DE1750165B1

DE1750165B1 - Wellenlagerung mit einem bei Wellenstillstand entlastbaren Axialgleitlager

Info

Publication number: DE1750165B1
Application number: DE19681750165
Authority: DE
Inventors: Goethberg Karl Evald Andreas; Fernlund Dr Lars Marti Ingemar
Original assignee: Svenska Kullagerfabriken AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 1967-04-04
Filing date: 1968-04-04
Publication date: 1971-02-11
Also published as: AT295251B; NL140942B; SE333484B; GB1217043A; CH474688A; NL6804617A; FR1561611A

Description

wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der Lagerung nach F i g. 1 besteht das dort verwendete Spiralnutenlager aus zwei flachen Lagerteilen 1 und 2, von denen der erste auf einer Welle

zunehmenden Drehzahlen schnell besser wird. io gebildet ist, zumindest eine stärkere Belastung des Der Anlauf herkömmlicher Axialgleitlager unter Spiralnutenlagers vermieden und hierdurch ein. schweren Belastungen bringt deshalb im Hinblick Trockenlaufen wirksam verhindert wird, während mit auf eine ausreichende Schmierung Schwierigkeiten dem Hochlaufen der Welle und damit dem vom mit sich. Es ist bereits versucht worden, diese Spiralnutenlager bewirkten Schmierdruckaufbau von Schwierigkeiten zu überwinden, beispielsweise durch 15 selbst die Hauptlast vom Spiralnutenlager über-Einpumpen von Schmiermittel zwischen die Gleit- nommen und das Wälzlager weitgehend entlastet flächen unmittelbar vor dem Anlaufen von einer
äußeren Schmiermittelquelle her. Es ist jedoch kostspielig, dies von Hand oder mit Hilfe mehr oder
weniger selbsttätig arbeitender Einrichtungen zu tun, 20 In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele und es besteht immer die Gefahr, daß die Lager der Erfindung dargestellt, beim Ausfall dieser Einrichtungen beschädigt oder
zerstört werden.

In etwa das gleiche Problem tritt auf, wenn ein
Spiralnutenlager anläuft. Solange das Lager stillsteht, 25 sitzt und der letztere mittels eines Dichtungsringes 4 ist kein Schmiermittelfilm zwischen den Gleitflächen innerhalb eines zugleich ein Kugellager S aufnehmenvorhanden. Ein solcher Film bildet sich erst aus, den Lagergehäuses 6 axial beweglich und dichtend wenn eine solche Drehzahl erreicht ist, daß die Nuten geführt, jedoch gegen Drehung gehalten ist. Eine ein Schmiermittel, wie beispielsweise Schmieröl, Druckfeder 7 drückt den Lagerteil 2 gegen den zwischen die Lagerteile zu pumpen vermögen. In 30 weilenseitigen Lagerteil 1, wobei die Bewegung in dem hierdurch gebildeten Schmiermittelfilm, der stets Richtung der Federkraft durch eine in den Boden

des Lagergehäuses 6 eingreifende Schraube 8 begrenzt wird, deren halbkugelfürmig ausgebildeter Kopf 9 eine entsprechende Bohrungsei·Weiterung des Lagerteils 2 erfaßt. Der Lagerteil 2 ist ferner mit einer exzentrisch angeordneten Axialbohrung 10 sowie in bekannter Weise mit flachen Spiralnuten 11 versehen, die sich vom Außenmantel des Lagerteils 211 einem von einer Aussparung in seiner Mitte ge-

können. Es ist deshalb auch bereits bekannt. Gleit- 4" bildeten Raum erstrecken. Die Bohrung 10 im Lagerlager mit Wälzlagern dergestalt zu kombinieren, daß teil 2 schafft eine Verbindung zwischen der Kammer das Wälzlager beim Anfahren die Last zumindest 12 und einem Raum 14 unterhalb des Lagerteils 2, überwiegend aufnimmt, bis das Gleitlager einen aus- der durch den Dichtungsring 4 gegen den daiüber reichenden Schmierfilm aufgebaut hat. Bei dieser be- befindlichen Raum IS abgedichtet ist. Der Raum 15 kannten Axiallagerung sind sowohl die Wälzkörper 45 steht wiederum über Kaaäle 16,17 und 18 im Lager-

von dem Lager selbst erzeugt wird, ändert sich der Druck von Null am Eingangsende der Spiralnuten bis zu einem Maximalwert an ihrem Austrittsende.

Demgegenüber unterscheiden sich Wälzlager von Gleitlagern dadurch, daß sie auch unter schweren Belastungen ohne zusätzliche Anwendung voa Hilfsmitteln oder besondere Vorkehrungen anlaufen

als auch die die Last gehäuseseitig aufnehmenden Gleitlagerelemente gegen das Gehäuse starr abgestützt, so daß die Entlastung des Gleitlagers nur bei einer ganz bestimmten Bemessung der Wälzkörper möglich isL Dadurch ist in jedem Fall bei Wellenstillstand ein Spiel zwischen den Gleitlagerteiien erforderlich, das den Druckaufbau bei einem Spiralnutenlager behindert.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Spiralteil 1 mit der Kammer 12 in Verbindung,

In dein Kanal 17 ist ein von einer Druckfeder 19 radial nach einwärts gedrückter Schieber 20 angeordnet, der mit einer Zentralbehrung 21 versehen ist. Wenn die Welle 3 stillsteht, hält die Druckfeder 19 den Schieber 20 in der in F i g. i gezeigten Lage, in welcher die Verbindung zwischen άύν Kammer 12 und dem Raum 15 über die Kanäle 16,17 und 18 und die Zentralbohrung 21 geöiinet ist. Bei um-

nucenlager mittels eines Wälzlagers bei Wellen- 55 laufender Welle wird der Schieber 20 durch die auf stillstand und wahrer! des Anlaufens wenigstens ihn wirkende Zentrifugalkraft radial nach außen westgehei'-J zu entlasten, wobei das Wechseln der gegen die Wirkung der Driic'iieder 19 bewegt und Last von einem auf das andere Lager ebenfalls ,selbst- verschließt hierdui Ji den Kanal 18, wodurch die täiig erfolgt. Erfindungsgemäß wird dfese Aufgabe Verbindung zwischen der Kammer 12 und dem dadurch gelöst, daß der die Last gehäuäeseitig auf- 60 Raum 15 unterbrochen wird.

^; " " Wenn die Welle S süllsleht,

nehmend= Tei! des Axhigleitiugeis, das ein Spiral-· nutenlager ist,

a) mit seiner e'en Spiraln« ten abgekehrten Seite dnc« m Achsrichtung des luge.'S verschiebbare Wa :dte.^:i eir.er abgemeldeten, mit im;u übrigem W^nduiku ic; ^T_-:;iiiri^;:h«iuse ortüfcsicn

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10 in den unteren Raum 14. Ab einer bestimmten 80, der in eine Sackbohrung 81 im Lagerteil 42 ein-Drdhzahl der Welle 3 wird der Schieber 20 unter greift, hindert dieses am Drehen. Die Feder 45 ist in Wirkung der Zentrifugalkraft radial nach auswärts einer Ausnehmung 46 eines Kolbens 44 angeordnet, bewegt und verschließt den Kanal 18, so daß das der innerhalb des Lagergehäuses 43 undrehbar sitzt Schmiermittel nicht mehr durch die Kanäle 16,17 5 und verschieblich in eine zylindrische Ausnehmung und 18 und die Bohrung 21 in den oberen Raum 15 52 im Lagerteil 42 eingreift. Ein Dichtungsring 47 entweichen kann. Dadurch wird der Druck im schafft eine Abdichtung zwischen dem Kolben 44 Zentrum des Spiralnutenlagers, nämlich in der und der zylindrischen Wandung der Ausnehmung 52. Kammer 12, wo er seinen maximalen Wert besitzt, Der Kolben 44 und der Lagerteil 42 umschließen zudurch die exzentrische Bohrung 10 in den unteren 10 sammen einen Raum 48, der über eine Zentral-Raum 14 übertragen und hebt den Lagerteil 2 mit bohrung 49 mit einer von einer Aussparung im der Welle 3 leicht an, wodurch das Kugellager 5 ent- Lagerteil 42 gebildeten Kammer 50 zwischen den lastet wird. Der Lagerteil 2 wirkt auf diese Weise als beiden Lagerteilen 41,42 des Spiralnutenlagers in Hydraulikkolben, der von dem im Spiralnutenlager Verbindung steht.

erzeugten Maximaldruck beaufschlagt wird. 15 Die Spiralnuten 51, die in diesem Falle im unWenn die Drehung der Welle 3 beendet wird und drehbaren Lagerteil angeordnet sind, öffnen in die die Zentrifugalkraft zusammenbricht, wird der Kammer 50.

Schieber 20 von der Druckfeder 19 wieder nach ein- Wenn sich das Lager in Ruhestellung befindet,

wärts bewegt und gibt den Strömungsweg durch die _wird nahezu die gesamte nach unten wirkende Last Kanäle 16,17,18 und die Bohrung 21 wieder frei, ao der Welle 40 von dem Hochschulterlager 36 aufge-Dies hat zur Folge, daß das Schmiermittel aus dem nommen. Die einzige vom Spiralnutenlager ausRaum 14 durch die exzentrische Bohrung 10 und die gehende nach oben gerichtete Kraft ist die verKammer 12 zurück zum Raum 15 fließen kann und gleichsweise geringe Kraft der Druckfeder 45. Wenn sich der untere Lagerteil 2 wieder abzusenken ver- die Welle 40 in Drehung versetzt wird, pumpen die mag, wodurch das Spiralnutenlager wieder entlastet as Spiralnuten 51 Druckmittel aus einem Raum 53 im und statt dessen das Kugellager 5 wieder in Axial- Lagergehäuse 43 in die zentrale Kammer 50. Der richtung belastet wird. hierdurch in dieser Kammer erzeugte höhere Druck

Während normalerweise alle Spiralnuten 11 des wird über die Bohrung 49 in den Raum 48 weiter-Spiralnutenlagers die gleiche, verhältnismäßig geringe geleitet. Dort steigt der Druck so lange an, bis ein Tiefe besitzen, ist in Fig. 2 ein Lagerteil 2 gezeigt, 30 Gleichgewichtszustand zwischen der Kraft des auf das mit einer oder mehreren tiefen Spiralnuten 34 die Oberseite des Lagerteils 42 wirkenden Druckzusätzlich zu den normalen flachen Spiralnuten 35 mittelfilms und der Summe der auf die Unterseite versehen ist. Die tiefen Spiralnuten 34 schaffen, wenn des Lagerteils 42 wirkenden Hydraulikkraft und der das Lager stillsteht oder nur mit geringer Drehzahl Kraft der Feder 45 erreicht ist. Durch geeignete Beumläuft, einen Abfluß für das Schmiermittel von der 35 messung der Ausnehmung 52 und des Federdruckes Kammer 12 und dem Raum 14 zum Raum 15. im Verhältnis zu den anderen Größen des Spiral-

Bei der Ausführungsform der Erfindung nach nutenlagers ist es möglich, vorauszubestimmen, F i g. 1 und 2 übernimmt das Spiralnutenlager in welcher Anteil der Axiallast vom Spiralnutenlager seiner Eigenschaft als sogenanntes »Loslager« die im Lauf aufgenommen wird und welcher Lastanteil gesamte Axiallast, wenn die Drehzahl einen be- 40 am Hochschulterlager verbleibt. Dies ist unabhängig stimmten Wert überschreitet, bei dem ein Schmier- davon, wo das Spiralnutenlager an der Welle im mittelfilm mit ausreichend hohem Druck zwischen Verhältnis zum Hochschulterlager angeordnet ist. den Lagerflächen vorhanden ist. Der Erfindungs- Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen

gedanke wird jedoch nicht verlassen, wenn das der Erfindung waren die Spiralnutenlager in einseitig Spiralnutenlager nur einen Teil der gesamten Axial- 45 geschlossenen Gehäusen untergebracht. Für den Fall, last, auch wenn dies beispielsweise der größte Teil daß sich die Welle an beiden Seiten des Spiralnutenist, trägt und der Rest vom Wälzlager übernommen lagers fortsetzt, ist eine zweckmäßige Ausführungswird. Die Verteilung der Belastung zwischen den form in F i g. 4 dargestellt.

beiden Lagern während des Überganges von Still- Diese Ausbildungsform unterscheidet sich von den

stand auf volle Drehzahl erfolgt in diesem Fall eben- 50 früheren darin, daß sie ein Gehäuse 71 mit einer falls vollkommen selbständig, jedoch ist die axiale Hülse 72 aufweist, die eine Welle 73 umschließt und Verlagerung, d.h. bei vertikaler Welle deren An- hierdurch das Druckmittel, wie beispielsweise öl, hebung um einige zehntel Millimeter, die aus prak- daran hindert, längs der Welle 73 aus dem Gehäuse tischen Gründen bei dem vorbeschriebenen Aus- herauszutreten. Der untere Lagerteil 69 des dortigen führungsbeispiel möglich sein muß, dann nicht er- 55 Spiralnutenlagers ist mit einer Anzahl Ausnehmungen forderlich, was in manchen Fällen von Vorteil sein 74 versehen, die gleichmäßig am Umfang verteilt kann. sind und Kolben 70 axial verschieblich aufnehmen.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsfonn der Erfindung, In die Kolben 70 sind Druckfedern 75 eingesetzt, bei der das Spiralnutenlager und das Wälzlager je deren freie Enden sich gegen den Boden des Geeinen Teil der Axiallast aufnehmen. Das Wälzlager 60 häuses 71 in gleicher Weise wie die Druckfedern 7 ist hierbei ein Hochschulterlager 36, das in ein Ge- bzw. 45 in den Ausfuhrungsbeispielen nach Fig. 1 häuse 38 eingesetzt ist und von Stirndeckeln 37 und und 3 anlegen.

in Stellung gehalten wird. Das Wälzlager 36 sitzt Der Lagerteil 69 enthält Spiralnuten 76, die sich

in üblicher Weise mit Preßsitz auf einer Welle 40, von der Außenkante des Lagerteils nach einwärts bis auf der ferner der wellenseitige Lagerteil 41 des 65 zu einer nutenförmigen Ringkammer 77 erstrecken. Spiralnutenlagers angeordnet ist. Der andere Lager- Radial innerhalb der Ringkammer 77 befindet sich teil 42 des Spiralnutenlagers wird gegen den Lager- eine ebene Zone 78. Die Ringkammer 77, in welcher teil 41 durch eine Druckfeder 45 gedrückt. Ein Stift während der Drehung des Lagers maximal Druck

herrscht, steht über Löcher 79 im Lagerteil 69 in Verbindung mit allen Ausnehmungen 74 oberhalb der darin angeordneten Kolben 75. Die Arbeitsweise des Lagers ist die gleiche wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Während bisher nur Lagerungen für vertikale Wellen gezeigt und beschrieben wurden, kann die Erfindung jedoch ebensogut in Verbindung mit horizontalen oder sonstwie gerichteten Wellen angewandt werden. F i g. 5 zeigt eine solche Lageranordnung mit einem Kugellager und einem Spiralnutenlager, das aus zwei Lagereinheiten besteht. Im Lauf nimmt jedes der beiden Spiralnutenlagereinheiten einen Teil der Axiallast auf, die, wie bei den früheren Ausführungsbeispielen, von dem maximalen Druck des Druckmittels abhängt sowie von der aktiven Fläche des Spiralnutenlagers, der Kolbenfläche und der Federkraft. Alle axialen Belastungsspitzen während des Laufs werden vom Kugellager abgefangen. Beim Anlaufen trägt das Kugellager die gesamte Axiallast.

Claims

Patentansprüche:

1. Lagerung einer Welle mit einem mittels eines Wälzlagers bei Wellenstillstand selbsttätig wenigstens weitgehend entlastbaren Axialgleitlager mit hydrodynamischer Schmierfilmbildung, dadurch gekennzeichnet, daß der die Last gehäuseseitig aufnehmende' Teil (2,42,69) des Axialgleitlagers, das ein Spiralnutenlager ist,

a) mit seiner den Spiralnuten (11, 34, 35, 51,

76) abgekehrten Seite einen in Achsrichtung des Lagers verschiebbaren Wandteil einer abgedichteten, mit ihren übrigen Wandteilen (44,70) im Lagergehäuse (6,43,71) ortsfesten Kammer (14,48, 74) bildet,

b) wenigstens eine Bohrung (10,49,79) aufweist, die die Kammer (14,48,74) mit einem an die Druckseite der Spiralnuten (11,24, 35,51,76) angeschlossenen Raum (12,50,

77) verbindet,

c) gegen den wellenseitigen Lagerteil (1,41) durch Federkraft (Druckfedern 7,45,75) gehalten ist.

2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Last gehäuseseitig aufnehmende Lagerteil (2) als in die Kammer (14) eingreifender Kolben ausgebildet ist.

3. Lagerung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Anschlag (9) für den die Last gehäuseseitig aufnehmenden Lagerteil bei seiner Bewegung in Richtung der Federkraft.

4. Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (9) von einem Kopf einer in das Lagergehäuse eingesetzten Schraube (8) gebildet ist, die den die Last gehäuseseitig aufnehmenden Lagerteil (2) zentral durchgreift.

5. Lagerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsflächen zwischen dem Anschlag (9) und dem die Last gehäuseseitig aufnehmenden Lagerteil (2) kugelig sind.

6. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Last gehäuseseitig aufnehmende Lagerteil (42) auf seiner der Lagerfläche abgewandten Seite eine zylinderförmige Ausnehmung aufweist, in welche ein am Lagergehäuse (43) fester Kolben (44) dichtend eingreift.

7. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Last gehäuseseitig aufnehmende Lagerteil (69) mit einer oder mehreren Ausnehmungen (74) versehen ist, in die jeweils ein ortsfest gegen das Lagergehäuse abgestützter Kolben (70) eingreift.

8. Lagerung nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch zwei oder mehrere jeweils eine Teillast aufnehmende Spiralnutenlager (Fig. 5).

9. Lagerung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem wellenseitigen Teil (1) des Spiralnutenlagers ein Kanal (16,17, 18) angeordnet ist, der den an die Druckseite der Spiralnuten (11) angeschlossenen Raum (12) bei Wellenstillstand mit einem an der Saugseite liegenden Raum (15) verbindet, und daß im Kanal (16, 17, 18) ein durch Zentrifugalkraft gegen den Druck einer Feder (19) betätigter Schieber (20) angeordnet ist, der den Kanal ab einer vorgegebenen Wellendrehzahl verschließt.

10. Lagerung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Spiralnut (35) in einem der Teile des Spiralnutenlagers bei gleicher Förderrichtung wie die übrigen Spiralnuten (34) eine geringere Tiefe als diese aufweist und bei Wellenstillstand als Druckausgleichskanal zwischen dem an die Druckseite der Spiralnuten angeschlossenen Raum (12,50, 77) und dem an der Saugseite liegenden Raum (15,53) dient.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen