DE2015985A1

DE2015985A1 - Flüssigkeits- oder Gaslager

Info

Publication number: DE2015985A1
Application number: DE19702015985
Authority: DE
Inventors: Colin William Wimborne Dorset Dee (Großbritannien)
Original assignee: Aerostatic Ltd., Poole, Dorset (Grossbritannien)
Priority date: 1969-04-22
Filing date: 1970-03-26
Publication date: 1970-11-05
Also published as: JPS5035614B1; FR2046358A5; NL7005818A; GB1280871A; US3705751A

Description

Anmelderin: Firma Aerostatic Limited

• 4-0 Hilf field Industrial Estate, Fleets Bridge, Poole, Dorset, England

"Flüs.sigkeits- oder Gaslager"

Die Erfindung bezieht sich auf Lager, bei denen Flüssigkeit oder Gas unter Druck zu einem zwischen zueinander drehbaren Lagerteilen liegenden Lagerspalt geleitet wird.

Wo sowohl axiale als auch, radiale - Drücke von einem Lager getragen werden müssen, genügt es nicht, ein einfaches Achslager mit zylindrischem Lagerspalt zu verwenden, da irgendein Axialdrucklager auch vorgesehen'sein muss. ■

Eine wohlbekannte Lösung besteht darin, in einer Lageranordnung ein Achslager und eines oder mehrere Drucklager miteinander zu kombinieren. Das oder jedes Drucklager kann mit Flüssigkeit oder Gas gespeist werden, indem es mit eigenen Flüssigkeits- oder Gaseinlassöffnungen ausgestattet wird oder indem Vorkehrungen zur Ableitung von Flüssigkeit oder Gas vom bonachb/i.rten Ende des Achslagerspaltes getroffen werden. Im orabor-f;.! Fall': ist dor Aufbau des Lagers komplizierter, und im zweifln Falle kann die Lanteritragfähifikeit des Drucklagers, das Ία roh Al» I.'j it uiii^ von oinom Achulager, vjolchor soLbfjb verschiedene

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Lasten und Bedingungen ausgesetzt sein kann, nicht vorherbestimmt werden und bei bestimmten Betriebsbedingungen sehr mangelhaft sein.

Demgemäss ist es eine erste Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes ITiissigkeits- oder Gaslager zu schaffen, das sowohl axiale als auch radiale Drücke aufnehmen kann und bei dem nur ein einziger Lagerspalt diese beiden Funktionen erfüllt, wodurch ein relativ leichter Aufbau von vorherbestimmbarer Arbeitsweise gemäss bekannten Konstruktionsparametern ermöglicht wird.

Eine weitere Forderung, die bei rotierenden Einrichtungen auftreten kann, besteht darin, dass es möglich sein muss, dass sich die Achse eines von zwei rotierenden Elementen gegenüber der Achse des anderen Elementes bis zu einem bestimmten Grade schrägstellt. Wenn beispielsweise ein rotierendes Element von zwei Lagern gehalten wird, die gegenüber der Achse des rotierenden Elementes mit Abstand voneinander angeordnet sind, ist es normalerweise wesentlich, eine sehr genaue Ausrichtung sowohl des Stators als auch des Robors jedes Lagers gegenüber der Drehachse des rotierenden Elementes zu gewährleisten. Dies gilt insbesondere für Flüssigkeits- oder Gäslager, bei denen das radiale Masn dos herkömmlichen zylindrischen Lagerspalfces sehr klein L^c;b.

Es int; :Ιοηΐ{·;ΐϊΐΓΐ/Ιπ3 eine /.v/tiiby Aufgabe ά>^Λ.ν Erfindung, ein vurbiiSHurUi?! IFLiiniiLglcüLlu-- .Klar UaaLager zu schaffüu, das αLmm 1'.W¹IbLV pjL'or.Mon Lkihrun-ibiiLl.um/itfmvl dor Achse dor. oiütm ElenumUjn

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des Lagers gegenüber der Achse des anderen Elementes des Lagers gestattet, ohne dass die Belastungsfähigkeit des Lagers nachteilig beeinflusst wird.

Die Erfindung besteht darin, dass das äussere Lagerteil eine teilkugelförmige innere Oberfläche und das innere Lagerteil eine teilkugelförmige äussere Oberfläche aufweist5 dass die innere Oberfläche und die; äussere Oberfläche zwischen sich einen Flüssigkeits- oder Gaslagerspalt begrenzen.; dass in einem der Lagerteile eine oder mehrere Seihen von Schlitzen vorgesehen sind, die über den Umfang verteilt sind und -jeweils mit einem Ende an der teilkugelförmigen Oberfläche dieses Lagerteiles münden; und dass dieses Lagerteil Kanäle aufweist, die mit dem anderen Ende jedes der Schlitze in Verbindung stehen, um den Flüssigkeits- oder Gaslagerspalt durch die Schlitze mit Flüssigkeit oder Gas zu speisen*

Bevorzugte Ausführungsformen für die Schlitze zur 'Zuführung von Flüssigkeit oder Gas sind in den deutschen Patentanmeldungen Aktz. 1 575 358, 1 575 357» 1 575 570, 1 675 041, 1 623 969, 1 750 892, 1 9i-9 310 und in der gleichlaufenden britischen Patentanmeldung Aktz» 55 4-55/68 der Anmelderin dargelegt ■. Die Schlitze können vorteilhafterweise

a) mit gleichen Winkelabständen über den Umfang verteilt sein und/oder

b) die gleiche Winkellänge haben und/oder - -

C) durch Stege oder Abstandεstücke gleicher Winkellänge voneinander getrennt sein und/oder

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d) parallele Seiten haben und/oder

e) mit ihrer mittleren Symmetrieebene senkrecht zu der Begrenzungsfläche des Lagerspaltes verlaufen, an dem sie mit einem ihrer Enden münden, und/oder

f) eine axiale Tiefe haben, die mit der radialen Breite des Lagerspaltes vergleichbar ist, d.h. die nicht grosser und nicht kleiner als etwa 70 %, vorzugsweise 80 °/o bis 100 ^c/ä, der radialen Breite des Lagerspaltes ist, wobei etwa 2 ist, und/oder

g) derart ausgebildet sein, dass der dimensionslose Parameter zwischen etwa 2 und etwa 8 liegt, wobei für eine einzige Reihe von Schlitzen ist:

und für eine doppelte Reihe von Schlitzen:

wobei

y a radiale Länge des Schlitzes 1 = Abstand zwischen dem Punkt, an dem das Gas

oder die Flüssigkeit in das Lager eintritt,

bis zum Ende des Lagers h = radiale Breite des Lagerspaltes ζ = axiale Tiefe des Schlitzes ist.

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Geraäss einer "bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die oder jede Reihe von Schlitzen ,zwischen aneinanderliegenden Flächen zweier Elemente des Lagerteiles. Beispielsweise können die Schlitze zwischen einer ausgesparten'Fläche · eines. Elementes und einer ebenen Fläche des anderen Elementes oder zwischen ausgesparten Flächen beider Elemente liegen.

Wenn die Schlitze im äusseren Element vorgesehen sind,

können die Elemente, die die Schlitze zwischen sich bilden,

zweckmässigerweise mittels einer ringförmigen Umhüllung zusammengehalten werden.

Wenn der Eintritt der Flüssigkeit oder des Gases in den '. Lagerspalt auf die Lagerteile kein Drehmoment ausüben soll, liegt die Mittellinie jedes Schlitzes vorzugsweise radial zur Symmetrieachse des Lagerteiles. Wenn die Flüssigkeit oder das

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Gas jedoch in einer der relativen Bewegung des anderen Lagerteiles entgegengesetzten Richtung eingeführt werden soll, um beispielsweise jedes Bestreben des Lagerfilms, mit dem anderen Lagerteil zu rotieren, zu verringern oder auszuschliessen, kann f die Mittellinie der Schlitze tangential zu einem Kreis verlaufen, der mit der Symmetrieachse.des Lagerteiles koaxial verläuft. Wenn das Lager sowohleine radiale Last als auch einen axialen Druck in jeder Richtung tragen soll, liegt die entsprechende teilkreisförmige Oberfläche der Lagerteile zwischen zwei kleineren Umfangen, die mit axialem Abstand jeweils auf der Seite eines zwischen ihnen liegenden koaxialen-grösserenUmfanges liegen. - ■

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Die Drehachse des inneren Lagerteiles braucht nicht mit der Symmetrieachse des äusseren Lagerteiles ausgerichtet zu bleihen sondern kann in gewissen Grenzen winklig verschoben werden.

Es ist bekannt, herkömmliche Kugel- und Rollenlager als zusammengebaute Einheit mit relativ kleinem Länge-Durchmesser-Verhältnis herzustellen. Es ist auch bekannt, in solchen Einheiten wenigstens im äusseren Laufteil eine relativ tiefe Nut vorzusehen und die Nut teilkugelförmig zu gestalten, damit das innere Laufteil leicht die genau axiale Ausrichtung mit dem äusseren Laufteil verlassen kann. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie die Herstellung von Plüssigkeits- oder Gaslagern mit relativ kleinen Länge-Durchmesser- Verhältnissen gestattet, die eine beträchtliche Abweichung der Drehachse vom ausgerichteten Zustand haben können, wobei sie gegenüber Kugel- und Rollenlagern vergleichbare Abmessungen haben und noch grössere Nichtausrichtungen P als dies bei den Kugellagern möglich ist aufweieen können.

Wenn das Lager sowohl eine radiale Last als auch einen axialen Druck in nur einer Richtung tragen soll, wie es bei-

j apielsweise bei herkömmlichen Winkelköntaktkugellagern der

j Fall ist, liegt die jeweilige teilkugelige Oberfläche jedes i

der Lagerteile zwischen einem gröseeren Umfang und einem kleineren koaxialen Umfang, Ein solches Lager benötigt einen entgegengesetzten axialen Druck, der von einem weiteren Lager

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in entgegengesetzter Stellung oder einem Druckteil oder einem elastischen Mittel Hergestellt werden kann. .

Die Erfindung gestattet die Yerwendung.von Flüssigkeitsoder Gaslagern in solchen Fällen, in denen die Verwendung von Fett- oder Ölschmierung, die für ein Kugel- oder Rollenlager erforderlich ist, ausgeschlossen ist.

Je nach der Richtung der auf die Lager auszuübenden Maximallast, d.h. radial oder axial oder eine Resultierende aus beiden_t können die lager so 'konstruiert sein, dass sie die ausgeübte Belastung,dadurch tragen, dass einfach die Stellungen der Schlitze für die Zufuhr von Flüssigkeit oder Gas gegenüber der Achse des Lagers verändert werden.

In den Zeichnungen,- die einige AusführungsfOrmen der Erfindung zeigen, ist:

Fig» 1 ein mittiger Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Lagers mit zwei Reihen von FlüssigkeitS- oder Gaseintrittsetchlitzen auf der Linie I-I in Fig, 2;
Fig> 2 ein.. Quer schnitt, teilweise auf der Linie IIA-IIA

und teilweise auf der Linie IIB-IIB in Fig* 1; Fig. 3 ein mittiger Axialschnitt durch eine zweite Ausführungsform des Lagers mit einer Reihe von Flüssigkeits-' oder Gaseintritt s schlit zen auf der Linie HI-III in Fig. 4;

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Fig. 4 ein Querschnitt auf der Linie IV-IV in Fig. 3» • wobei im linken Teil radial verlaufende und im rechten Teil tangential verlaufende Flüssigkeits- oder Gaseintrittsschlitze dargestellt sind; Fig. 5 ein Axialschnitt durch eine dritte Ausführungsform des Lagers mit einer doppelten Reihe von Flüssigkeits- oder Gaseintrittsschlitzen auf der Linie V-V in Fig. 6;
Fig. 6. ein Querschnitt, teilweise auf der Linie VIA-VIA

und teilweise auf der Linie VIB-VIB in Fig. 5; Fig. 7 ein. Axialschnitt durch eine vierte Ausführungsform des Lagers mit einer einzigen Reihe von Flüssigkeits- oder Gaseintrittsschlitzen auf der Linie VII-VII in Fig. 8;
Fig. 8 ein Teilquerschnitt auf der Linie VIII-VIII in

Fig. 7j und
Fig. 9 ein Axialschnitt durch eine fünfte Ausführungsform

des Lagers.

In Fig. 1 und 2 besteht ein inneres Lagerteil aus einem ringförmigen Element 1, das eine eine Welle aufnehmende zylindrische Bohrung 2 und eine äussere teilkugelförmige Fläche 3» die eine der Begrenzungen für einen Flüssigkeits- oder Gaslagerspalt ^l\ bildet, aufweint. Die andere Begrenzung für den Flüssigkeits- odor Gari.anerspalt besteht au3 einer tei!kugelförmigen Inr.enoberfHuMH· ^ eines zusammengesetzten äusseren

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Teiles 6. Das äussere Teil 6 besteht aus einer Anordnung ringförmiger Elemente 7» 8, 9 und 10, die in einem Packungsring 11 eingeschlossen sind und von diesem gehalten werden. Die Innenoberflache 5 liegt an den Elementen 7, 8? 9 und 10. Mehrere ' radiale Schlitze 12 dienen dazu, Flüssigkeit oder Gas aus einem ringförmigen Speicherraum 13 zum Flüssigkeits- oder Gaslagerspalt 4 zu leiten. Der Speicherraum 13 wird durch Einlasse 14 gespeist, und die Elemente 8 und 9 sind "bei 15 j sehnenförmig zugeschnitten, so dass axiale Kanäle für den ! Flüssigkeits- oder Gasfluss vom Speicherraum 13 zu den äusseren Enden der Schlitze 12 freigelassen werden. Die Schlitze 12 werden durch Fräsen oder Schleifen und Läppen axialer Ausnehmungen in den Endflächen der Elemente 8 und 9 gebildet, wobei anschliessend! diese ausgesparten Flächen gegen rein radiale Endflächen der '■ benachbarten Elemente 7 und 10 geschlagen werden. V \ Die Schlitze können auf irgendeine der Arten gebildet [

werden, die in der gleichlaufenden britschen Patentanmeldung. \ Nr. 55 455/6β vom 22. November 1968 der Anmelderin beschrieben sind. Vorzugsweise besteht eines oder bestehen beide d.er Elemente, die de;a Lagersjjalt begrenzen, völlig oder teilweise aus Siliciumnitrid.

Gemäss.Fig. 3 und 4 besteht das äussere Teil 17 des Lagers aus ringförmigen Elementen 18 und 19, die in einem Packungsring 20 eingeschlossen sind und von ihm gehalten v/erden., Eine Umfangsreihe !■adialer Schlitze 21 wi*rd dadurch gebildet, dass in der Endfläche

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der Elemente 18 und 19 radiale Ausnehmungen vorgesehen werden und diese Endfläche gegen eine axiale Endfläche des anderen der beiden Elemente geschlagen wird. Auf der linken Seite

von Fig. 4- sind diese Schlitze 21 radiale Schlitze. Auf der rechten Seite von Fig. 4 sind die Schlitze 22 als Tangenten

! ' eines mit dem Lagerspalt koaxialen Kreises ausgebildet, so dass die Einführung von Lagerflüssigkeit oder -gas in einer Richtung möglich ist, die der Drehrichtung des inneren " Elementes 23 entgegengesetzt ist, was durch den Pfeil gezeigt

^: ist. Dadurch wird der Tendenz des Flüssigkeits- oder Gasfilmes entgegengewirkt, sich mit dem inneren Element zu drehen.

j In Fig. 5 und 6 ähnelt die Lagereinheit der mit Bezugnahme

! auf Pig. 1 und 2 beschriebenen, jedoch weist das äussere Teil mehrere Taschen 25 auf, die mit Abstand voneinander am Umfang

! über die Drehachse verteilt und in dem Lagerspalt 26 eingeschlossen

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^!; ■ sind, der durch radiale Schlitze 27 mit Flüssigkeit oder Gas j gespeist wird.

In Fig. 7 und 8 ähnelt die Lagereinheit der mit Bezugnahme auf Hg. 3 und den linken Teil von Fig. 4 beschriebenen, Jedoch weist das äussere Teil 28 mehrere Taschen 29 auf, die mit Abstand voneinander am Umfang um die Drehachse verteilt und im Lagerspalt 30 eingeschlossen sind, der durch radiale Schlitze mit flüssigkeit oder Gas gespeist wird.

Bei allen Ausführungsformen gomäss Fig. 1 bis 8 wird die teilkugelförmige Oberfläche des inneren und des äusseren Teilen

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'""des Lagers von zwei kleineren Umfangen begrenzt, die axial mit
Abstand voneinander angeordnet sind und jeweils auf einer · Seite eines zwischenliegenden koaxialen grösseren Umfanges

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liegen. ;

Fig. '9 ist ein Axialschnitt durch eine fünfte Ausführungsform einer Lagereinheit, bei der ein inneres Lagerteil ein
ringförmiger Wellenteil 32 ist, der einen Teil 33 mit kleinerem ; Umfang und einen Teil 34 mit grosserem Umfang aufweist, welche
eine teilkugelförmige Lagerfläche 35 zwischen sich begrenzen. ; Ein ausseres Lagerteil 36 besteht aus ringförmigen Elementen 37» ' 38 und 39» die ^¹¹ einem Packungsring 40 eingeschlossen sind ; und von ihm zusammengehalten werden. Zwischen dem inneren und ;. ■

dem äusseren Lagerteil liegt ein teilkugelförmiger Lagerspalt 41.
Eine erste Reihe von Schlitzen 42 zur Zuführung von flüssigkeit i oder Gas liegt zwischen den Elementen 37 und 38» und eine zweite ',...

Eeihe von Schlitzen 43 zur Zuflührung von Flüssigkeit oder Gas j liegt zwischen den Elementen 38 und 39· Die Schlitze 41 und 42 } | werden dadurch gebildet, dass in einer Fläche eines oder eines ! ^ anderen der beiden zusammengehörigen Elemente Ausnehmungen ί vorgesehen werden und die ausgesparte .Fläche gegen eine Fläöhe
des anderen der zugeordneten Elemente geschlagen wird. Im Falle
, de3? Schlitze 42 sind die aneinanderschlagenden Flächen kegel-
-i. _s stumpfförinig. Me Mittellinie der Schlitze 42 und 43 kann radial
•| getnäss der linlcen Hälfte von ,Fig. 4 oder tangential gemäss der
rechten Hälfte von Fig. 4 liegen. Ein kleinerer Umfang tritt

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bei dem Element 37 ^un(3- ein grösserer Umfang bei dem Element auf, und die teilfcugelformige Lagerflache liegt zwischen diesen beiden Umfangen.

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Claims

Patentansprüche

■ΜAFlüssigkeits- oder Gaslager mit einem radial innen liegenden Lagerteil und einem radial aussen liegenden Lagerteil, dadurch gekennzeichnet,· dass das äussere Lagerteil (6) eine teilkugelförmige innere Oberfläche (5) und das innere Lagerteil (1) eine teilkugelförmige äussere Oberfläche (3) aufweist; dass - die innere Oberfläche und die äussere Oberfläche zwischen sich einen Flüssigkeits- oder Gaslagerspalt (4) begrenzen; dass in einem der Lagerteile eine oder mehrere Reihen von Schlitzen (12) vorgesehen sind, die über den Umfang verteilt sind und Jeweils mit einem Ende an der teilkugelförmigen Oberfläche dieses Lagerteiles münden; und dass dieses Lagerteil Kanäle aufweist, die mit dem anderen Ende Jedes der Schlitze in Verbindung stehen, um den Flüssigkeits- oder Gaslagerspalt durch die Schlitze mit Flüssigkeit oder Gas zu speisen.
2. Flüssigkeits- oder Gaslager nach Anspruch 1, dadurch gekeimzeichnet, dass die oder"jede Reihe von Schlitzen zwischen zusammengeschlagenen Flachen zweier Elemente (7»8,9»10) des Lagerteiles liegt.
3· Flüssigkeits~ oder Gaslager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement eine ringförmige Umhüllung j (Packungsring 11,20) aufweist, die die Elemente (7,8,9>Ί0,18,19) aneinander hält. ' ■■ * . ·

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4. Flüssigkeits- oder Gaslager nach irgendeinem der vor-, hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellinie jedes Schlitzes (12) gegenüber der Symmetrieachse des Lagerteiles radial liegt.
5· Flüssigkeits- oder Gaslager nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellinie jedes Schlitzes gegenüber einem zur Symmetrieachse des Lagerteiles koaxialen Kreis tangential verläuft.
6. Flüssigkeits- oder Gaslager nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige teilkugelförmige Oberfläche jedes der Lagerteile zwischen zwei kleineren Umfangen liegt, die mit axialem Abstand jeweils auf der Seite eines zwischen ihnen liegenden koaxialen grösseren

·
Umfanges liegen.

7· Flüssigkeits- oder Gaslager nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige teilkugelförmige Oberfläche jedes der Lagerteile zwischen einem grösseren Umfang und einem koaxialen kleineren Umfang liegt.

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