sich die Übergangsregion an einem äußeren Abschnitt des radialen Profils befindet und sich die Schöpfregion an einem inneres Abschnitt des radialen Profils befindet.
Druckscheibe nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von vertieften Nuten eine Chevron-Form aufweist, und wobei sich die Übergangsregion an einem äußeren Abschnitt der Chevron-Form befindet und sich die Schöpfregion an einem inneres Abschnitt der Chevron-Form befindet.
Druckscheibe nach Anspruch 2, wobei die Schöpfregion ein Eintrittsende aufweist, das sich in die äußere Seitenwand öffnet.
Druckscheibe nach Anspruch 4, wobei der abgestufte Wandabschnitt ein Spitzenende entlang der äußeren Seitenwand definiert.
Druckscheibe nach Anspruch 5, wobei die Vielzahl von vertieften Nuten ein radiales Profil mit einem Einlasswinkel in Bezug zu einer Tangente der äußeren Seitenwand zwischen 0° und 85° aufweist.
Druckscheibe nach Anspruch 5, wobei das Spitzenende einen Spitzenradius Rt zwischen 0,001 bis 0,1 Zoll aufweist.
Druckscheibe nach Anspruch 7, wobei der abgestufte Wandabschnitt einen Schöpfeinlaufradius R_Li, der sich von dem Spitzenende erstreckt, zwischen 0,005 und 0,75 Zoll aufweist.
Druckscheibe nach Anspruch 8, wobei der abgestufte Wandabschnitt einen Schöpfübergangsradius R_b, der sich von dem Schöpfeinlaufradius erstreckt, zwischen 0,005 und 1,0 Zoll aufweist.
Druckscheibe nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von vertieften Nuten mindestens vier Nuten beinhaltet.
Druckscheibe nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Vielzahl von geraden vertieften Nuten, die in der mindestens einen axialen Fläche angeordnet sind.
Druckscheibe nach Anspruch 2, wobei die Vielzahl von vertieften Nuten an der ersten und der zweiten axialen Fläche des ringförmigen Körpers angeordnet ist.
Druckscheibe, umfassend: einen ringförmigen Körper mit einer Öffnung darin und aufweisend eine erste axiale Fläche und eine zweite axiale Fläche, eine äußere Seitenwand und eine innere Seitenwand, die sich zwischen der ersten und der zweiten axialen Fläche erstrecken, wobei mindestens eine der ersten und der zweiten axialen Fläche eine Vielzahl von vertieften symmetrischen bidirektionalen Nuten beinhaltet, die sich mindestens teilweise zwischen der inneren Seitenwand und der äußeren Seitenwand erstrecken und nicht vertiefte Stege dort dazwischen definieren, wobei die Vielzahl von vertieften symmetrischen bidirektionalen Nuten eine Übergangsregion, die zu den Stegen übergeht, und eine Schöpfregion definiert, die von der Übergangsregion getrennt ist durch einen abgestuften Wandabschnitt, der sich zwischen der Schöpfregion und der sich verjüngenden Region erstreckt.
Druckscheibe nach Anspruch 13, wobei die Vielzahl von vertieften symmetrischen bidirektionalen Nuten ein radiales Profil aufweist, das eines von kreisförmig, elliptisch, hyperbolisch oder logarithmisch ist, wobei sich die Übergangsregion an einem äußeren Abschnitt des radialen Profils befindet und sich die Schöpfregion an einem inneres Abschnitt des radialen Profils befindet.
Druckscheibe nach Anspruch 13, wobei die Schöpfregion ein Eintrittsende aufweist, das sich in die äußere Seitenwand öffnet.
Druckscheibe nach Anspruch 15, wobei der abgestufte Wandabschnitt ein Spitzenende entlang der äußeren Seitenwand definiert.
Druckscheibe nach Anspruch 13, wobei die Schöpfregion ein Eintrittsende aufweist, das radial einwärts der äußeren Seitenwände beabstandet ist.
Druckscheibe nach Anspruch 17, wobei der abgestufte Wandabschnitt ein Spitzenende definiert, das radial einwärts der äußeren Seitenwand beabstandet ist.
Druckscheibe nach Anspruch 16, wobei die Vielzahl von vertieften symmetrischen bidirektionalen Nuten ein radiales Profil mit einem Einlasswinkel in Bezug zu einer Tangente der äußeren Seitenwand zwischen 0° und 85° aufweist.
Druckscheibe nach Anspruch 16, wobei das Spitzenende einen Spitzenradius Rt zwischen 0,001 bis 0,1 Zoll aufweist.
Druckscheibe nach Anspruch 20, wobei der abgestufte Wandabschnitt einen Schöpfeinlaufradius R_Li, der sich von dem Spitzenende erstreckt, zwischen 0,005 und 0,75 Zoll aufweist.
Druckscheibe nach Anspruch 21, wobei der abgestufte Wandabschnitt einen Schöpfübergangsradius R_b, der sich von dem Schöpfeinlaufradius erstreckt, zwischen 0,005 und 1,0 Zoll aufweist.
Druckscheibe nach Anspruch 13, wobei die Vielzahl von vertieften symmetrischen bidirektionalen Nuten an der ersten und der zweiten axialen Fläche des ringförmigen Körpers angeordnet ist.