DE1750165C - Wellenlagerung mit einem bei Wellen stillstand entlastbaren Axialgleitlager - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagerung einer b) wenigstens eine Bohrung aufweist, die die Welle mit einem mittels eines Wälzlagers bei wellen· Kammer mit einem an die Druckseite der

stillstand selbsttätig wenigstens weitgehend entiast· Splralnuten angeschlossenen Raum verbindet,

baren Axialgleitlager mit hydrodynamischer Schmier- _{ς) gegen den we}u_ei,_aewg_e,, Lagerteil durch Feder-

{Umbildung. S kraft fDruckfedern) Behalten 1st.

Die Schmierfllmbildung bei hydrodynamischen Kran (.ürucKteaeraj genauen wi.

Gleitlagern mit flachen GleitflHchen hängt zum grüß- Der technische Fortschritt der vorgenannten Erten Teil von der Gleitgeschwindigkeit ab und ist bei flndung ergibt sich aus der Lösung der Aufgabe und geringen Drehzahlen ungenügend, während sie bei besteht darin, daß, solange noch kein Schmierfilm zunehmenden Drehzahlen schnell beaser wird. io gebildet 1st, 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 ausi eichende 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 Uber-Einpumpen von Schmiermittel zwischen die Gleit- nommen und das Walzlager weltgehend entlastet flächen unmittelbar vor dem Anlaufen von einer wird.

üußeren Schmiermittelquelle her. Es ist jedoch kost- Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich spielig, dies von Hand oder mit Hilfe mehr oder aus den Unteransprüchen.

weniger selbsttätig arbeitender Einrichtungen zu tun, ao In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele und es besteht immer die Gefahr, daß die Lager der Erfindung dargestellt.

beim Ausfall dieser Einrichtungen beschädigt oder Bei dei Lagerung nach Fig. 1 besteht das dort

zerstört werden. verwendete Spiralnutenlager aus zwei flachen Lager-

In etwa das gleiche Problem tritt auf, wenn ein teilen 1 und 2, von denen der erste auf einer Welle Spiralnutenlager anlauft. Solange das Lager stillsteht, as sitzt und der letztere mittels eines Dichtungsringes 4 ist kein Schmierniittelfilm zwischen den Gleitflächen innerhalb sines zugleich ein Kugellager 5 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 wellenseitigen Lagerteil 1, wobei die Bewegung in dem hierdurch gebildeten Schmiermittelfilm, der stets Richtung der Federkraft durch eine in den Boden von dem Lager selbst erz<n>gt wird, ändert sich des Lagergehäuses 6 'eingreifende Schraube 8 beder Druck von Null am Eingangsende der Spiral- grenzt wird, deren halbkugelförmig ausgebildeter nuten bis zu einem Maximalwert an ihrem Austritts- Kopf 9 eine entsprechende Bohrungserweiterung des ende. 35 Lagerteils 2 erfaßt. Der Lagerteil 2 ist ferner mit

Demgegenüber unterscheiden sich Wälzlager von einer exzentrisch angeordneten Axialbohrung 10 so-Gleitlagern dadurch, daß sie auch unter schweren wie in bekannter Weise mit flachen Spiralnuten 11 belastungen ohne zusätzliche Anwendung von Hilfs- verschen, die sich vom AuRenmantel des Lagerteils mitteln oder besondere Vorkehrungen anlaufen zu einem von einer Aussparung in seiner Mitte gekönnen. Es ist deshalb auch bereits bekannt, Gleit- 40 b:!d:t; . Paum 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 1"» und einem Raum 14 un':'a'b des Lagerteils 2, Überwiegend aufnimmt, bis das Gleitlaper einen aus- li«., durch den Dichtungsring Ί g gc^ den darüber reichenden Schmierfth.. r,?f- ■- .;; !.«i. ik. u^er be- befindlichen Raum 15 abgedichict ist. Der Raum !5 ka<.··».·· AAiaiiu₆c· üHg siiiu sowohl die Wälzkörper 45 stent wiederum über Kanäle 16, Yi und 18 im Lagerais auch die die Last gehäuseseitig aufnehmenden teil 1 mit der Kammer 12 in Verbindung. Gleitlagerelemente gegen das Gehäuse rtarr abge- In dem Kanal 17 ist ein von einer Druckfeder 19

stützt, so daß die Entlastung des Gleitlagers nur bei radial nach einwärts gedrückter Schieber 20 angeeiner ganz bestimmten Bemessung der Wälzkörper ordnet, der mit einer Zentralbohrung 21 versehen ist. möglich ist. Dadurch ist in jedem Fall bei Wellen- so Wenn die Welle 3 stillsteht, hält die Druckfeder 19 stillstand ein Spiel zwischen den Gleitlagerteilen er- den Schieber 20 in der in F i g. 1 gezeigten Lage, in forderlich, das den Druckaufbau bei einem Spiral- welcher die Verbindung zwischen der Kammer 12 nutenlager behindert. und dem Raum 15 über die Kanäle 16,17 und 18

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Spiral- und die Zentralbohrung 21 geöffnet ist. Bei umnutenlager mittels eines Wälzlagers bei Wellen- SS laufender Welle wird der Schieber 20 durch die auf stillstand und während des Anlaufens wenigstens ihn wirkende Zentrifugalkraft radial nach außen weitgehend zu entlasten, wobei das Wechseln der gegen die Wirkung der Druckfeder 19 bewegt und Last von einem auf das andere Lager ebenfalls selbst- verschließt hierdurch den Kanal 18, wodurch die tätig erfolgt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe Verbindung zwischen der Kammer 12 und dem dadurch gelöst, daß der die Last gehäuseseitig auf- 60 Raum 15 unterbrochen wird, nehmende Teil des Axialgleitlagers, das ein Spiral- Wenn die Welle 3 stillsteht, wird die gesamte

nutenlager ist, Axiallast von dem Kugellager 5 aufgenommen. Da

bei wird der Lagerteil 2 des Spiralnutenlagers unter

ä) mit seiner den Spiralnuten abgekehrten Seite der Wirkung der Druckfeder 13 nur leicht gegen den einen in Achsrichtung des Lagers verschieb- 63 oberen Lagerteil 1 gedruckt. Wenn nun die Welle 3 baren Wandteil einer abgedichteten, mit ihren zusammen mit dem Lagerteil 1 zu rotieren beginnt, übrigen Wandteilen im Lagergehäuse ortsfesten wird Schmiermittel durch die Spiralnuten 11 in die Kammer bildet, Kammer 12 gedrückt und gelangt durch die Bohrung

10 in den unteren Raum 14. Ab einer bestimmten 80, der in eine Sackbohrung 81 im Lagerteil 42 ein-

Drahahl der Welle 3 wird der Schieber 20 unter greift, hindert dieses am Drehen. Die Feder 48 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 Lagergehliuses 43 undrehbar sitzt

Schmiermittel nicht mehr durch die Kanäle 16,17 s und verschiebllch in eine zylindrische Ausnehmung

und 18 umd 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 Spirainutenlagers, 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 zu-

durch die exzentrische Bohrung 10 in den unteren ία sammen einen Raum 48, der Über eine Zentral-

Raum IA 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 Spirainutenlagers 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 gleichswcise 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 U des wird über die Bohrung 49 in den Raum 48 weitcr-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 Lagcr«.eils42 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. Fig f uii " Jbernimml das C_Faalnutenlager in welcher Anteil der Axiallast vom Spiralnutenlager seiner Eigenschaft als sogenanntes »Loslager« die im Lauf aufgenommen v/i.e .»;<d ~cK^:':< Lju^iei! gesamte Axiallast, wenn die Drehzahl einen bc- 40 am Hochschu!ter^;H£er ver^K!<*iN». Die- ist 'snabhäng«s .-irnaiter. Wert überschreitet, bei dem ein Schmier- davon, ws.. das üpii-pir,,.^;,;^g* ?,n der Welle im rr>iueifc!ui mit ausreichend hohem Druck zwischen Verhältnis zau\ Hoch.d.uHerlj₍'»;i ar.^Cviidnct ist.
d^n Lageiilächp'T vorhanden ist. Der Erfindung*»- Fei i:n hisiier beschn*! eneii A^sfiihruniisioiairp gcdnn!.' wsrj •■"•»och ni.:ht verlassen, wann J«f «; ;;,fi· ' r.t^ wrren d^;c ^piralr.üJ»*··'-^-· in-.■>■*v*"'iü 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- herauszutieten. Der untere Lagerteil 69 des dortigen führungsbeispiel möglich sein muß, dann nicht er- 55 Spirainutenlagers 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. F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform 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 häuses71 in gleicher Weise wie die Druckfedern 7 ist hierbei ein Hochschulterlager 36, das in ein Ge- bzw. 45 in den Ausführungsbeispielen nach F i g. 1 häuse 38 eingesetzt ist und von Stirndeckeln 37 und und 3 anlegen.

39 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 63 zu einer nutenförmigen Ringkammer 77 erstrecken.

Spirainutenlagers angeordnet ist. Der andere Lager- Radial innerhalb der Ringkamineir 77 befindet sich

teil 42 des Spirainutenlagers 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 Welien 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 (10)

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, so gekennzeichnet durch einen Anschlag (9) für den die Last gehäuseseitig aufnehmenden Lagertei bei seiner Bewegung in Richtung der Federkraft

4. Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (9) von einerr Kopf einer in das Lagergehäuse eingesetzter 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 mehrerer Ausnehmungen (74) versehen ist, in die jeweils ein ortsfest gegen das Lagergehäuse abgestützte) Kolben (70) eingreift.

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

9. Lagerung nach den Ansprüchen i bis 8, dadutch gekennzeichnet, daß in dem wellenseitiger Teil (1) des Spiralnutenlagers ein Kanal (16,17 18) angeordnet ist, der den an die Druckseite dei Spiralnuten (11) angeschlossenen Raum (12) be Wellenstillstand mit einem an der Saugsein liegenden Raum (15) verbindet, und daß irr Kanal (16, 17, 18) ein durch Zentrifugalkraf gegen den Druck einer Feder (19) betätigtei Schieber (20) angeordnet ist, der den Kanal at einer vorgegebenen Wellendrehzahl verschließt

10. Lagerung nach den Ansprüchen 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Spiralnut (35) in einem der Teile des Spiralnuten lagers bei gleicher Förderrichtung wie die übriger Spiralnuten (34) eine geringere Tiefe als dies« aufweist und bei Wellenstillstand als Druck ausgleichskanal zwischen dem an die DruckseiU der Spiralnuten angeschlossenen Raum (12,50 77) und dem an der Saugseite liegenden Raun (15,53) dient.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen