DE2158179A1 - Gleitlager, insbesondere hydrostatisch druckausgeglichenes Stützlager für drehende Wellen - Google Patents

Gleitlager, insbesondere hydrostatisch druckausgeglichenes Stützlager für drehende Wellen

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Description

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Patentanwelf Karl A. B r ο s e
Dip! -Ing.
D-8023 ΜΟϊκ'.en - Pullach
Wieso, 2;i.2.LMuiil.7v33570,7')31782
DBr/au München-Pullach, 23. November 1971
IFIELD LABORATORIES PTY. LIMITED, eine Firma nach den Gesetzen des Staates Neusüdwales, Commonwealth von Australien, Carters Road, Dural, Neusüdwales, Australien
Gleitlager, insbesondere hydrostatisch druckausge- "
glichenes Stützlager für drehende Wellen.
Die Erfindung betrifft ein Gleitlager, insbesondere ein hydrostatisch druckausgeglichenes Stützlager für drehende Wellen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein verbessertes Gleitlager der eingangs definierten Art zu schaffen.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einem Lager der eingangs beschriebenen Art im wesentlichen dadurch gelöst, daß eine teilweise hohlkugelförmige Fläche in gleitender Berührung mit einer teilweise kugelförmigen Lagerfläche vorgesehen ist, die Fläche der Lagerschale einen Dichtsteg aufweist, der einen Flächenbereich umgibt, welcher zur Aufnahme der Lagerlast mit einem Hochdruckmedium beaufschlagt ist.
Im Normalfall ist die Welle mittels anderer Lager festgelegt und das hydrostatisch druckausgeglichene Gleitlager ist zweckdienlich angeordnet, um die Hauptlagerlast aufzunehmen.
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Vorzugsweise ist das erfindungsgemässe Gleitlager in der Endansicht kreisförmig und im wesentlichen symmetrisch um die radiale Mittellinie ausgebildet, so daß eine Deformation unter Last gleichmässig βτΐοΐφ und nicht zu Leckverlusten an dem Dichtsteg führt.
In einigen Anwendungsfällen ist die Lagerlast konstant. In diesen Fällen kann die Druckzufuhr auf einen Wert entsprechend der Last und der wirksamen Fläche der Lagerschale eingestellt werden. In einigen Anwendungsfällen, wie beispielsweise bei den Lagerzapfen von Axialkolbenpumpen oder Motoren fester Verdrehung, ist die Lagerlast proportional zu dem Druck in den S teuer öffnungen. In diesen Fällen kann der Druck an den Steueröffnungen oder Einlaßöffnungen direkt zu einer Lagerschale geleitet werden, die eine entsprechend ausgebildete wirksame Fläche aufweist. In anderen Anwendungsfällen kann die Lagerlast auf verschiedene Variable ansprechen. Beispielsweise bei Axialkolbenpumpen variabler Verdrängung kann die Lagerlast proportional dem Produkt aus Druck an den Steueröffnungen und Pumpenverdrängung sein.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulichter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt:
Die Figuren 1 bis 4 verschiedene Ausbildungen der erfindungsgemässen Lagerschale;
Figur 5 die erfindungsgemässe Lagerschale im Anwendungsfall an der Antriebswelle einer Axialkolbenpumpe variabler Verdrängung und
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Figur 6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer aus mehreren Teilen aufgebauten Lagerschale.
In Figur 1 weist eine Welle einen teilweise kugelig ausgebildeten Lagerteil 2, der in den teilweise kugelig ausgebildeten Dichtstegen 3 der Lagerschale 4 gleitet, auf. Die Lagerschale, die in der Endansicht kreisförmig ist, weist eineimit einer Dichtung 5 ausgestatteten zylindrischen Abschnitt auf und ist in dem ortsfesten Zylinder 6 radial frei gleitbar, wobei die wirksame Fläche der Lagerschale im wesentlichen gleich der wirksamen vorspringenden Fläche des Dichtsteges an der Gleitfläche ist. Eine Feder 7 gewährleistet einen vergleichsweise niedrigen Anfangsandruck und spannt die Lagerschale gegen den Lagerzapfen vor. Eine Bohrung 8 stellt eine Verbindung zwischai dem Zylinder 6 und dem rückspringenden Mittelbereich der Lagerschalenfläche her. Die Hochdruckzufuhr erfolgt über die Leitung 9.
Die in Figur 1 veranschaulichte Ausbildung der Lagerschale ist geeignet, um eine bekannte Lagerlast gegen eine konstante Druckzufuhr auszugleichen oder für Anwendungsfälle, in denen die Lagerlast proportional dem Zufuhrdruck ist, wie dies der Fall ist, wenn das Lager in Verbindung mit Axialkolbenpumpen fester Verdrängung verwendet wird und der Zufuhrdruck, der auf der Hochdruckseite an den Steueröffnungen der Pumpe herrschende Druck ist. Für in beiden Richtungen fördernde Pumpen dieser Art kann ein Selektorventil verwendet werden, um zu bestimmen, welches jeweils der höhere Druck an den Steueröffnungen ist und diesen als Zufuhrdruck zu der Leitung 9 zu leiten. Wenn beide Auslässe oder Steueröffnungen bei hohem Brück befindlich sein können, kann ein Ventil Ver-
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wendung finden, um einen Druck zu wählen, der das Mittel zwischen den beiden Drücken ist und diesen dann als Druck zu der Leitung 9 leitet.
In den anderen Lagerausbildungen nach den Figuren 2, 3» 4 und 6 sind die Einzelteile mit gleichen Funktionen durch gleiche Bezugszeichen, wie in Figur 1, gekennzeichnet.
Die Lagerlast kann nicht proportional zu dem Zufuhrdruck an der Leitung 9 sein. Beispielsweise bei der Anwendung in Axialkolbenpumpen variabler Verdrängung ist die Lagerlast proportional dem Produkt aus der Verdrängung und den Drücken an den Steueröffnungen oder Einlassen. In derartigen Fällen ist es notwendig, Einrichtungen zur selbsttätigen Regulierung des hydrostatischen Ausgleichsdruckes an der Lagerschale vorzusehen und die verschiedenen Einrichtungen dieser Art sind in den Figuren 2, 3 und 4 veranschaulicht.
In Figur 2 ist der Körper 4 der Lageschale halbkugelförraig ausgebildet und in eine kugelförmige Schale in dem ortsfesten Gehäuse eingepaßt, so daß sich die Lagerschalenoberfläche zum Lager ausrichten kann. Der Zufuhrdruck wird durch eine gedrosselte Öffnung 10 und einen abgedichteten Spulenkörper zu der teilweise kugelförmigen Gleitfläche der Lagerschale geleitet. Wenn der Druck, der zur Aufnahme der Lagerlast notwendig ist, geringer ist als der Zufuhrdruck an der Leitung 9, bewegt sich der Lagerzapfen geringfügig ausser Berührung mit der Oberfläche der Lagetschaie und ermöglicht einen Leckstrom an dem Dichtsteg 3. Dies führt zu einem Druckabfall an der öffnung 10, um den Gleichgewichtszustand aufrechtzuerhalten.
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Anstelle die Gesamtfläche innerhalb der Dichtstege, wie dies in den Figuren 1 und 2 veranschaulicht ist, rückspringend auszubilden, kann die wirksame Fläche durch eine Ringnut bestimmt werden, die mit dem Ausgleichdruck, wie in Figur 3 veranschaulicht, beaufschlagt wird. Bei diesem AusfUhrungsbeispiel ist ein kleines, mittels einer Feder geschlossenes Ventil 12 in die Hochdruckzufuhrleitung eingepaßt, um die Radiallage der λ Lagerschale im Arbeitszustand zu bestimmen. Jede Änderung der Lagerlast bewegt die Lagerschale in radialer Richtung, um die Öffnung des Ventiles 12 zu ändern, um den gewünschten Druckausgleich aufrechtzuerhalten, wobei ein geringer Leckverlust an der Oberschale der Lagaschale an den gleitenden Dichtstegen 3 auftritt.
In Figur 4 ist eine Lagerschale ähnlich Figur 1 veranschaulicht, mit der Ausnahme, daß sie ein Spulenventil 13 aufweist, welches in radialer Richtung durch die Lagerschale über ein Halbkugelgelenk 14 bewegt wird. Das Gehäuse des Spulenventiles weist einen Hochdruckeinlaß von der Leitung 9 und einen Auslaß zu der Leitung 15 auf. Von einer mitti- I gen Bohrung weist das Ventil einen Durchlaß auf, welcher an dem Zylinder der Lagerschale angeschlossen ist. In diesem Falle bewirkt jegliche Änderung der Lagerlast eine Bewegung des Spulenventiles, worauf die relativen Öffnungen der Hochdruck- und Niederdrucköffnungen zur Aufrechterhaltung des Entlastungsdruckes entsprechend der Last variiert werden.
In einigen Anwendungsfällen kann es unpraktisch sein, eine Lagerschale ausreichend großen Durchmessers zur Aufnahme der Lagerlast von der vorhandenen Druckzufuhr zu verwenden. In dtrartigen Fällen können eine Anzahl von Lagerschalen winklig um den Lastmittelpunkt, wie in Figur 6 veranschaulicht,
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angeordnet werden. Vorzugsweise haben die Lagerschalen in diesen Fällen eine ungerade Anzahl. Die in der Mitte liegende Lagerschale kann von dem veranschaulichten Typ oder von einem der in den Figuren 2, 3 und 4 veranschaulichten Typ seinund die anderen Lagerschalen können von dem in Figur 1 veranschaulichten Typ sein, mit der Ausnahme, daß die Leitung 9 weggelassen ist. Der erforderliche hydrostatische Druck würde durch die in der Mitte angeordnete Lagerschale bestimmt werden und dieser Druck würde über Leitungen 17 und 18 den anderen Lagerschalen zugeführt werden.
In vielen Anwendungsfällen ist die Lagerlast eine Funktion des Antriebsdrehmomentes, wie dies bei vielen Hydraulikpumpen der Fall ist. In diesen Fällen ist der hydrostatische Ausgleichsdruck proportional dem Antriebsdrehmoment und dies ist von Vorteil, indem es als Mittel zum Erfassendes Drehmomentes oder zur Verwendung in Verbindung mit einem Drehmomentsbegrenzer herangezogen werden kann, indem entweder die Kraftzufuhr oder die Verdrängung einer angetriebenen Pumpe gesteuert wird.
In Figur 5 ist die Erfindung an der Antriebswelle einer Axialkolbenpumpe variabler Verdrängung veranschaulicht, deren Hinterende in einem Kugellager 19 angeordnet ist und wobei der teilweise kugelförmige Lagerzapfen in einer teilweise hohlkugelförmig ausgebildeten Hülse 20 angeordnet ist. Die Gleitlagerschale kann von dem in den Figuren 2, 3 oder 4 veranschaulichten Typ sein oder eine Anzahl von Gleitlagerschalen, wie in Figur 6 veranschaulicht, aufweisen. Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine der äusseren Lagerschalen gemäß Figur 6, die ähnlich der in Figur 1 veranschaulichten Bauweise ist.
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Sämtliche der in der Beschreibung erwähnten und in den Zeichnungen erkennbaren technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.
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Claims (7)

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    PATENTANSPRÜCHE
    Ql.,)Gleitlager, insbesondere hydrostatisch druckausgeglichenes Stützlager für drehende Wellen, mit einer oder mehreren hydrostatisch ausgeglichenen Lagerschalen, die in einem ortsfesten Gehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeich net, daß jede Lagerschale (3) eine teilweise hohlkugelförmige Oberfläche aufweist, die auf einer teilweise kugelförmigen Fläche (2) lastet, welche an einer Welle (1) um deren Rotationsachse ausgebildet ist.
  2. 2. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise kugelförmige Oberfläche (2) Jeder Lagerschale (4) in der Mitte rückspringend ausgebildet ist oder darin ausgebildete Nieten aufweist, um einen schmalen Dichtsteg (3) um den Umfang der Fläche zu bilden, welcher auf der teilweise kugelförmig ausgebildeten Fläche (2) an der Welle (1) trägt, und daß der Mittelbereich jeder Lagerschale (4) mit Hochdruckmedium beaufschlagt ist.
  3. 3. Gleitlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (4) einen festgelegten Anschlag aufweist und von einer Hochdruckquelle durch eine gedrosselte Öffnung beaufschlagt ist, wobei der Druck zur Aufnahme der Lagerlast durch Leckverluste an dem peripheren Dichtsteg (3), zu einem entsprechenden Druckabfall an der Drosselöffnung (10) führend, regelbar ist.
  4. 4. Gleitlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem die teilweise kugelförmige Fläche aufweisende Ende entferntliegende Ende der Lagerschale (4) als abge-
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    dichteter Kolben (4) in einem Zylinder (6) in dem Gehäuse ausgebildet ist, wobei die Zylinderfläche im wesentlichen gleich der wirksamen Fläche des Dichtsteges (3) an der kugelförmigen Fläche ist, so daß die dichtende Berührung an dem Dichtsteg (3) mit vernachlässigbarem Leckverlust oder Metallberührung bei Last erzielbar ist.
  5. 5. Gleitlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ™ eine als Ventil (12) ausgebildete oder mit einem Ventil (12) verbundene Stoßstange durch die Radialbewegung der Lagerschale (4) betätigbar vorgesehen ist, so daß eine radial nach aussen gerichtete Bewegung den Druck vergrößert und eine radial nach innen gerichtete Bewegung den Druck verkleinert, wodurch der Druck an der Lagerschale (4) zum hydrostatischen Ausgleich der Lagerlast regelbar ist.
  6. 6. Gleitlager nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Lagerschalen (4) vorgesehen ist.
  7. 7. Gleitlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine ungerade Zahl an Lagerschalen (4) verwendet ist, die mittlere Lagerschale (4) einen festgelegten Anschlag aufweist und der Druck gemäß Anspruch 3 regelbar ist oder ein Steuerventil zur Druckregelung nach Anspruch 5 vorgesehen ist, wobei die Zylinder der anderen Lagerschalen (4) an den geregelten Druck der mittleren Lagerschale (4) angeschlossen sind.
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