DE19916581A1 - Lagerentlastung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagerentlastung, bei der das Lager einen Außenring (10) und einen Innenring (11) umfaßt, die relativ zueinander rotieren und von denen der Außenring (10) im Lagergehäuse (12) und der Innenring (11) auf der Welle (13) angeordnet ist, und von denen der eine Ring relativ zu seiner Stützfläche axial beweglich und an der sich so ergebenden Bewegungsfläche eine Tasche (14) ausgebildet ist, in die zwecks Erleichterns der besagten axialen, etwa wärmeausdehnungsbedingten Bewegung ein Schmiermittelkanal (19) mündet. Die Tasche (14) wird gemäß der Erfindung von einem einen Teil der besagten Bewegungsfläche abgrenzenden Dichtungskreis (15) gebildet.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Lagerentlastung, bei der das Lager einen Außenring und einen Innenring, die relativ zueinan­ der rotieren, umfaßt, von denen der Außenring im Lagergehäuse und der Innenring auf der Welle angeordnet ist, und von denen der eine relativ zu seiner Stützfläche axial beweglich ist, wo­ bei an der so entstehenden Bewegungsfläche eine Tasche ausgebil­ det ist, in die sich zwecks Erleichterns der besagten, etwa durch Wärmeausdehnung verursachten Axialbewegung ein Schmiermit­ telkanal erstreckt.

Bei großen und stark belasteten Lagern ergeben sich auch zwi­ schen den relativ zueinander beweglichen Teilen große Reibungs­ kräfte. Solche Lager sind zum Beispiel die Preßwalzenlager in Papiermaschinen. Besonders die bei Wärmeausdehnung der Welle entstehende Reibung bildet bei Lagern, die eine freie axiale Be­ wegung erlauben, ein Problem. Dieses Problem tritt nicht auf bei hydrostatischen Lagern, weil bei ihnen oft auch zwischen Außen­ ring und Lagergehäuse eine Schmierölschicht vorhanden ist. Dabei kann sich dann das gesamte Lager im Lagergehäuse axial bewegen und sich den Längen- und Winkelveränderungen der Welle anpassen. Zum Verteilen des Schmiermittels dienen besondere Taschen.

Eine Erleichterung der Wärmeausdehnung bietet also bei den vor­ genannten hydrostatischen Lagern kein Problem, während bei La­ gern anderen Typs dafür keine einfachen Mittel zur Verfügung stehen. Ist der Lagerinnenring drehbar, so ist der Lageraußen­ ring gleitend und der Innenring straff ins Lagergehäuse einge­ paßt. Die Wärmeausdehnung der Welle ist dann über eine relative Bewegung zwischen Außenring und Lagergehäuse erfolgend vorgese­ hen. Ist der Außenring drehbar, so ist die Wärmeausdehnung durch eine relative Bewegung zwischen Wellenhals und Lagerinnenring erfolgend vorgesehen. Große Reibungskräfte können jedoch die be­ sagte Bewegung u. U. verhindern, wobei dann die Lagerelemente ho­ hen Beanspruchungen ausgesetzt werden. Das Lager wird belastet selbst wenn auf die Welle keine äußere axiale Last wirkt. Diese zusätzliche Beanspruchung verringert die Lebensdauer des Lagers und kann zu Beschädigung von Lagerteilen führen.

Mit dieser Erfindung soll eine Lagerentlastung geschaffen wer­ den, die eine axiale, insbesondere durch Wärmeausdehnung be­ dingte Bewegung der Welle trotz hoher Lagerbelastungen erlaubt. Die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung gehen aus den beige­ fügten Patentansprüchen hervor. Die erfindungsgemäße Entlastung befindet sich zwischen einem Lagerelement und seiner Stützfläche und eignet sich für Lager verschiedenen Typs. Durch die Entla­ stung werden die axial zueinander beweglichen Reibungsflächen voneinander abgehoben, wodurch sich die Reibung verringert. Auf diese Weise wird eine leichte axiale Bewegung erzielt und eine unnötige Belastung des Lagers und seiner Befestigung vermieden. Die erfindungsgemäße Entlastung basiert auf dem Einsatz von Schmiermittel, ohne daß jedoch komplizierte Schmiermittelkanäle dafür erforderlich wären. Außerdem kann die Entlastung entweder durch kontinuierliche oder durch periodische Schmierung bewerk­ stelligt werden.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beige­ fügten Zeichnungen, die einige Ausführungsformen der Erfindung zeigen, im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 das Lagergehäuse und die daran montierte, von einer Dichtung gebildete erfindungsgemäße Tasche von vorn betrachtet in axonometrischer Darstel­ lung;

Fig. 2 das in den Kanal eingesetzte Ventil im Längs­ schnitt;

Fig. 3 eine mit der erfindungsgemäßen Tasche ausgerü­ stete Lagerausführungsform im Längsschnitt;

Fig. 4 die Ausführungsform aus Fig. 3 im Querschnitt.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung den Lagerbock 18 mit dem Lagergehäuse 12, das die Stützfläche des Lageraußenringes 10 bildet. Bei dieser Ausführungsform ist das Lager außerdem im La­ gergehäuse 12 axial beweglich, wobei zwischen Lagergehäuse 12 und Lageraußenring 10 eine Gleitfläche entsteht. Zur Entlastung der axialen Bewegung hat das Lagergehäuse 12 eine Dichtung 16, die zwischen Lagergehäuse 12 und Außenring 10 eine geschlossene Tasche 14 bildet. Die eigentliche erfindungsgemäße Entlastung wird durch in die Tasche einzuleitendes Schmiermittel bewirkt. Allgemein wird die Tasche 14 gemäß der Erfindung von dem einen Teil der Bewegungsfläche begrenzenden Dichtungskreis 15 gebil­ det. Die Tasche befindet sich bevorzugt so auf der belasteten Seite des Lagers, daß die Taschenmittellinie mit der Lager­ last-Mittellinie zusammenfällt.

Der Dichtungskreis 15 wird von der Dichtung 16 gebildet, die hier in Nuten 17, die in die Innenfläche des Lagergehäuses 12 eingearbeitet sind, sitzen. In Fig. 1 ist die Dicke der Dich­ tung 16 im Vergleich zu den übrigen Konstruktionsteilen aus An­ schaulichkeitsgründen übertrieben dargestellt. Da der Außenring 10 und das Lagergehäuse nicht gegeneinander rotieren, gibt es auch kein Problem infolge Abnutzung der Dichtung 16. Die Nuten 17 sind außerdem so tief gearbeitet, daß die Dichtung 16 bis auf Niveau des Lagergehäuses 12 hineingedrückt werden kann. Somit wird die Dichtung 16, leert sich die Tasche 14, nicht zerstört, selbst wenn der Außenring 10 das Lagergehäuse 12 berührt. Im Bedarfsfall wird die Rotation des Außenringes 10 im Lagergehäuse 12 blockiert.

In Anwendungen, bei denen die Achse rotiert, sind die Nuten ent­ weder am Lagergehäuse oder am Außenring angeordnet. Rotiert die Lagerschale, werden die Nuten entweder an der Achse oder am In­ nenring angeordnet. Allgemein wird die Entlastung zwischen dem nicht rotierenden Lagerteil und seiner Gegenfläche verwirklicht, wobei dann geringer Dichtungsverschleiß und Fettverbrauch ge­ währleistet sind.

In die Tasche 14 wird über einen in den Lagerbock 18 eingearbei­ teten Kanal 19 unter Hochdruck stehendes Schmiermittel geleitet. Als Schmiermittel dient bevorzugt Schmierfett, weil dieses bei schwer belasteten Lagerflächen seine Schmierfähigkeit besser als andere Schmiermittel bewahrt. Beim Zuführen von Fett strebt die Dichtung 16 gegen die Oberfläche des Außenringes 10 zu drücken, was die Dichtwirkung erhöht und somit den Fettverbrauch redu­ ziert. Außerdem ist man bestrebt, durch möglichst große Oberflä­ che der Tasche eine ausreichende Hubkraft zu gewährleisten. So erstreckt sich denn die Tasche 14 in Längsrichtung der Welle/Achse 13 über 60 bis 90%, bevorzugt über 70 bis 80%, der in Wellenrichtung gemessenen Länge der Bewegungsfläche. Gleich­ zeitig deckt sie in Umfangsrichtung im wesentlichen den gesamten belasteten Bereich des Bewegungsflächenquerschnitts (Fig. 4).

Der Kanal 19 mündet in die Mitte der Tasche 16, im wesentlichen an der vertikalen Mittellinie der Welle 13. Dabei reicht die Spindel 21 des am Ende des Kanals 19 angeordneten, in Fig. 2 dargestellten Ventils 20 zuerst an die Oberfläche des Außenrin­ ges 10, weil ja die Bewegung der Welle 13 und damit auch des Au­ ßenringes 10 in Richtung der Lagerkraft, in diesem Fall im we­ sentlichen vertikal, verläuft. Das Ventil 20 ist außerdem so eingerichtet, daß es sich, drückt die Spindel 21 nach innen, öffnet. Gleichzeitig verteilt der mittig angeordnete Kanal 19 das Fett gleichmäßig in die Tasche 14. Mit dem unter Hochdruck stehenden Fett werden die Gegenflächen auf der belasteten Seite auseinander gehalten, wodurch sich die Reibung verringert. Bei der Entlastung kommt also keine Ölumlaufschmierung zum Einsatz, sondern ein statisches Fettpolster. Der Druck in der Tasche 14 wird entweder durch ständige Fettzufuhr oder mit dem im Kanal 19 angeordneten Rückschlagventil 22 aufrechterhalten. Die Fettzu­ führung erfolgt mit einer dafür passenden Einrichtung, mit der in der Tasche 14 ein ausreichend hoher Druck erzielt wird.

Das Ventil 20 ist also so konstruiert, daß es die Fettzufuhr mit Erreichen der gewünschten Fettschichtdicke unterbricht. Dabei kann die Fettzufuhr in den Kanal 19 kontinuierlich erfolgen, ohne daß die Tasche 14 zu stark belastet wird. Das federbela­ stete Ventil 20 befindet sich denn normalerweise auch in ZU-Stellung. Andererseits verhindert das außerdem zum Kanal 19 ge­ hörende Rückschlagventil 22 ein Entweichen von Fett aus der Ta­ sche 14 über den Kanal 19, so daß der Druck in der Tasche 14 er­ halten bleibt. Bei allmählichem Nachlassen des Druckes infolge Fettverbrauchs bleibt an der Gleitfläche dennoch eine Fett­ schicht erhalten, die die Reibung wesentlich reduziert.

In Fig. 3 ist die Gleitlageranwendung (spherical plain bearing) bei einer Papiermaschinen-Preßwalze gezeigt. Neben der Entla­ stung zwischen Lagergehäuse 12 und Außenring 10 ist bei dieser Ausführungsform auch zwischen den Gleitflächen des Gleitlagers eine Entlastung vorhanden. Mit dieser Lösung wird die eine Win­ kelabweichung der Welle 13 ermöglichende Verdrehung des Innen­ ringes 11 erleichtert. In Fig. 3 bestehen die an den Enden der Kanäle 19 und 27 angeordneten Rückschlagventile 22 aus Schmier­ nippeln. Fett wird in die Taschen 14 und 23 in bestimmten Zeit­ abständen nachgefüllt, jedoch ist auch eine kontinuierliche Druckschmiermittelzufuhr möglich. Zu dieser Ausführungsform ge­ hören auch (nicht dargestellte) erfindungsgemäße Ventile zur Verhinderung von Überfüllung. Der Lagerbock 18 hat außerdem nor­ male, durch Bolzen 24 befestigte Stirnwände 25 mit Dichtungen 26. Auch bei anderen Gleitlagern als dem hier dargestellten kann zwischen Außenring und Innenring eine entsprechende Tasche aus­ gebildet sein, in die ein mit Ventilen versehener Kanal mündet. In Fig. 4 ist die vorangehend beschriebene Lagerausführungsform im Querschnitt gezeigt.

In dieser Schrift ist als zweites Ausführungsbeispiel ein Gleit­ lager angeführt, jedoch kann die erfindungsgemäße Lagerentla­ stung auch auf Lager anderen Typs angewendet werden. Die Anord­ nung der Nuten kann bei den verschiedenen Anwendungen variieren, jedoch gestalten sich die hier beschriebenen Ausführungsformen in der Herstellung vorteilhaft. Die Anordnung der Kanäle kann hingegen freier erfolgen. Bei Einarbeitung der Nuten in den La­ gerbock können gewöhnliche Lager eingesetzt werden. Die Montage des Lagers kann dann ohne zusätzliche Bearbeitung erfolgen. Auch wird auf diese Weise eine möglichst große Tasche erzielt. In Verbindung mit dem Auswechseln des Lagers ist auch ein Auswech­ seln der Dichtungen möglich.

Claims (11)

1. Lagerentlastung, bei der das Lager einen Außenring (10) und einen Innenring (11) umfaßt, die relativ zueinander rotieren und von denen der Außenring (10) im Lagergehäuse (12) und der Innen­ ring (11) auf der Welle (13) angeordnet ist und von denen der eine Ring relativ zu seiner Stützfläche axial beweglich und an der sich so ergebenden Bewegungsfläche eine Tasche (14) ausge­ bildet ist, in die zwecks Erleichterns der besagten axialen, etwa wärmeausdehnungsbedingten Bewegung ein Schmiermittelkanal (19) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasche (14) von einem einen Teil der besagten Bewegungsfläche abgrenzenden Dich­ tungskreis (15) gebildet wird.

2. Entlastung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Tasche (14) in Längsrichtung der Welle (13) über eine Strecke von 60 bis 90 Prozent, bevorzugt von 70 bis 80 Prozent der in Wellenrichtung (13) gemessenen Länge der Bewegungsfläche erstreckt und in Umfangsrichtung im wesentlichen die gesamte be­ lastete Hälfte des Bewegungsflächenquerschnittes deckt.

3. Entlastung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskreis (15) aus einer Dichtung (16) besteht, die in Nuten 17, die an der Bewegungsfläche ausgebildet sind, einge­ paßt ist.

4. Entlastung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (17) der Bewegungsfläche entweder am Lagergehäuse (12) oder am Außenring (10) angeordnet sind.

5. Entlastung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten der Bewegungsfläche entweder an der Welle (13) oder am In­ nenring (11) angeordnet sind.

6. Entlastung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem in die Tasche (14) mündenden Ende des Kanals (19) ein Ventil (20) vorhanden ist, das mit Erreichen der gewünschten Schmiermittelschichtdicke die Schmiermittelzufuhr unterbricht.

7. Entlastung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich das federbelastete Ventil (20) normalerweise in ZU-Stellung be­ findet und sich mit Hineindrücken der Spindel (21) des Ventils (20) öffnet.

8. Entlastung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Ventil (20) im wesentlichen an der vertikalen Mit­ tellinie der Welle (13) in der Mitte der Tasche (14) befindet.

9. Entlastung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Kanal (19) ein Rückschlagventil (22) gehört, das ein Abwandern von Schmiermittel aus der Tasche (14) über den Kanal (19) verhindert.

10. Entlastung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Gleitlagern, insbesondere in Gelenklagern (spherical plain bearing), zwischen dem Außenring (10) und dem Innenring (11) eine zweite Tasche (23) vorhanden ist, in die ein zweiter mit Ventil (22) bestückter Kanal (27) mündet.

11. Entlastung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmiermittel Schmierfett dient.