DE1525193C3

DE1525193C3 - Pneumo- oder hydrostatisches Lager

Info

Publication number: DE1525193C3
Application number: DE1525193A
Authority: DE
Inventors: Gilles Gerardus Reeuwijk Hirs (Niederlande)
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Current assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date: 1965-05-21
Filing date: 1966-05-20
Publication date: 1979-08-02
Also published as: US3517973A; DE1525193A1; NL6506474A; DE1525193B2; GB1149192A; NL145931B

Description

Die Erfindung betrifft ein Pneumo- oder hydrostatisches Lager, bei dem der sich während des Betriebs einstellende Lagerspalt, der an einem Ende mit Druckmittel beschickt und von diesem zum anderen Ende hin vom Druckmittel durchströmt ist, zwei in Druckströmrichtung des Druckmittels hintereinander liegende Bereiche geringfügig voneinander verschiedenen, aber innerhalb der Bereiche gleichbleibenden Durchströmquerschnitts aufweist, von denen der mit dem größeren Durchströmquerschnitt unmittelbar an eine mit Druckmittel beaufschlagte Kammer angeschlossen ist.

Ein derartiges Lager ist beispielsweise nach der US-PS 31 12 140 bekannt. Dieses Lager besteht aus einem Gehäuse mit einer Bohrung, die eine ringförmige Kammer in der Mitte aufweist, in die ein Zufuhrkanal für das Druckmittel, das abhängig von der Anwendung des Lagers eine Flüssigkeit oder ein Gas sein kann, mündet. Die eine Welle aufnehmende Lagerbohrung bzw. die Welle selbst hat einen derartigen Durchmesserverlauf, daß beiderseits der ringförmigen Kammer der Spalt zwischen Welle und Bohrung eine größere Weite hat als an den Enden der Bohrung. Wenn das Druckmittel der ringförmigen Kammer zugeführt wird und die Welle zentrisch in der Bohrung sitzt, also ihre Sollage einnimmt, herrscht im Spalt ein rotationssymmetrischer, nach den Enden des Lagers hin abnehmender Druck. Bei exzentrischer Lage der Welle in der Bohrung geht die Rotationssymmetrie des Druckes verloren. Es stellen sich entlang des Bohrungsumfangs voneinander abweichende Drücke ein, aus denen sich eine Rückstellkraft für die Welle ergibt Dies gilt auch für den Fall des Wellenstillstandes.

Bei einem derartigen, als Stufenlager zu bezeichnenden Lager sind die Druckunterschiede über den Umfang, insbesondere bei größeren Längedurchmesserverhältnissen des Lagers klein, da im Bereich des Lagerspalts mit dem größeren Durchströmungsquerschnitt Kurzschlußströme in Umfangsrichtung möglich sind, die die Tragfähigkeit des Lagers vermindern.
ίο Es ist somit Aufgabe der Erfindung, in dieser Hinsicht eine Verbesserung zu schaffen und ein Lager so auszubilden, daß seine Tragfähigkeit infolge des hydro- oder pneumostatischen Druckaufbaus größer ist als diejenigen von Lagern einschlägig bekannter Art.
Diese Aufgabe ist mit einem Lager der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eine der beiden Lagerflächen die bei der Sollage des gelagerten Teils über die gesamte Länge des Lagerspaltes äquidistant sind, mehrere gleichmäßig über sie verteilte, gleichsinnig verlaufende und zu der mit Druckmittel beaufschlagten Kammer hin offene Nuten geringer Tiefe aufweist, die am Lagerspaltbereich mit dem kleineren Durchströmquerschnitt enden.

Lager mit Nuten in einer der beiden Lagerflächen sind nach der FR-PS 13 11 765 bekannt. Bei ihnen haben aber Zuströmkanäle für das Schmiermittel bei gleicher Tiefe eine unwesentlich geringere Breite als die quer zu den Zuströmkanälen an sie angeschlossenen Nuten und einen kleineren Querschnitt als die Einströmöffnung zu den Zuströmkanälen, so daß Drosselstellen zwischen der Einströmöffnung und den Nuten anstehen. Derartige Lager können nicht als Stufenlager wirken. Bei ihnen dienen die Nuten offenbar als Drucktaschen, wie sie bei pneumo- und hydrostatischen Lagern mit der gedrosselten Druckmittelzufuhr üblich sind.

Beim erfindungsgemäßen Lager steht Kurzschlußströmen ein erheblich größerer Widerstand entgegen, so daß die Tragfähigkeit infolge des pneumo- oder hydrostatischen Druckaufbaus größer wird. Außerdem wurde festgestellt, daß beim erfindungsgemäßen Lager ein zusätzlicher pneumo- oder hydrodynamischer Druckaufbau bei gegenseitiger Bewegung der beiden Lagerflächen besser und daß bei einer Stoßbelastung eine bessere Dämpfung durch das Druckmittel im Lagerspalt erreichbar ist

Die optimalen Abmessungen der Nuten sind im wesentlichen von den Abmessungen der Lagerflächen, vom verwendeten Druckmittel und von den vorgesehenen Betriebsverhältnissen abhängig. Vorteilhaft ist die

so Tiefe der Nuten nicht größer zu wählen als etwa das Zehnfache der mittleren Spaltbreite.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Radiallagern für eine Welle näher erläutert, gilt aber auch für Lager mit anderer Form der Lagerflächen. Es zeigt schematisch

F i g. 1 in Schnitt und Ansicht eine Ausführungsform des Lagers und

Fig.2 in Schnitt und Ansicht eine andere Ausführungsform des Lagers.

w) Fig. 1 zeigt die Lagerung einer Welle 1 in einem Gehäuse 2, dessen Bohrung 3 mit der Welle 1 den Lagerspalt begrenzt Die Bohrung 3 und der sich in dieser befindlichen Teil der Welle 1 haben derartige Durchmesserunterschiede, daß bei konzentrischer

(i > Zuordnung der Lagerspalt 4 überall die gleiche Weite hat Dieser Lagerspalt 4 ist an den Enden offen und übertrieben weit dargestellt

In der Mitte ist die Bohrung 3 zu einer ringförmigen

Kammer 5 erweitert, in die ein Kanal 6 mündet, der mit einer nicht dargestellten Pumpe oder mit einem Kompressor für die Zuführung des Druckmittels verbunden ist, wobei als Druckmittel, abhängig von der Einsatzart des Lagers, z. B. öl oder Luft verwendet wird.

Auf der Umfangsfläche der Welle 1 sind axial gerichtete Nuten 7 vorgesehen, die sich über ungefähr die Hälfte der Lagerlänge erstrecken. Wenn sich die Welle 1 zentrisch in der Bohrung 3 befindet, verteilt sich das Druckmittel, das durch den Kanal 6 und die ringförmige Kammer 5 zugeführt wird, gleichmäßig im Lagerspalt 4, und zwar längs des genuteten Teiles, wo es verhältnismäßig wenig Strömungswiderstand erfährt, und längs des glatten Teiles der Welle 1, wo der Widerstand erheblich größer ist und von dem aus es zu den offenen Enden des Lagerspaltes 4 hinströmt. Der Druckverlauf im Lagerspalt 4 ist dabei rotationssymmetrisch, so daß keine einseitige Druckkomponente auf die Welle 1 wirken kann. Bei Auswanderungen der Welle 1 aus der zentrischen Lage wird der Lagerspalt 4 auf einer Seite enger und diametral gegenüberliegend weiter. Der Druck im Lagerspalt 4 steigt dabei im Bereich verminderter Spaltenweite wegen des erhöhten Durchströmwiderstands an, während er im übrigen Spaltbereich abfällt. Der Druckverlauf ist dann nicht mehr rotationssymmetrisch. Dadurch übt das Druckmittel auf die Welle 1 eine Kraft aus, die gegen die Exzentrizität gerichtet ist und die bei zunehmender Exzentrizität auch zunimmt Diese Kraft bewirkt die Tragfähigkeit des Lagers, die auch bei Stillstand der Welle 1 gegenüber dem Gehäuse 2 vorhanden ist.

Da die Nuten 7, durch die die Druckmittelzufuhr zu den rieht genuteten Bereichen des Lagers vor allem erfolg;, gegenseitig durch Stege voneinander getrennt sind, ist der Strömungswiderstand längs des Umfang des genuteten Teiles der Welle 1 in diesen Bereichen des Lagerspalts 4 ebenfalls so groß, daß bei einer exzentrischen Lage der Welle 1 in der Bohrung 3 keine nennenswerten Kurzschlußströme zwischen den Nuten auftreten, die einen nachteiligen Einfluß auf den nicht rotationssymmetrischen Druckaufbau ausüben könnten.

Das in F i g. 2 dargestellte Lager unterscheidet sich

von dem Lager nach F i g. 1 nur dadurch, daß bei ihm die Nuten 8 schraubenlinienförmig verlaufen. Dieses Lager

ίο ist für die mit Pfeil 9 angedeutete Drehrichtung der Welle 1 bestimmt und ergibt zusätzlich einen pneumo- oder hydrodynamischen Druckaufbau im Lagerspalt 4.

Die Stabilität bleibt beim Lager gemäß F i g. 2 bis zu einer erheblich höheren Drehzahl als bei bekannten Lagern und dem Lager gemäß Fig. 1 erhalten, wobei unter Stabilität des Lagers die Stabilität des Gleichgewichtes zwischen der äußeren Belastung und der sich aus dem Druckaufbau im Lagerspalt 4 ergebenden Kraft zu verstehen ist.

Ein weiterer Vorteil des in F i g. 2 gezeigten Lagers besteht darin, daß das durchströmende Druckmittel bei Stillstand und bei verhältnismäßig geringer Drehzahl der Welle 1 in der Drehrichtung eine treibende Kraft auf die Welle 1 ausübt, was in den Fällen ausgenützt werden kann, bei denen der Energieverbrauch, wie bei Gyroskopen, Zentrifugen und Viskositätsmessern, ausschließlich oder hauptsächlich Folge der Lagerreibung ist.
Die beiden Lager sind hinsichtlich der Kammer 5 symmetrisch ausgeführt und stellen praktisch Doppellager dar. Es ist aber auch möglich, eine Hälfte des Lagers wegzulassen, wobei dann entsprechende Maßnahmen zum Abdichten des Spaltes an der betreffenden Seite zu treffen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Pneumo- oder hydrostatisches Lager, bei dem der sich während des Betriebes einstellende Lagerspalt, der an einem Ende mit Druckmittel beschickt und von diesem zum anderen Ende hin vom Druckmittel durchströmt ist, zwei in Durchströmrichtung des Druckmittels hintereinander liegende Bereiche geringfügig voneinander verschiedenen, aber innerhalb der Bereiche gleichbleibenden Durchströmquerschnitts aufweist, von denen der mit dem größeren Durchströmquerschnitt unmittelbar an eine mit Druckmittel beaufschlagte Kammer angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Lagerflächen, die bei der Sollage des gelagerten Teils über die gesamte Länge des Lagerspaltes (4) äquidistant sind, mehrere gleichmäßig über sie verteilte, gleichsinnig verlaufende und zu der mit Druckmittel beaufschlagten Kammer (5) hin offene Nuten (7 bzw. 8) geringer Tiefe aufweist, die am Lagerspaltbereich mit dem kleineren Durchströmquerschnitt enden.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Nuten (7 bzw. 8) maximal dem Zehnfachen der mittleren Weite des Lagerspaltes (4) entspricht.

3. Lager nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (8) zur Richtung der Relativbewegung zwischen den beiden Lagerflächen derart schräg angestellt sind, daß das Druckmittel in den Lagerspalt (4) hineingefördert wird.