DE2138474A1

DE2138474A1 - Hydrostatisches axiallager

Info

Publication number: DE2138474A1
Application number: DE2138474A
Authority: DE
Inventors: Rainer Schuerger
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1971-07-31
Filing date: 1971-07-31
Publication date: 1973-02-08
Also published as: NL7210403A; US3814486A; JPS4872536A; IT964702B

Description

SKF KUGELLAGERFABRIKEN GMErf Schweinfurt, 29.7.1971

TP/Gu/Ho

Hydrostatisches Axiallager

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur axialen Lagerung von Wellen und dergleichen mit zwei oder mehreren auf der Welle hintereinander angeordneten hydrostatischen Axiallagem, bestehend aus je einer Gehäusescheibe, je einer auf der Welle befestigten Wellenscheibe und Zuführkanälen für. das unter Druck.stehende Schmiermittel. ■ '

Hydrostatische Lagerungen dieser Art sind beispielsweise durch das britische Patent 1 143 960 und das USA-Patent J5 24o 5^1 bekanntgeworden. Mit den in > diesen Patenten beschriebenen Lagern lassen sich zwar Kräfte in beiden axialen Richtungen aufnehmen; die axiale Belastungsfähigkeit dieser Lager ist jedoch verhältnismäßig klein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur axialen Lagerung von Wellen und dergleichen zu schaffen, mit der sehr große Axialkräfte, die in einer Richtung wirken, aufgenommen, werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung zur axialen Lagerung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß bei mindestens einem der vorzugsweise ebenen Axiallager zwischen der Wellenscheibe und der Gehäusescheibe ein relativ zu beiden axial beweglicher, mit Schmiermittel beaufschlagter Ringkolben angeordnet ist. ."".-.

Dadurch, daß die beiden hydrostatischen Axiallager hintereinander angeordnet sind und in derselben axialen Richtung wirken,können sehr große Axialkräfte aufgenommen werden. Die erfindungsgemäße Lagerung hat den Vorteil, daß durch den verschiebbaren Ringkolben, der beispielsweise nach einem weiteren Merkmal der Erfindung mit mindestens einer die beiden Kplbenflachen verbindenden

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Kapillarbohrung versehen sein kann, der hydraulische Widerstand der beiden hydrostatischen Axiallager gleich groß ist, weil durch den Ringkolben automatisch ein stabiler Gleichgewichtszustand hergestellt, wird. Dieselbe Wirkung wird nach anderen Merkmalen der Erfindung dadurch erreicht, daß der Ringraum zwischen der Wellenscheibe des einen Axiallagers und dem Ringkolben über eine durch die Welle verlaufende Bohrung und in die Wellenscheibe eingearbeitete Bohrungen mit der Lagertasche des anderen Axiallagers verbunden ist oder daß die Lagertasche des einen Axiallagers über Kanäle mit der Druckkammer zwischen dem Ringkolben und der Genäusescheibe des anderen Axiallagers verbunden ist.

Dadurch, daß sich selbsttätig ein stabiler Gleichgewichtszustand einstellt, sind bei der Herstellung keine engen Fertigungstoleranzen einzuhalten, so daß die erfindungsgemäße Lagerung den weiteren Vorteil hat, daß sie relativ billig herzustellen ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

Wie aus der Figur 1 hervorgeht, ist in einem Gehäuse 1 eine Welle 2 gelagert. Auf einem Absatz der Welle 2 sind axial hintereinander zwei ebene hydrostatische Axiallager > und 4 angeordnet. Die beiden hydrostatischen Axiallager J3 und 4 bestehen aus je einer auf der Welle 2, beispielsweise mit Preßpassung, befestigten Wellenscheibe 5 und 6 sowie aus je einer am Gehäuse 1 befestigten Gehäusescheibe 7 und 8. Die beiden Gehäusescheiben 7 und 8 sind durch eine Distanzbüchse 9 voneinader getrennt. Im Gehäuse 1 ist ein Zuführkanal Io für das unter Druck stehende Schmiermittel vorgesehen, der in je einen Zuführkanal 11 und 12 in den beiden Gehäusescheiben 7 und 8 mündet. Der Zuführkanal 12 in der Gehäusescheibe 8 führt in eine ringförmige Lagertasche 13, die der Wellenscheibe 6 gegenüberliegt und in die Gehäusescheibe 8 eingearbeitet ist. Zwischen der Wellenscheibe 5 und der Gehäusescheibe 7 des Axiallagers j5 ist ein Ringkolben l4 angeordnet, der relativ zur Wellenscheibe 5 sowie zur Gehäusescheibe 7 axial beweglich ist. Der Ringkolben 14 ist am Umfang durch einen Dichtring 15 gegen die Bohrung im Gehäuse 1 abgedichtet. Durch einen

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oder mehrere Zylinderstifte 16, die an der Gehäuseseheibe J befestigt sind und in eine Sackbohrung 17 im Ringkolben 14 ragen, ist der Ringkolben 14 mit der Gehäusescheibe 7 drehfest verbunden. Auf seiner zur Wellenscheibe 5 gerichteten Fläche ist der Ringkolben l4 mit einer ringförmigen Lagertasche l8 versehen, in die eine Kapillarbohrung 19 von dem Ringraum 2o zwischen dem Ringkolben 14 und der Gehäusescheibe 7 führt.

Das unter Druck stehende Schmiermittel, beispielsweise Öl, gelängt durch den Zuführkanal 12 "in die Lagertasche 13 des hydrostatischen Lagers 4* Gleichzeitig wird das Schmiermittel auch durch den Zuführkanal Il in den Ringrautn des hydrostatischen Axiallagers 3 geführt, von wo es durch die Kapillarbohrung 19 in die Lagertasche 18 gelangt.

Das Schmiermittel in der Lagertasehe 13 übt einen Druck auf die Wellenscheibe 6 aus, der der auf der Welle 2 lastenden Axialkraft P entgegenwirkt. Gleichzeitig herrscht auch im Ringraum 2o derselbe Druck, der den Ringkolben 14 gegen die Wellenscheibe 5 drückt; in diesem Zustand kann zunächst kein Schmiermittel aus der Lagertasehe 18 abfließen, so daß durch die Kapillarbohrung 19» in der in diesem Moment keine Strömung stattfindet und somit auch keine Drosselverluste entstehen, auch in der Lagertasehe l8 derselbe Druck wie im Ringraum 2o hergestellt wird. Die effektive Druckfläche der Lagertasche l8 ist etwas größer bemessen als die dem Ringrautn 2o entsprechende effektive Druckfläche - was aus der Zeichnung nur undeutlich hervorgeht -, so daß im nächsten Augenblick der Ringkolben l4 wieder von der Wellenscheibe 5 weggedrückt wirds In diesem Zustand kann nun Schmiermittel ,aus der Lagertasche l8 abfließen, so daß die Kapillarbohrung 19 als Drossel wirkt. Durch den Druckabfall in der Kapillarbohrung 19 herrscht jetzt in der Lagertasehe 18 ein etwas geringerer Druck als im Ringraum 2o. Aufgrund dieser Tatsache versucht der Druck im Ringraum 2o,den Ringkolben 14 wieder gegen die Wellenscheibe 5 zu schieben. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis sich ein stabiler Gleichgewichtszustand einstellt. Sobald dieser stabile Glefchgewichtszustand hergestellt ist, ist gewährleistet, daß beide hydrostatische Axiallager 3 und 4 den gleichen Traganteil aufnehmen. Durch die gestrichelt angedeuteten Leitungen fließt das drueklose Schmiermittel aus dem Lager ab. ,,,,.,-

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Bei der in Figur 2 dargestellten Konstruktion, ist der Ringkolben 14 ebenfalls zwischen der Wellensoheibe 5 und der Gehäusescheibe 7 des Axiallagers 3 axial beweglich angeordnet, er ist aber nicht, wie beim Beispiel nach Figur 1, mit der Gehäusescheibe 7# sondern mit der Wellenscheibe 5 über einen oder mehrere Zylinderstifte 16 drehfest verbunden. Der Ringkolben 14 umfaßt mit einem axial gerichteten Ringvorsprung 29 die Wellensoheibe 5 am Außenumfang. Die Gleitspalte zwischen dem Ringkolben 14 und der Wellenscheibe 5 einerseits und der Welle 2 andererseits sind durch Dichtringe 15 abgedichtet. Zum Druckausgleich ist beider in Figur 2 gezeigten Ausführung der Ringkolben 14 nicht mit einer Kapillarbohrung versehen, sondern die Lagertasche 13 des Axiallagers 4 ist über Bohrun-• gen 22, die in die Wellenscheibe 6 eingearbeitet sind, und eine die Welle 2 Ik schräg durchlaufende Bohrung 23 mit dem Ringraum 24 zwischen dem Ringkolben l4 und der Wellenscheibe 5 des anderen Axiallagers 3 verbunden. Die Gehäusescheibe 7 des Axiallagers 3 ist mit einer ringförmigen Lager,tasche 25 verr sehen.

Die Wirkungswelse der soeben beschriebenen Konstruktion ist ähnlich wie bei der in Figur 1 gezeigten. Es muß jedoch dafür gesorgt werden, daß jeder Lagertasche 13 und 25 die gleiche Schmiermittelmenge in der Zeiteinheit zugeführt wird. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß bei Verwendung von nur einer Pumpe als Druckerzeuger ein Regelventil zwischen der Pumpe und den beiden Zuführkanälen Io vorgesehen wird. Wenn zwei Pumpen das Schmiermittel zuführen, muß gewährleistet sein, daß beide Pumpen je Zeiteinheit dasselbe Volumen fördern. Der in der Lagertasche 13 herrschende Druck setzt sich P über die Bohrungen 22 und 23 in den Ringraum 24 fort und drückt dort den Ringkolben l4 in Richtung auf die Gehäusescheibe 7. Da jedocljsgleichzeitig in die Lagertasche 25 derselbe Volumenstrom wie in die Lagertasche 13 gefördert wird, wird der Ringkolben l4 so lange verschoben, bis auch bei dieser Ausführung ein Druckausgleich zwischen den beiden Kolbenflächen hergestellt wird, der bewirkt, daß in den beiden Lagertaschen 13 und 25 derselbe Druck herrscht, so daß beide Axiallager 3 und 4 ungefähr denselben Anteil an der Aufnahme der Axialkraft F haben.

In Figur 3 ist eine weitere Variante dargestellt, bei der die eine Lagertasche 13 in die Gehäusescheibe 8 des einen Axiallagers 4 eingearbeitet ist, während

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die ändere Lagertascho 18, wie beim Beispiel der Figur 1, im Ringkolben l4 angeordnet ist. Das Schmiermittel gelangt über die in das Gehäuse 1 eingearbeiteten ZufÜhrkanäle,Io sowohl in die ringförmigen Lagertaschen 13 und 18 als auch - durch den Verbindungskattäl 27 - in den Ringraum 28, der durch die Gehauseseheibe 7 und den Ringkolben 14 gebildet wird. Es muß dabei auch hier der Voluirtenstrom des Schmiermittels, wie bei der bereits beschriebenen Konstruktion nach Figur 2, in beiden Lagern 3 und 4 gleich groß sein. Der Ringkolben l4 ist, ähnlich wie bei der Ausführung nach Figur 1, über einen Zylinderstift l6 drehfest mit der Gehäusesoheibe f verbunden. Er ist relativ zu dieser axial beweglich und mit einem axial gerichteten Vorsprung 26 versehen, der in die Bohrung der Gehäusescheibe 7 greift, die bei dieser Konstruktion weder mit Zuführkanälen für Schmiermittel noch mit Lagertasehen versehen ist.

Die Wirkungsweise 1st grundsätzlich die gleiche wie bei der Anordnung nach Figur 2. Eine äußere Belastung durch eine Axialkraft F wird durch den Druck in den Lagertasehen 13 und 18 aufgenommen. Durch den Verbindungskanal 27 zwischen der Lagertasche 13 und dem Ringraum 28 unter dem Ringkolben Ik, der sich entsprechend den Druckverhältnissen im Ringraum 28 und in der Lagertasche 18 einstellt, stellt sich auch ein stabiler Gleichgewichtszustand zwischen den beiden Axiällagern 3 und 4 ein, so daß auch bei dieser Ausführung der Traganteil der beiden Axiallager 3 und 4 etwa gleich groß ist.

Die beschriebenen und dargestellten Konstruktionen sind selbstverständlich nur Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Rahmen des Erfindungsgedankens abgeändert werden können. So ist es beispielsweise möglich, statt der ebenen Lagerfläche kegelförmige oder sphärische vorzusehen.

Claims

SKP KUGEIIrAGERFABRIK)Si GM£H Schweinfurt, 29.7.1971

Patentansprüche

1Λ Anordnung zur axialen Lagerung von Wellen und dergleichen mit zwei oder — mehreren auf der Welle hintereinander angeordneten hydrostatischen Axiallagern« bestehend aus je einer Gehäusescheibe, je einer auf der Welle befestigten Wellenscheibe und Zuführkanälen für das unter Druck stehende Schmiermittel, dadurch gekennzeichnet, daß bei.mindestens einem der vorzugsweise ebenen Axiallager (3) zwischen der Wellenscheibe (5) und der Gehäusescheibe (7) ein relativ zu beiden axial beweglicher, mit Schmiermittel beaufschlagter Ringkolben (Ϊ4) angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführkanäle (11, 12) für das unter Druck stehende Schmiermittel in die Gehäusescheiben (7, 8) eingearbeitet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (l4) mit mindestens einer Kapillarbohrung (19) versehen ist, die den Ringraum (2o) auf der einen Seite des Ringkolbens (l4) mit der Lagertasche (l8) oder dergleichen auf der anderen Seite des Ringkolbens (l4) verbindet.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (24) zwischen der Wellenscheibe (5) des Axiallagers (3) und dem Ringkolben (l4) über eine durch die Welle (2) verlaufende Bohrung (23) und in die Wellenscheibe (6) eingearbeitete Bohrungen (22) mit der Lagertasehe (13) des anderen Axiallagers (4) verbunden ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (l4) auf seiner zur Wellenscheibe (5) gerichteten Kolbenfläche mit mindestens einer mit Schmiermittel versorgten Lagertasche (l8) versehen ist. -

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6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagertasche (13) über Kanäle (lo, 2?) .mit .dem., Ringraum (28) zwischen dem Ringkolben (14) und der Gehäusescheibe (7) verbunden ist.
7· Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (lA) drehfest mit der Gehäusesoheibe (7) verbunden ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,-dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (14). drehfest mit der^; Wellenscheibe (5) verbunden ist.

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