DE1675076C2

DE1675076C2 - Hydrodynamisches Lager zur Aufnahme axialer und radialer Belastungen

Info

Publication number: DE1675076C2
Application number: DE1675076A
Authority: DE
Inventors: Everhardus Albertus Muijderman; Gerrit Eindhoven Remmers
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1967-03-31
Filing date: 1968-02-08
Publication date: 1982-05-06
Also published as: NL6704587A; DK124770B; DE1675076A1; GB1222275A; BE713011A; US3497273A; AT280704B; FR1560068A; SE335258B; CH476225A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrodynamisches Lager zur Aufnahme axialer und radialer Belastungen, das einen in einer Lagergehäusebohrung aufgenommenen Achsstummel, einen mit diesem zusammengebauten Flansch und eine teilweise der Form des Flansches entsprechende, mit Spiel bemessene Lagergehäuseausnehmung enthalt, wobei in einer der beiden zusammen wirkenden, der Bohrung zugekehrten Stirnflächen des Flansches und des Lagergehäuses ein Muster von schräg zur Umfangsrichtung verlaufenden Rillen geringer Tiefe vorgesehen ist, das bei relativer Drehung zwischen Achsstummel mit Flansch einerseits und Lagergehäuse andererseits einen Schmiermitteldruckaufbau im betreffenden Axiallagerspalt herbeigeführt, während in der Achse oder in der Bohrung untiefe schraubenförmige Förderrillen vorhanden sind, die bei Drehung der Achse Schmiermittel in Richtung auf den Axiallagerspalt am Flansch treiben.

Bei einem derartigen, aus »Engineeers Digest«, Sept. 1966, Vol. 27, No. 9, Seite 104, bekannten Lager, das in einer bestimmten Richtung wirkende axiale

r5 Kräfte aufnimmt, muß zum Erhalten einer genauen axialen Lagerung der Achse stets auf die Achse eine genügend große Kraft einwirken, die die axiale Tragfläche des Flansches in Richtung auf die axiale Tragfläche des Gehäuses drückt 1st diese Kraft nicht oder zeitlich nicht genügend groß, so ist es erforderlich, daß die Achse z. B. mit Hilfe federnder oder magnetischer Mittel in bezug auf das Lagergehäuse vorgespannt wird. Dies bringt aber Schwierigkeiten mit sich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Lager der eingangs

erwähnten Art zu schaffen, bei dem zusätzliche Glieder zum Erhalten βϊηςΓ gewünschten axialen Einstellung

überflüssig sind.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch

gelöst daß das Lagergehäuse auf der vom Axiallagerspalt abgelegener? Flansc.iseite geschlossen und nur auf der Axiallagerspaltseite des Flansches von der erwähnten Bohrung durchsetzt ist.

Die Förderrillen treiben das Schmiermittel in den

Raum, in den der Flansch aufgenommen ist, so daß dieser Raum völlig mit Schmiermittel ausgefüllt ist, dessen Druck dort einen erheblichen Wert annehmen kann. Die zusammenwirkenden Tragflächen der Achse und der Bohrung bilden ein hydrodynamisches Lager zur Aufnahme radialer Belastungen. Da der Druck im Schmiermittel auf den ganzen Flausch einwirkt und da die Stirnfläche des Flansches auf der von der Achse abgekehrten Seite größer als die Stirnfläche auf der der Achse zugekehrten Seite ist, wird der Flansch automatisch einer Vorspannung unterworfen, die den Flansch in Richtung auf die mit ihm zusammenwirkende, in der Nähe der Bohrung liegende Stirnfläche des Gehäuses drückt. Gesonderte Vorspannungsmittel sind damit überflüssig. Die mit Rillen versehene Stirnfläche des Flansches oder des Gehäuses wirkt zusammen mit der entsprechenden Stirnfläche wie ein Spiralrillenlager, dessen Tragkraft bekanntlich sehr groß und dessen Reibungsverlust gering ist. Die von diesem Spiralrillenlager aufgenommene Kraft ist gleich der Summe der resultierenden, durch den statischen Druck des Schmiermittels auf den Flansch ausgeübten Kraft und der axialen Belastung der Achse. In Abhängigkeit von der Größe der axialen Belastung hat der Lagerspalt zwischen dem Flansch und dem Gehäuse eine Größe von z.B. 10 bis 25 μ. Die axiale Verschiebung des Flansches und somit der Achse ist bei der Ausführung nach der Erfindung demzufolge sehr gering.

Bei einer Ausfuhrungsform des Lagers, bei der als Schmiermittel ein Fett angewandt wird, ist nach der Erfindung in der Achse eine ringförmige Kammer vorgesehen, die als Vorratskammer für das Fett dient und die außen durch die Wand der Bohrung begrenzt wjrd, wobei sich die Förderrillen an die dem Flansch

zugekehrte Seite der Vorratskammer anschließen, während auf der anderen Seite der Vorratskammer in der Achse oder in der Bohrung ein als Abdichtung für das Fett wirkendes schraubenförmiges Rillenmuster angebracht ist

Im Raum, in den der Flansch aufgenommen ist, kann ein hoher statischer Druck auftreten, wenn die Förderrillen einen starken Effekt haben. Die Vorspannung, der der Flansch infolge dieses statischen Druckes unterworfen wird, könnte dabei einen so hohen Wert annehmen, daß an das Spiralrillenlager, das zwischen den der Achse zugekehrten Stirnflächen des Flansches und des Gehäuses gebildet ist, sehr hohe Anforderungen gestellt werden. Die Förderrillen können nun z. B. zur Verringerung ihrer Förderwirkung eine größere Tiefe haben oder über eine sehr geringe Länge auf der Achse oder der Bohrung des stillstehenden Lagergliedes angebracht sein. Eine einfache Weiterbildung der Erfindung wird in einem solchen Fall dadurch erhalten, daß der Spaltraum auf der vom Axiallagerspalt abgekehrten Flanschseite mittels eines engen Kanals mit einer Steile in Verbindung steht, an der beim Beirieb des Lagers ein geringerer Druck hergeht als im Zwischenraum zwischen Flansch und Lagergehäuse. Infolge des Widerstandes im Kanal nimmt der statische Druck nicht so stark ab, daß die Tragkraft des Lagers dadurch beeinträchtigt wird. Der Kanal kann sowohl im stillstehenden, wie auch im drehenden Lagerglied angebracht sein. Wenn als Schmiermittel Fett angewandt wird, erstreckt sich z. B. der Kanal vorzugsweise durch die Achse zu der Fettvorratskammer.

Auch kann das Lager für die Aufnahme axialer Kräfte in zwei entgegengesetzten Richtungen geeignet gemacht werden. Dies kann z. B. zweckdienlich sein, wenn auf die Achse eine axiale Belastung stets ändernder Richtung einwirkt Nach der Erfindung kann das Lager dadurch für diese Anwendung geeignet gemacht werden, daß eine der beiden vom Axiallagerspalt abgekehrten Stirnflächen des Flansches oder des Gehäuses gleichfalls mit einem Rillenmuster versehen ist dessen untiefe Rillen im Zusammenwirken mit der anderen Stirnfläche einen Schmiermitteldruckaufbau zwischen den Stirnflächen herbeiführen, wobei der Flansch im Lagergehäuse derart eng passend aufgenommen ist daß die zu beiden Flanschseiten gebildeten hydrodynamischen Axiallager wirksam werden können. Diese Ausführungsform, bei der der Abstand des Flansches von dem Lagergehäuse, in der Achsenrichtung gesehen, gleich der gewünschten Größe der beiden Lagerspalte sein muß, ist vom Herstellungsstandpunkt aus weniger einfach, Das Lager wirkt jedoch in zwei entgegengesetzten Richtungen und, weil die Rillen der beiden Muster spiralförmig sein können, ist für die beiden axialen Richtungen die Tragkraft sehr groß und der Reibungsverlust dennoch gering.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein für Fettschmierung geeignetes Lager nach der Erfindung,

Fig.2 eine weitere Ausffihrungsform dieses Lagers,

Fig.3 eine Ausführungsform des Lagers mit zwei axial in entgegengesetzten Richtungen wirkenden Tragflachen und

Fig.4 eine mögliche Ausführungsform des im Axiallager angebrachten Rillenmusters.

Beim Lager nach Fig. 1, das insbesondere für Fettschmierung geeignet ist, ist ein Flansch 3 mit dem Achsenstummel 2 einer Achse 1 zusammengebaut. Der Flansch 3 ist in einen nahezu der Form des Flansches entsprechenden Raum 5 in einem Lagergehäuse 4 aufgenommen. Der Achsenstummel 2 paßt in eine Bohrung 6 des Lagergehäuses, Die Stirnfläche 7 des Flansches ist mit einem Rillenmuster 8 versehen. Die Tiefe der Rillen ist gering; in Abhängigkeit von der Größe des Lagers liegt die Tiefe z. B. zwischen 5 und 50 μ. Diese Rillen haben vorzugsweise die Form logarithmischer Spiralen und dieser Ausdruck umfaßt auch die fischgrätenförmigen Rillen. Die Rillen können auch, wenn auch mit einer etwas geringeren Wirkung, annähernd die Form logarithmischer Spiralen haben. F i g. 4 zeigt die Form von vorzugsweise angewandten Spiralrillen. Die mit Rillen 8 versehene Stirnfläche 7 bildet zusammen mit der Stirnfläche 9 des Lagergehäuses 4 ein unter dem Namen Spiralrillenlager bekanntes Lager, das im Vergleich zu anderen hydrodynamischen Lagern eine große Tragkraft und einen geringen Reibungsverlust aufweist Im Achsenstummel 2 ist eineringförmige Kammer 10 vorg^r.ahen, die mit Fett ausgefüllt wird. Diese Fettvorrats:· aromer ist durch die Wand der Bohrung 6 begrenzt Im Achsenstummel ist ein sich an die Fettvorratskammer 10 anschließendes und sich zum Flansch 3 erstreckendes Muster untiefer schnjubenlinienförmiger Rillen 11 angebracht die bei Drehung des Achsenstummels 2 in bezug auf das Lagergehäuse 4 Feit aus der Vorratskammer 10 in Richtung auf den Flansch treiben. Auf der anderen Seite der Kammer 10 ist ein Muster untiefer schraubenlinienförmiger Rillen 12 vorgesehen, die mit der Wand der Bohrung eine Abdichtung für das Fett bilden. Die Rillen 11 und 12 haben vorzugsweise eine mehrgängige, z. B. eine viergängige Schraubenwicklung.

Wenn das größtenteils mit Fett ausgefüllte Lager durch Drehung der Achse 1 in bezug auf das Lagergehäuse 4 in Betrieb gesetzt wird, wird das Fett in der Vorratskammer 10 durch die Zentrifugalwirkung in Richtung auf die Bohrung gedrängt. Die Abdichtungsrillen 12 verhindern, daß Fett hinausleckt Das Fett aus der Vorratskammer kommt mit dem Ende der Förderrillen vl in Berührung, die es in Richtung auf den Flansch treiben, bis der Raum 5 völlig mit Fett unter Druck ausgefüllt ist Im Spalt zwischen dem nicht mit Rillen versehenen Teil des Achsenstummels 2 und der Bohrung 6 ist also stets Fett vorhanden; dieser Teil wirkt wie ein hydrodynamisches radiales Lager. Die mit Rillen 8 versehene Stirnfläche 7 des Flansches wirkt zusammen mit der Stirnfläche 9 des Gehäuses 4 wie ein axiales Spiralrillenlager.

Im ganzen Raum 5 ist infolge der Wirkung der Förderrillen Fett unter Druck vorhanden. Da die vom Achsenstummel abgekehrte Stirnfläche 13 des Flansche? größer als die dem Achsenstummel zugekehrte Stirnfläche 7 ist, wird der Flansch infolge des Druckes des Fettes einer Kraft unterworfen, die die Stirnfläche 7 in Richtung auf die Stirnfläche 9 drückt Vorausgesetzt, daß eine auf die Achse einwirkende axiale Kraft nicht größer als die auf den Flansch ausgeübte Vorspannungskraft ist und diese Kraft nicht auch zu dem Flansch hin gerichtei ist, bilden die beiden Stirnflächen 7 und 9 stets das axiale Lager. Der Abstand der Stirnfläche 13 des Flansches von der Stirnfläche 14 des Gehäuses 4 kann somit jede beliebige Größe haben; die axiale Einstellung des Flansches und somit der Achse wird dennoch stets durch die Stirnflächen V und 9 bestimmt Bei diesem Lager ist der erwähnte Abstand zwischen der Stirnfläche 13 und der Stirnfläche 14 vorzugsweise

größer als 0,1 mm. Dies hat den Vorteil, daß die Toleranzgenauigkeit keine hohe Anforderungen zu erfüllen braucht, was vom Herstellungsstandpunkt gesehen günstig ist. Weiterhin ist dann der Reibungsverlust im Fett äußerst gering. Das durch die mit Rillen versehene Stirnfläche 7 und die Stirnfläche 9 gebildete Spiralrillenlager nimmt eine Kraft auf, die gleich der Resultierenden der auf den Flansch ausgeübten Vorspannungskraft und einer gegebenenfalls auf die Achse einwirkenden axial gerichteten Kraft ist. In Abhängigkeit von der Größe der letzteren Kraft liegt die Größe des Lagerspaltes in diesem Spiralrillenlager bei nicht zu großen Ausführungen zwischen z. B. 10 und 25 μ. Dies bedeutet, daß die Achse sich bei Änderung ihrer axialen Belastung nur über einen Abstand von einigen Mikrons axial verschieben wird, was ein besonderer Vorteil des Lagers nach der Erfindung ist.

Infolge der Wirkung der Förderrillen 11 kann im Kaum 5 ein so hoher Druck erzeugt werden, daß das von den Stirnflächen 7 und 9 gebildete Spiralrillenlager äußerst schwer belastet wird. Die ist namentlich der Fall, wenn eine axial auf die Achse einwirkende Kraft groß und vom Flansch ab gerichtet ist. Zur Verringerung des hohen Druckes des Fettes im Raum 5 könnten z. B. die Förderrillen kurzer oder untiefer ausgebildet werden. Auf besonders einfache Weise läßt sich aber der Druck im Raum 5 dadurch verringern, daß dieser Raum über einen engen Kanal mit einer Stelle verbunden wird, wo ein niedrigerer Druck vorherrscht. Beim in F i g. 1 dargestellten Lager ist zu diesem Zweck ein Kanal 15 vorgesehen, der vom Raum 5 zu der Fettvorratskammer 10 führt. Bei diesem Lager hat diese Lösung den Vorteil, daß kein Fett außerhalb des Lagers geraten wird, so daß Nachschmierung nicht erforderlich ist. Es dürfte einleuchten, daß der Kanal 15 nur angewandt wird, wenn man weiß, daß die Belastung des axialen Lagers 7, 8,9 besonders groß sein wird.

Die Anwendung von Fett als Schmiermittel ergibt den Vorteil, daß sowohl bei drehendem wie auch bei stillstehendem Lager kein Verlust des Schmiermittels auftritt, so daß Nachschmierung überflüssig ist und Verschmutzung eines Gerätes, in das das Lager eingebaut werden kann, vermieden wird. Jedes beliebige Schmiermittel, wie z. B. Öl. Wasser, Luft usw., kann jedoch Anwendung finden. Außerdem können die Rillen 11, 12 und 8 statt auf dem Achsenstummel und dem Flansch im Lagergehäuse angebracht werden. Dadurch wird die Wirkung des Lagers nicht beeinflußt.

F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform eines mit öl

geschmierten Lagers, bei dem die Förderrillen 17 und die Druckaufbaurillen 16 im Lagergehäuse angebracht sind. Die Achse 1 berührendes öl wird bei Drehung des Achsenstummels 2 in bezug auf das Lagergehäuse 4 durch die Förderrillen in den Raum 5 getrieben und dort einem Druck unterworfen. Bei dieser Ausführung ist auch ein Zapfen 18 vorgesehen, der für die radiale Lagerung nützlich sein kann. Da angenommen wird, daß das durch die mit Rillen 16 versehene Stirnfläche 9 und die Stirnfläche 7 des Flansches gebildete axiale Spiralrillenlager nicht übermäßig schwer belastet wird, ist der in Fig. 1 gezeigte Kanal 15 in diesem Falle weggelassen. Die Wirkung dieses Lagers ist weiter gleich der Wirkung des Lagers nach Fig. 1, so daß es nicht näher beschrieben wird.

Nach der Erfindung kann das axiale Lager auch an in Richtung und gegebenenfalls in Größe ändernde auf die Achse ausgeübte Belastungen angepaßt werden. F i g. 3 zeigt eine Ausiünruiigsiüi'in cities Süicncfi Lügci'S. Diese Ausführungsform entspricht annähernd dem Lager der Fig. 1. In diesem Falle ist aber auch die Stirnfläche 13 des Flansches mit einem Muster von Rillen 20 versehen, die einen Druckaufbau im Schmiermittel herbeiführen. Das in F i g. 4 gezeigte Rillenmuster kann z. B. auch in diesem Falle angewandt werden. Der Abstand zwischen den Stirnflächen 9 und 14 des Gehäuses 4 wird nun die Flanschdicke nur um den Betrag überschreiten, der für die k.*iale Schmierung erforderlich ist. Der in der F i g. 1 dargestellte Kanal 15 wird hier selbstverständlich nicht verwendet. In Abhängigkeit von der Größe und der Richtung der auf die Aciise ausgeübten axialen Belastung wird diese Belastung von den Stirnflächen 7 und 9 oder von den Stirnflächen 13 und 14 des Flansches und des Gehäuses aufgenommen.

Das Lagergehäuse 4 kann mit einem Gebilde, in das das Lager aufgenommen ist, ein Ganzes bilden. Es kann aber auch als ein gesonderter Teil ausgebildet werden. Dabei ist es oft günstig, wenn eine gewisse Einstellung des Lagergehäuses ermöglicht wird, z. B. dadurch, daß ein Teil seiner Oberfläche kugelig gestaltet wird, wie in F i g. 3 dargestellt ist.

Erforderlichenfalls kann der Flansch statt zylindrisch wie in den F i g. 1, 2 und 3 dargestellt ist, auch anders, z. B. in Form eines Kegelstumpfes, ausgebildet sein. Auch kann erwünschtenfalls zur Erhöhung des statischen Druckes zwischen den Stirnflächen 13 und 14 ein Förderrillenmuster auf der zylindrischen oder gegebenenfalls kegeligen Mantelfläche des Flansches angebracht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Hydrodynamisches Lager zur Aufnahme axialer und radialer Belastungen, das einen in einer Lagergehäusebohrung aufgenommenen Achsstummel, einen mit diesem zusammengebauten Flansch und eine teilweise der Form des Flansches entsprechende, mit Spiel bemessene Lagergehäuseausnehmung enthält, wobei in einer der beiden zusammenwirkenden, der Bohrung zugekehrten Stirnflächen des Flansches und des Lagergehäuses ein Muster von schräg zur Umfangsrichtung verlaufenden Rillen geringer Tiefe vorgesehen ist, das bei relativer Drehung zwischen Achsstummel mit Flansch einerseits und Lagergehäuse andererseits einen Schmiermitteldruckaufbau im betreffenden Axiallagerspalt herbeiführt, während in der Achse oder in der Bohrung untiefe schraubenförmige Förderrillen vorhanden sind, die bei Drehung der Achse Schmiermittel in Richtung auf den Axiallagerspalt am Flansch treiben, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagergehäuse (4) auf der vom Axiallagerspalt abgelegenen Flanschseite geschlossen und nur auf der Axiallagerspaltseite des Flansches von der erwähnten Bohrung (6) durchsetzt ist

Z Hydrodynamisches Lagtr nach Anspruch 1, bei dem als Schmiermittel Fett angewandt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Achse (1) eine ringförmige Kammer (10) vorgesehen ist, die als Vorratskammer für das Fett dient und die außen durch die Wand der Bohru.ig begrenzt wird, wobei sich die Förderrillen (U) an die den; Flansch (3) zugekehrte Seite der Vorratskammer (10) anschließen, während auf der anderen Seite der V-uratskammer in der Achse (1) oder in der Bohrung ein als Abdichtung für das Fett wirkendes schraubenförmiges Rillenmuster (12) angebracht ist.

3. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltraum auf der vom Axiallagerspalt abgekehrten Flanschseite mittels eines engen Kanals (15) mit einer Stelle in Verbindung steht, an der beim Betrieb des Lagers ein geringerer Druck herrscht als im Zwischenraum zwischen Flansch (3) und Lagergehäuse (4).

4. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden vom Axiallagerspalt abgekehrten Stirnflächen (13,14) des Flansches (3) oder des Gehäuses (4) gleichfalls mit einem Rillenmuster (20) versehen ist, dessen untiefe Rillen im Zusammenwirken mit der anderen Stirnfläche einsn Schmiermitteldruckaufbau zwischen den Stirnflächen herbeiführen, wobei der Flansch im Lagergehäuse derart eng passend aufgenommen ist, daß die zu beiden Flanschseiten gebildeten hydrodynamischen Axiallager wirksam werden können.