DE1575683C3

DE1575683C3 - Hydrostatische Gleitlager für Wellen

Info

Publication number: DE1575683C3
Application number: DE19671575683
Authority: DE
Inventors: Hayashi Kodama; Tamaki Tomita; Ryuji Wada
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1966-02-01
Filing date: 1967-02-01
Publication date: 1974-04-04
Also published as: GB1178763A; DE1575683B2; FR1509758A; CH473990A; DE1575683A1

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Gleitlager für Wellen, dessen Lagerfläche in Umfangsrichtung mit Abstand voneinander angeordnete, mit Druckmittel beschickte und jeweils einen Teil der Lagerfläche rahmenartig umschließende Vertiefungen aufweist, die durch durchgehend glatte Bereiche der Lagerfläche voneinander getrennt sind.

Im Gegensatz zu hydrodynamischen Gleitlagern, bei denen sich von dem im wesentlichen ohne oder nur mit geringem Druck zugeführten öl ein Keilfilm durch das Zusammenwirken der Rotation und des Lagerspiels ausbildet, erfolgt bei hydrostatischen Gleitlagern die Schmiermittelzufuhr mit hohem Druck. Dabei bildet sich zwischen den Lagerflächen ein statischer Schmierfilm von zum Rand der Lagerfläche hin abnehmendem Druck. Zur Regelung der Schmiermittelmenge und des Schmiermitteldrucks erfolgt die Zufuhr des Schmiermittels/Druckmittels durch Drosselöffnungen.

Die Druckmittelzufuhr erfolgt dabei z. B. in durch Nuten miteinander verbundene Vertiefungen der einen Lagerfläche, die durch durchgehend glatte Bereiche der Lagerfläche voneinander getrennt sind. Bei einem bekannten hydrostatischen Gleitlager die* ser Art sind in geringem Abstand von den axialen Enden der Lagerfläche angeordnete und sich mit gegenseitigen Abständen in Umfangsrichtung erstreckende, nutenartige Ausnehmungen vorgesehen, die jeweils paarweise durch eine entlang einer Mantelfläche verlaufende Nut miteinander verbunden sind. Dadurch wrrd die Lagerfläche in eine Vielzahl von in Umfangsrichtung aufeinander folgenden, in der Abwicklung etwa rechteckigen Bereichen unterteilt, denen das Druckmittel durch die Ausnehmungen und Nuten zugeführt wird und aus denen es zum Lagerrand hin nur über die schmalen Stege entweichen kann, weiche die in Umfangsrichtung eine Reihe bildenden Ausnehmungen voneinander trennen (vgl. französische Patentschrift 1 366 075). Diese Ausbildung soll dafür Sorge tragen, daß das Lager beim Anlaufen und im Stillstand als rein hydrostatisches Lager wirksam ist, während des normalen Betriebs aber zusätzlich hydrodynamische Eigenschaften zeigt. Bei einem anderen bekannten Radiallager ist die Lagerfläche durch mehrere über den Umfang verteilte Längsreihen von Abströmöffnungen in in der Abwicklung rechteckige Teiltragflächen unterteilt, denen ein Druckmittel nahe ihrem Rand zugeführt wird. Dazu dienen rahmenartige angeordnete Reihen von

ίο Bohrungen, zwischen denen und allen Teiltragflächenrändern Reihen von Labyrinthnuten vorgesehen sind (vgl. französische Patentschrift 1 418 179). Mit diesen Maßnahmen soll eine möglichst gute Stabilität der Lagerung erreicht werden.

Bei einem schließlich noch bekannten hydrostatischen Gleitlager ist die Lagerfläche einmal durch in Umfangsrichtung verlaufende, im gegenseitigen Abstand angeordnete Sammelnuten begrenzt. In dieser begrenzten Lagerfläche sind in Umfangsrichtung mit Abstand voneinander angeordnete, mit Druckmittel beschickte und jeweils einen Teil der Lagerfläche rahmenartig umschließende Vertiefungen vorgesehen, die durch durchgehend glatte Bereiche der Lagerfläche voneinander getrennt sind. Das zugeführte Druckmittel kann über die rahmenartigen Vertiefungen von allen Seiten in den von den Vertiefungen umgrenzten, inselförmigen Bereich der Lagerfläche eindringen und sich auch über die durchgehend glatten Bereiche der Lagerflächen ausbreiten.

Hierdurch soll dem Lager eine ausreichende Steifigkeit gegeben werden, indem dem Abfließen des Druckmittels aus den Lagerbereichen ein erheblicher Widerstand entgegengesetzt wird, der um so größer wird, je kleiner das Lagerspiel ist. Dadurch können auch auf die Welle wirkende Stöße zuverlässig aufgenommen und gedämpft werden (vgl. USA.-Patentschrift2 578 711).

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein hydrostatisches Gleitlager der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß bei Aufrechterhaitung einer gleich guten Dämpfungswirkung eine noch bessere Stabilität durch wesentlich rascheres Ansprechvermögen des Lagers bei Auswanderungen der Welle aus ihrer Soll-Lage gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die axial von Drucktaschen und in Umfangsrichtung von die Drucktaschen miteinander verbinr denden Nuten rahmenartig umschlossenen Lagerflächenteile jeweils mit wenigstens einer Abströmöffnung für das Druckmittel versehen sind, die mit den Drucktaschen und Nuten nur über das Lagerspiel in Verbindung steht.

Aus den Drucktaschen und diese- miteinander verbindenden Nuten kann das unter Druck zugeführte Druckmittel zuverlässig in die durchgehend glatten Bereiche der Lagerfläche einströmen, welche die rahmenartig umschlossenen Bereiche der Lagerflächc voneinander trennen. Aus diesen Bereichen kann das Druckmittel im wesentlichen nur axial abströmen, wobei durch das Lagerspiel dem Abströmen ein erheblicher Widerstand entgegengesetzt ist. Damit wird, wie bei dem zuletzt beschriebenen bekannten Lager, eine auch starke Stöße auf die Welle zuverlässig aufnehmende und dämpfende Steifigkeit der Lagerung erzielt. In gleicher Weise strömt das Druckmittel aus den Drucktaschen und den Nuten in den Bereich der rahmenartig umschlossenen Lagerflächenteile. Aus diesen Bereichen kann das Druckmittel nur über

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-die Abströmöffnung entweichen. So lange sich die rads 16 dient. In Fig. 1 ist die Welle im Bereich der

Welle in ihrer Soll-Lage befindet, wirken die rahmen- Lagerfläche 3 nicht dargestellt, um die Sicht auf die

artig umschlossenen Lagerflächenteile ähnlich wie Lagerfläche freizugeben.

die durchgehend glatten Bereiche der Lagerfläche, Die Lagerfläche 3 wird in axialer Richtung durch

welche die rahmenartig umschlossenen Lagerflächen- 5 in Umfangsrichtung verlaufende Ringnuten 4 α und

teile voneinander trennen. Die umschlossenen Lager- 4 b begrenzt, die das in axialer Richtung durch den

flächenteile sprechen jedoch bei Auswanderungen Lagerspalt wandernde Druckmittel sammeln und

der Welle aus ihrer Soll-Lage wesentlich rascher als über Leitung 5 einer Absaugpumpe 14 zuleiten,

die die Steifigkeit des Lagers bestimmenden, durch- In dem zwischen den Ringnuten 4α und Ab axial

gehend glatten Bereiche der Lagerfläche an, da bei io begrenzten Bereich der Lagerfläche 3 sind in Um-

sich erweiterndem Lagerspalt das in den Bereich der fangsabständen Lagerflächenteile 19 vorgesehen,

rahmenartig umschlossenen Lagerflächenteile ein- welche in axialer Richtung jeweils von muldenförmi-

strömende Druckmittel auf Wegen zu der Abström- gen Drucktaschen 8 α¹ und in Umfangsrichtung von

öffnung gelangen kann, die wesentlich kürzer sind Nuten 8 α² rahmenartig umgrenzt sind. Die Nuten 8 α²

als die sonst üblichen Abströmwege zur axialen 15 verbinden jeweils in axialer Richtung nebeneinander-

Grenze der Lagerfläche hin. Schon geringfügige An- liegende Drucktaschen miteinander. In wenigstens

derungen des Lagerspiels führen daher sofort zu einer einer der Drucktaschen ist eine Druckmittelzufüh-

erheblichen Änderung des Drucks im Bereich der rungsöffnung9α vorgesehen, der, wie Fig. 2 zeigt,

von den Drucktaschen und Nuten umschlossenen eine Drossel 11 α zugeordnet ist.

Lagerflächenteile, weiche sofort und mit hoher Wirk- 20 Wie Fig. 2 zeigt, sind im dargestellten Beispiel

samkeit jeder Auswanderung der Welle aus ihrer fünf derartige von Drucktaschen 8 a^l bis 8 e¹ und

Soll-Lage entgegenwirkt und es daher in aller Regel diese verbindende Nuten 8 a² bis 8 e² rahmenartig

nicht zu größeren Auswanderungen kommen läßt. umschlossene Lagerflächenteile vorgesehen.

Dadurch wird eine noch bessere Stabilität der Wie aus den Figuren weiter hervorgeht, sind jeweils Lagerung erzielt. Da auf Grund der neuen Ausbildung 25 in Umfangsrichtung einander benachbarte rahmendie Auswanderung der Welle aus ihrer Soll-Lage artig umschlossene Lagerflächenteile 19 durch durchwesentlich kleiner als bei den herkömmlichen hydro- . gehend glatte Bereiche 3 a bis 3 e voneinander gestatischen Gleitlagern bleibt, weist auch der Druck- trennt. Das Lagerspiel zwischen der glatten Welle 15 mittelfilm in den durchgehend glatten Bereichen der und den durchgehend glatten Bereichen 3 a bis 3 e Lagerfläche, welche die rahmenartig umschlossenen 30 bzw. den rahmenartig umschlossenen Lagerflächen-Lagerflächenteile voneinander trennen, eine größere teilen 19 ist in F i g. 2 und 3 übertrieben dargestellt Stabilität auf, da sich in diesen Bereichen ent- und in F i g. 3 mit IS α bezeichnet,
sprechend geringere Strömungsänderungen ergeben. Alle Druckmittelzuführungsöffnungen 9 σ bis 9 e

Um die Beschickung der durchgehend glatten Be- stehen auf der Außenseite mit einer Ringnut 12 in reiche der Lagerfläche mit Druckmittel von den 35 Verbindung, die über eine Leitung 7 an eine Druck-Druckschwankungen in den rahmenartig umschlösse- mittelpumpe 13 angeschlossen ist, die das Drucknen Lagerflächenteilen noch unabhängiger zu ma- mittel aus einem Sumpf 6 ansaugt,
chen, können die jeweils eine Lagerfläche um- In den von den Drucktaschen und den diese verschließenden rahmenartigen Vertiefungen ihrerseits bindenden Nuten rahmenartig umschlossenen Lagerzweckmäßigerweise von einer Nut rahmenartig um- 40 flächenteilen 19 ist jeweils wenigstens eine Vergleichsschlossen sein, die unabhängig von den Drucktaschen weise weite Abströmöffnung 10 α vorgesehen, die mit und den diese verbindenden Nuten mit Druckmittel den Drucktaschen und Nuten nur über das Lagerbeschickt werden können. Durch diese zusätzliche, spiel 15 α in Verbindung steht. Alle Abströmöffnunrahmenartig ausgebildete Nut werden die durch- gen 10 a stehen ihrerseits jeweils über axial vergehend glatten Bereiche der Lagerfläche von den 45 laufende Bohrungen 20 mit der an die Saugseite der rahmenartig umschlossenen Lagerflächenteilen druck- Absaugpumpe 14 angeschlossenen Abströmleitung 5 und strömungsmäßig isoliert. in Verbindung.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schema- Während jede durch die durchgehend glatten Betischer Zeichnungen an mehreren Ausführungs- reiche 3 α bis 3e voneinander getrennten Lagerbeispielen näher erläutert. Es zeigt 50 flächenteile bei dem Beispiel nach F i g. 1 bis 4 aus

F i g. 1 einen in Achsrichtung verlaufenden Schnitt je drei in axialen Abständen angeordneten Druck-

durch eine erste Ausführungsform eines hydrostat!- taschen und zwei Lagerflächenteile 19 mit je einer

sehen Gleitlagers gemäß der Erfindung, Abströmöffnung 10 α bestehen, kann die Aufteilung

F i g. 2 und 3 Querschnitte durch das Gleitlager dieser Lagerflächenbereiche auch in anderer Weise

nach Fig. 1, und zwar entlang der Schnittlinien H-II 55 erfolgen. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6

bzw. III-III, sind jeweils nur zwei Drucktaschen 25 nahe den

F i g. 4 in perspektivischer Darstellung einen Be- axialen Enden der Lagerfläche vorgesehen, die über

reich der Lagerfläche des Gleitlagers nach Fig. 1, zur Achse parallele Nuten 27 miteinander verbunden

F i g. 5 in ähnlicher Darstellung wie F i g. 4 ein sind und je eine Druckmittelzuführöffnung 26 .auf-

abgcwandeltes Ausführungsbeispiel des neuen Gleit- 60 weisen. Durch diese rahmenartige Ausbildung wird

lagers und in dem Beispiel nach F i g. 6 nur ein einziger, in

F i g. 6 in schematischcr Draufsicht einen Teil der axialer Richtung langgestreckter, glatter Lagerin die Zeichnungsebene· abgewickelten Lagerfläche flächenbereich 24 rahmenartig umschlossen, in dessen eines weiter abgewandelten Ausführungsbeispiels. Mitte in axialem Abstand drei Abströmöffnungen 29

Das in den F i g. 1 bis 4 gezeigte hydrostatische 65 angeordnet sind, die durch eine entsprechend breite,

Gleitlager 2 ist in einem Lagergehäuse 1 fest montiert. in axialer Richtung verlaufende Nut 28 miteinander

Es ist angenommen, daß im dargestellten Beispiel das verbunden sind.

Gleitlager zur Lagerung der Welle 15 eines Schleif- Die Wirkungsweise ist bei beiden beschriebenen

Ausführungsbeispielen die gleiche. Das den Drucktaschen und den Nuten zugeführte Druckmittel breitet sich einerseits über die durchgehend glatten Bereiche der Lagerfläche und andererseits über die rahmenartig umschlossenen Lagerflächenteile aus. Solange sich die Welle in Ruhe und in ihrer Soll-Stellung befindet, bildet sich in diesen Bereichen gleichmäßig ein langsam strömender Druckmittelfilm aus, in dem ein ausreichender Qruck herrscht, um das Gewicht der Welle aufzunehmen. Aus den durchgehend glatten Bereichen strömt das Druckmittel in axialer Richtung zu den Sammelnuten 4 α, 4 b bzw. 23 ab. Aus dem Bereich der rahmenartig umschlossenen Lagerflächenteile 19 bzw. 24 strömt das Öl zu den Abströmöffnungen. Da der Abströmwiderstand , im Bereich der durchgehend glatten Lagerflächenteile sehr hoch ist, können diese Bereiche auf die Welle wirkende Stöße mit ausreichender Steifigkeit zuverlässig aufnehmen. Beginnt die Welle aus ihrer Soll-Lage auszuwandern, so sinkt der Druck in den Umfangsbereichen, in denen sich dabei das Lagerspiel etwas vergrößert,-sofort und in erheblichem Umfange, da das Druckmittel von den in diesem Umfangsbereich liegenden rahmenartig umschlossenen Lagerflächenteilen durch die weiten Abströmöffnungen außerordentlich rasch, bezogen auf den Zustrom durch die Drosselöffnungen, abströmen kann. Da sich durch die Verengung des Lagerspiels auf der gegenüberliegenden Umfangsseite der Druck in den Taschen und Nuten gleichzeitig erhöht,, wird jedem Beginn einer Auswanderung der Welle aus der Soll-Lage sofort und mit erheblichen entsprechenden Druck-, änderungen entgegengewirkt, so daß die Welle rasch in ihre Soll-Lage zurückkehrt. Dadurch wird die Stabilität des Lagers wesentlich erhöht. Hinzu kommt, daß durch die gering bleibenden Änderungen des Lagerspiels die Stabilität des Druckmittelfilms in den durchgehend glatten Bereichen der Lagerfläche verbessert wird. ,

Diese Stabilität und Steifigkeit des Druckmittelfilms in den durchgehend glatten Bereichen der Lagerfläche läßt sich noch merklich dadurch verbessern, daß man gemäß F i g. 5 die durch die Drucktaschen und die Verbindungsnuten gebildeten rahmenartigen Vertiefungen jeweils durch eine weitere rahmenartig ausgebildete schmale Nut 17 einschließt, weiche ZuströmöfTnungen 18 aufweist, durch die ein Druckmittel von konstantem Druck zugeführt werden kann. Der Druck, der durch die öffnungen 18 zugeführt wird, ist so gewählt, daß er nicht höher ist als der Druck des Druckmittels, das den Drucktaschen zugeführt wird. Die Nuten 17 dienen dabei einerseits dazu, um die rahmenartig umschlossenen Lagerflächcnteile 19 von den diese in Umfangsrichtung trennenden, durchgehend glatten Bereiche 3 α der Lagerfläche zu isolieren. Andererseits werden diese durchgehend glatten Lagerflächenbereiche 3 α von den Nuten 17 mit einem Druckmittel beaufschlagt, dessen Druck konstant und unabhängig von den Druckschwankungen im Bereich der Lagerflächenteile ist, die von den Drucktaschen und den Nuten rahmenartig umschlossen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydrostatisches Gleitlager für Wellen, dessen Lagerfläche in Umfangsrichtung mit Abstand voneinander angeordnete, mit Druckmittel beschickte und jeweils einen Teil der Lagerfläche rahmenartig umschließende Vertiefungen aufweist, die· durch durchgehend glatte Bereiche der Lagerfläche voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die axial von Drucktaschen (8 α¹) und in Umfangsrichtung von die Drucktaschen miteinander verbindenden Nuten (8 α²) rahmenartig umschlossenen Lagerflächenteile (19) jeweils mit wenigstens einer Abströmöffnung (10 a) für das Druckmittel versehen sind, die mit den Drucktaschen und Nuten nur über das Lagerspiel in Verbindung steht.

2. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils eine Lagerfläche umschließenden, rahmenartigen Vertiefungen (8 a¹, 8 α²) ihrerseits von einer Nut (17) rahmenartig umschlossen sind, die unabhängig von den Drucktaschen und den diese verbindenden Nuten mit Druckmittel beschickt ist (öffnungen 18).