DE2210979C3

DE2210979C3 - Spiralrillengleitlager

Info

Publication number: DE2210979C3
Application number: DE19722210979
Authority: DE
Inventors: Nikolaus 7148 Remseck Laing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-03-16
Filing date: 1972-03-07
Publication date: 1981-07-23
Also published as: BE780771A; CH536949A; SE389717B; SE389717C; DE2210979A1; DE2210979B2; JPS5755926B1; JPS5877918A; GB1370522A; FR2129797A5; JPS6231205B2; IT950203B; CA949632A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Spiralrillenlager mit zwei den Lagerspalt bildenden Lagerteilen, welche einander zugekehrte, die Belastung aufnehmende Rotationsflächen aufweisen und von denen eines mit seiner dem Lagerspalt abgekehrten Seite wenigstens teilweise einen Hohlraum begrenzt, in dem der im Lagerspalt erzeugte Druck aufrechterhalten wird, der dieses Lagerteil an das andere Lagerteil andrückt.

Es ist eine Lagerung einer Welle mit einem mittels eines Wälzlagers bei Wellenstillstand oder langsamem Wellenlauf selbsttätig entlastbaren Axialgleitlager mit hydrodynamischer Schmierfilmbildung der eingangs genannten Art bekannt. Bei diesem Lager hat der nicht drehbare Axiallagerteil eine Spiralnut, mit der sich bei Drehung der Welle oberhalb einer bestimmten Drehzahl im Axiallagerspalt ein Druck aufbaut, der über eine Bohrung im nicht drehbaren Axiallagerteil auch auf dessen Rückseite wirkt und es an das drehbare Axiallagerteil andrückt. Eine selbsttätige Anpassung der beiden Lagerteile aneinander ist dabei nicht vorgesehen.

Es besteht ein Bedürfnis, hydrodynamische Lager speziell auch für Flüssigkeiten geringer Viskositäten oder auch für Gase herzustellen. Theoretisch läßt sich jedes hydrodynamische Lager für jedes Schmiermittel auslegen. In der Praxis stehen der Auslegung jedoch prinzipielle Schwierigkeiten entgegen, denn mit abnehmender Viskosität muß auch der Schmierspalt, das ist der Abstand zwischen den Gleitpartnern, kleiner werden. Praktisch werden die Beträge so klein, daß die Verwirklichung mit wirtschaftlich vertretbaren Fertigungsmethoden nicht möglich ist, oder aber bei der geringsten Temperaturänderung treten so große Dimensionsunterschiede auf, daß die dabei ungewollt entstehenden Spalte wesentlich größer sind als die zur Frzeugung eines hydrodynamischen Tragfilms erforderlichen Spalte.

Bei der Herstellung von wassergeschmierten Lagern ist zu beachten, daß die Zähigkeit von Wasser etwa um den Faktor !00 und die Zähigkeit von heißem Wasser sogar etwa um den Faktor 300 geringer ist als die Zähigkeit von öl. Bei wassergeschmierten Lagern sind deshalb Lagerspaitc urforderlich, deren Dicke in der Größenordnung von 1 bis 2 ji liegt. Derartige fc5 <ienauigkeiten lassen sich theoretisch zwar durch ! einstbearbeitung erzielen, praktisch ist der Hersteliunesaufwand iedoch unwirtschaftlich. Außerdem hat sich gezeigt, daß solche mit höchster Genauigkeit hergestellte Lager in der Praxis nicht verwendet werden können, da die beiden Lagerteile sich im Betrieb erwärmen und ungleich ausdehnen. Schon bei geringsten Unterschieden der Ausdehnungskoeffizienten der beiden Lagerelemente ergeben sich Lagerspalte, deren Dicke stellenweise zwischen 10 und 100 μ liegen. Ein hochbelastetes wassergeschmiertes Lager mit starren Bauelementen wäre deshalb nur verwirklichbar, wenn es bei einer konstanten Temperatur betrieben würde.

Es ist ein Spiralrillenlager zum Aufnehmen von Axial- und Radialdrücken bekannt, das einen konvexen und einen konkaven Lagerteil aufweist und dessen konkaver Lagerteil dünnwandig und schalenförmig ausgebildet ist. Durch die Elastizität des schalenförmigen Lagerteils läßt sich zwar ein über einen Teil der Belastungsflächen gleichbleibender Abstand zwischen den Lagerteilen erhalten, die durch die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Lagerteile bedingten unterschiedlichen Dimensionsär.derungen lassen sich durch die elastische Anpassungsfähigkeit des schalenförmigen Lagerteils jedoch nicht ausgleichen.

Die Erfindung bezweckt ein Gleitlager, in dem sich ein Lagerteil selbsttätig an das andere Lagerteil anformt, so daß in jedem Betriebsfall, also auch bei Berücksichtigung der jeweiligen Bearbeitungstoleranzen oder bei unterschiedlicher Wärmeausdehnung der Lagerteile, Spalte aufrechtzuerhalten sind, die eine Schmierung des Lagers mit Schmiermitteln geringer Viskosität bei großen Lagerbelastungen möglich machen.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem Spiralrillenlager der eingangs genannten Art dadurch, daß das andrückbare Lagerteil durch den Lagerdruck elastisch verformbar an das andere Lagerteil anpaßbar ist.

Gleitlager nach der Erfindung können Lagerelemente von beliebiger, dem Lagerspalt zugekehrten, die Belastung aufnehmenden Rotationsflächen sein. Diese Rotationsflächen können ebene Flächen, zylindrische, sphärische oder konische Flächen sein. Alle diese Flächen lassen bei Anordnung des elastisch verformbaren Lagerelementes als Begrenzung eines Hohlraums, in dem ein entsprechender Druck aufrechterhalten wird, eine elastische Verformung zu, die den zur Aufrechterhaltung des hydrodynamischen Fördereffektes erforderlichen engen Lagerspalt gewährleistet.

Es spielt dabei keine Rolle, ob das elastisch verformbare Lagerelement die konkave oder die konvexe Lagerfläche bildet. Eine besonders einfache Anordnung läßt sich erhalten, wenn der Hohlraum an der dem Schmierspalt abgewandten Seite des elastisch verformbaren Lagerteils mit der Zone in dem Schmierspalt kommuniziert, in dem der durch die Rillen eines Rillenlagers aufgebaute Druck seinen Maximalwert hat.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert.

F i g. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gleitlager mit planen Flächen.

Fig. la zeig! eine Draufsicht auf den Läufer der Anordnung nach F i g. 1 längs der Linie Ia-Ia.

Die Fig. 2 —5 zeigen schematische Schnitte durch verschiedene Gleitlager nach der Erfindung mit sphärischen Gleitfläche;¹

F i g. 6 zeigt schemaMsch einen Schnitt durch ein C itlager nach der Erfindung mit konischen Gleitflächen.

Fig.6 zeigt schematisch ein Axiallager mit planen Gleitflächen im Schnitt Die Spiralrillen 9 befinden sich im Läufer 1, der vom Stator 8 abgestützt wird. Der Ring 3 nimmt die Aufiagekräfte bei nicht in Betrieb befindlichem Lager auf. Der Ring 3 drückt ferner das als Membran ausgebildete elastisch verformbare Lagerelement 4 auf den Stator 8. Die Membran 4 bildet mit dem 1 ,äufer 1 den hydrodynamischen Schmierspalt 6. Durch die öffnung 5 drückt das Schmiermittel in den Hohlraum 7, wenn der Läufer 1 sich in der Richtung 2 (Fig. la) drebt Hierdurch wird die Membran 4 gegen den Läufer 1 gedruckt Die Rillen 9 können sich auch in der Membran 4 befinden anstatt auf dem Läufer 1. Ebenso können auch dfc Elemente 3,4 und 8 umlaufend ausgebildet werden.

F i g. 2 zeigt schematisch ein Gleitlager mit einem konkaven Lagerteil 11 und einem als elastisch verformbares Lagerelement ausgebildeten konvexen Lagerteil 12, das an einem Halter 13 befestigt ist, welcher eine Wellenbohrung 14 hat Entweder auf der konkaven Oberfläche des Lagerteiles 11 oder auf der konvexen Oberfläche des Lagerteiles 12 sind, wie bei dem in den Fig. 1 und ia dargestellten Lager, Spiralrillen (nicht dargestellt) angeordnet die von der Peripherie zum Polbereich hinführen. Im Bereich des Poles 15 entsteht der höchste Druck. Dieser Druck pflanzt sich in den von dem hohlen konvexen Lagerteil 12 begrenzten Hohlraum 17 fort und bewirkt eine Drehung des Lagerteiles 12, die zu einer Verringerung der Stärke des Spaltes 16 führt

F i g. 3 zeigt schematisch eine Anordnung, bei der der konvexe Lagerteil als Kugel 22 ausgebildet ist, während das konkave als elastisch verformbares Lagerelement ausgebildete Lagerteil ein Ring 21 ist. Im konkaven Lagerteil 21 sind Spiralrillen 24 angeordnet, die im Polbereich 25 einen hohen Druck aufbauen. Der konkave Lagerteil 21 ist von einer Schale 23 umgeben, so daß das Schmiermittel in den Hohlraum 27 eindringen kann. A m inneren Umfang des Lagerteiles 21 ist eine Fase 28 angebracht, die einen Ringkanal 20 begrenzt, über den alle Spiralrillen 24 miteinander in Verbindung stehen. Ein Abdeckring 19 verhindert das Eintreten von Schmutzteilen unü weitgehend den Flüssigkeitsaustausch, so daß die einmal im Lager befindliche Flüssigkeit ständig als Schmiermittel dort verbleibt Hierdurch wird das Ausfällen von Festkörpern, wie z. B. Kalk, vermieden. Durch den im Polbeieich 25 entstehenden Druck wird das konkave Lagerteil 21 gegen die Kugel 22 gedrückt. Der Querschnitt des konkaven Lagerteiles nimmt nach außen hin zu, wodurch ein konstanter Lagerspalt 26

to gewährleistet wird, denn zwischen der Kugel 22 und dem Lagerteil 21, also im Lagerspalt 26 herrscht ein nach außen abnehmender Druck, während der Druck im Spalt 27 konstant ist.

F i g. 4 zeigt schematisch eine Ausführungsform, bei der das als verformbares Lagerelement ausgebildete konkave Lagerteil aus zwei ineinandergesteckten Ringen 51 und 53 besteht die an der Peripherie 54 miteinander verschweißt sind. Zur Erzielung einer möglichst gleichförmigen Verformung ist ein weiterer Ring 55 mit eingebaut, wobei eine Dichtung 56 das Eintreten von Flüssigkeit aus dem Hohlraum 57 in den Spalt zwischen den Teilen 51 und 55 verhindert. Durch Kanäle 58 kommuniziert der Raum 59 mit dem Raum 57.

F i g. 5 zeigt schematisch eine Ausführungsform, bei der das als verformbares Lagerelement ausgebildete konkave Lagerteil 61 im Polbereich 63 zurückspringt. Dort ist die Wandung 64 als Wellenmembrane ausgebildet, damit der im Polbereich 63 zwischen der Membran 61 und dem Lagerteil 66 gebildete Druck sich auf die Flüssigkeit im hermetisch abgedichteten Hohlraum 65 fortpflanzen kann.

F i g. 6 zeigt schematisch ein konisches Lager, welches aus dem Lagerzapfen 72 und der als verformbares Lagerelement ausgebildeten Lagerbuchse 71 besteht.

Die Lagerbuchse ist in ihrer Wandstärke im Bereich des kleinen Durchmessers 74 dünnwandiger ausgebildet als im Bereich der Peripherie 75. Der Faltenbalg 76 überträgt den sich im Raum 70 bildenden Überdruck auf die im Raum 77 befindliche hermetisch eingeschlossene Flüssigkeit. Der Lagerzapfen 72 liegt bei Stillstand auf dem Gleitring 78 auf, während er im Lauf aufgrund einer geringen Ausdehnung des Faltenbalges abhebt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 22 !0

1. Spiralrillenlager mit zwei den Lagerspait bildenden Lagerteilen, welche einander zugekehrte, die Belastung aufnehmende Rotationsflächen aufweisen und von denen eines mit seiner dem Lagerspalt abgekehrten Seite wenigstens teilweise einen Hohlraum begrenzt, in dem der im Lagerspalt erzeugte Druck aufrechterhalten wird, der dieses Lagerteil an das andere Lagerteil andrückt, d a durch gekennzeichnet, daß dieses andrückbare Lagerteil (4, 12, 21, 51, 61, 71) durch den Lagerdruck elastisch verformbar an das andere Lagerteil (1,11,22,72) anpaßbar ist

2. Spiralrillenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des andrückbaren Lagerteils zur Symmetrieachse des Hohlraumes (27,77) des Lagers hin abnimmt

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