DE2251062C3 - Selbstdruckerzeugendes Gleitlager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein selbstdruckerzeugendes Gleitlager mit Lagerflächen an zwei mit gleichbleibender Richtung relativ zueinander bewegten Lagerteiien. mit wenigstens einer als Viskositätspumpe dienenden, in Richtung der Relativbewegung verlaufenden Schmiermittelfördernut und einer druckseitig an sie angeschlossenen Tasche in einer der beiden Lagerflächen, «,5 zwischen denen sich bei gegeneinander bewegten Lagerteilen ein aus der Fördernut und der Tasche heraus vom Schmiermittel durchströmter Lagerspalt einstellt.

Bei einem bekannten Gleitlager (US-PS 19 40 301) <,₀ dienen eine Schmieimittelföidernui und eine Tasche zum Aufbringen einer zusätzlichen Last auf eine Welle. um auf diese Weise die Stabilität der Lagerung zu erhöhen. Nut und Tasche sind gleich tief, so daß in der Tasche kein reiner hydrostatischer Druck aufgebaut wird, vielmehr ist am druckseitigen Ende der Tasche eine Stauschwellenwirkung beabsichtigt.

Die FR-PS 12 39 798 betrifft ein gasgeschmiertes Wellenlager, bei dem an jedem Ende der Lagerbüchse zwei Reihen ringsektorförmiger Nuten vorgesehen sind, in denen sich bei Wellenumlauf ein die Welle stabilisierender Druck aufbaut. Die Nuten sind in diesem Fall nicht an eine Tasche angeschlossen.

Bei dem selbstdruckerzeugenden Axialgleitlager nach der DT-AS 12 35 680 ist zur Erhöhung der Tragkraft und Verringerung der Reibungsverluste konzentrisch zur Wellenachse eine Kammer angeordnet; mehrere spiralförmige verlaufende, in einer der Gleitflächen vorgesehene Nuten münden von allen Seiten her in die Kammer. Die Nuten sind schräg zur Bewegungsrichtung des gelagerten Teiles angeordnet, und der Lagerspalt ist nicht vom Schmiermittel durchströmt.

Bekannt sind ferner hydrostatische Wellenlager, deren vom Schmiermittel durchströmte Drucktaschen jeweils von einem stegartigen Rahmen eingefaßt sind, der mit der Welle den Abströmspalt für das Schmiermittel aus der betreffenden Drucktasche bildet (DT-AS 10 32 612). Lager dieser Art gewährleisten zwar eine sehr gute Stabilität der Lagerung, sie sind aber nicht selbstdruckerzeugend, erfordern also eine unter entsprechend hohem Druck stehende Schmiermiuelquelle. deren Ausfall auch den Ausfall der mit dem Lager versehenen Einrichtung zur Folge haben kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein selbstdruckerzeugendes Gleitlager zu schaffen, das die gute Stabilität eines wenigstens mit einer Drucktasche versehenen hydrostatischen Lagers aufweist und dabei keine besondere Schmiermittelpumpe erfordert.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fördernut und die lasche, die eine größere Tiefe als die Nut aufweist und, wie bei einem hydrostatischen Lager, als Druckuische dient, von einem stegartigen Rahmen eingefaßt sind, der die Lagerfläche des die Fördernui und die Tasche aufweisenden Lagerteils bildet.

Für die Merkmale dieses Gegenstandes wird nur in ihrer Gesamtheit Schutz begehrt.

Das erfindungsgemäße Lager hingt bezüglich der Stabilität und Genauigkeit der Lagerung die Vorteile eines hydrostatischen Lagers, ist aber, da es selbstdruckerzeugend ist, einfacher und weniger störanfällig als dieses.

Nach einer Ausführungsfonn der Erfindung kann die Fördernut auch an ihrem saugseitigen Ende von dem stegartigen Rahmen eingefaßt und über eir . Drosselöffnung an einen Schmiermittelvorrati angeschlossen sein.

In vorteilhafter Weise kann ein Gleitlager für eine Welle als Kippsegment-Lager mit wenigstens drei um die Welle herum angeordneten gleichen Kippsegmenten ausgebildet sein, von denen jedes eine von einem stegartigen Rahmen eingefaßte Fördernut und Drucktasche aufweist und wenigstens eines zur Einstellung des Lagerspiels zur Welle nachstellbar ist.

Das erfindungsgemäße Lager kann auch als Axialilruckliigcr ausgebildet sein, das die von einem sieganigen Rahmen ei 11 l' el a It le I'oiderntu uiul Drucklasche in einer radial gerichteten Fläche ties feststehenden Lagerteils aufweist.

Gemäß einer anderen Weiterbildung kann im Zuführweg des Schmiermittels /ur Fördernut ein Absperrventil angeordnet sein.

Die Erfindung ist im lolgcndcn an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. I eine schematische Skizze zweier relativ gegeneinander beweglicher und durch einen mit Schmiermittel gefüllten Zwischenraum voneinander

ta.

getrennter Lagerteile,

Fig.2 eine schematische Skizze der gleichen Lagerteile, von denen jedoch einer eine Fördernut aufweist,

F i g- 3 eine Schemazeichnung eines erfindungsgemä-Ben selbstdruckerzeugenden Gleitlagers,

Fig.4, 5, 6 Querschnitte IV, V und Vl durch die Anordnungen nach Fig. 1,2,3,

F i g. 7 einen Teil einer Draufsicht auf das Lager nach F i g- 3. ίο

Fig.8 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes, jedoch gegenüber der Ausführung nach F i g. 3 abgeändertes Lager,

Fig·9 einen Längsschnitt durch die Lagerung einer mit erfindungsgemäßen selbstdruckerzeugenden Lagern ausgestatteten Werkzeugmaschinenspindel.

Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie X-X in Fig. 9.

Fig. 11 eine Detailansicht in Richtung des Pfeils /"in Fig. 10.

F i g. 1 und 4 zeigen eine ebene Fläche 5, die sich mit der Geschwindigkeit V in einer Richtung bewegt. Die gleichen, nachstehend beschriebenen Wirkungen treten ein. wenn die Räche S nicht eben, sondern eine Drehfläche ist.

Psei die Oberfläche einer feststehenden Platte, die im Abstand d parallel zu der Fläche .^angeordnet ist. Li sei die Breite dieser Platte. Wird die ^Ordnung in ein Schmiermittel getaucht und sind die Scherkräfte des Schmiermittels proportional zur Schergeschwindigkeii. so wird das zwischen den Flächen Sund Pbefindliche Schmiermittel von der ebenen Fläche· S mitgenommen. Die Strömungsgeschwindigkeit ist dabei an der Fläche P gleich Null und an der Fläche S gleich V. Die Geschwindigkeitszunahme zwischen P und S verläuft linear.

Gemäß F i g. 2 und 5 weist die Fläche P der Platte an beiden Längsseiten im Abstand L\ zwei stegartige Ansätze mit der Breite Li auf, die von der bewegten Fläche Seinen Abstand ei haben,der klein gegenüber c? ist; die stegartigen Ansalze begrenzen eine Nut R.

Wenn Z-i groß gegenüber ej ist, kann die Strömung in der Nut zwischen den druckgleichen Räumen I und 11 als zweidimensional betrachtet werden, und das Geschwindigkeitsdiagramm stimmt mit dem nach Fig 1 übersin. Die Fläche S bildet gemeinsam mit der Nut R eine Viskositätspumpe, die das Schmiermittel vom Raum I zum Raum Il fördert.

Gemäß F i g. 3, 6 und 7 sei angenommen, daß die von Stegen mit der Breite Lj begrenzte Nut R mit der Länge Lt mit ihrem einen Ende mit einem Raum Γ in Verbindung steht, in dem ein Druck P₀ herrscht. Das andere Ende der Nut mündet in einen Hohlraum ΙΓ. der durch urne Ausnehmung der Flächengrößc S\ und des Umfangs L5 gebildet wird und die von einem stegartigem Rahmen der Breite L> umgeben ist, dessen der Fläche S zugekehrte Fläche in der gleichen Hbenc liegt wie die entsprechenden Flächen der Begrenzungsstege der Nut R mit der Breite /,., und die demnach den Abstand t"i von der !'lache .S' hat. Die Ί icle U de Hohlraums II' ist größer als die Tiefe i^der Nut R.

In diesem Fall baut sich be¹ Bewegung dor flache S' gegenüber dem die Nut mit der Breite /. und den Kaum ΪΙ' aufweisenden Lagerteil ir, dem Hohlraum Il (der Drucktasche) als Dauerzustand ein von der Gescl.win digkci; Vunddcm Abstand C₁ abhängiger Druck auf D.i <><, das Hohlraumvolumen und das Volumen der Nu: R konstant sind, muß eine Menge Schmiermittel aus dem Lauer entweichen, das der Fördermenge der von der Fläche S und der NuI R gebildeten Viskositätspumpe entspricht. Ist d=0, können keine Leckmengen zwischen der Fläche Sund dem stegartigen Rahmen der Nut und des Hohlraums 1Γ austreten, das Entweichen wird somit im umgekehrten Sinn wie die Schmiermittelförderung in der Nut erfolgen.

Tatsächlich ist aber die Dicke de.· Schmiermittelschicht e. von Null verschieden. Wie sich nachweisen läßt, erhält man die maximale Steifigkeit des Lagers bei einem Druck im Hohlraum (der Druckkammer) ΙΓ, der im wesentlichen gleich der Hälfte des für die Leckmenge Null angenommenen Druckes ist.

Fig.8 zeigt eine Abänderung des Lagers. Die Nut R wird von einem unter Atmosphärendruck stehenden Schmiermittel durch eine Leitung 101 gespeist, zwischen der und dem saugseitigen Ende der Nut R sich eine Öffnung 102 befindet.

Die Größe der Öffnung 102 ist so gewählt, daß der Durchsatz durch sie kleiner ist als die mögliche Fördermenge der von der Fläche 5 und der Nut R gebildeten Viskositätspumpe bei gleichem Druck an der Saug- und der Druckseite der Nut und ungedrosseker Schmiermittelzufuhr.

In Fig.9 ist schematisch eine mit selbstdruekcrzeugenden Gleitlagern ausgestattete Lagerung einer Werkzeugmaschinenspindel dargestellt. In einem /weiteiligen Gehäuse 1, Γ. ist der bewegte Teil des Lagers, nämlich die Spindel 2 gelagert. Sie nimmt einen Werkzeughalter 3 auf. in dem sich ein Werkzeug 4 befindet. Die Spindel 2 wird mittelbar durch einen Riemen 5 angetrieben. Der Riemen 5 läuft über eine Riemenscheibe 6, die eine koaxial zu der Spinde! 2 liegende Welle 7 antreibt. Eine Kupplung 8 verbindet die Welle 7 mit der Spindel 2. Da diese Kupplung nicht Gegenstand der Erfindung ist, wird sie nicht beschrieben; es ist aber festzuhalten, daß sie eine hohe Drehfestigkeit haben muß. auf die Spindel 2 aber keine Kräfte übertragen darf, die Querverlagerungen oder eine Durchbiegung der Spindel verursachen könnten.

Beispielsweise soll gezeigt werden, wie die vorstehend beschriebene Lagerart dieser Spindel angepaßt werden kann.

lcdcs Lager weist vier Kippsegmente 21, 22, 2 J. 24 Fig. 10 auf. Natürlich könnte man mehr (oder weniger) als vier Kippscgrnente nach dem gleichen Prinzip anwenden. ]edem Kippsegment ist in seinem Mittenbereich ein Auflager 25, 26. 27, 28 mit kugeliger Stützfläche zugeordnet, von denen zwei (26 und 27) ortsfest und zwei (25 und 28) durch Gewinde 29 einstellbar ausgeführt sein können, die in das Spindelgehjuse 1 eingreifen. Dank dieser Gewinde kann man zwischen der Spindel 2 und den kippsegmenten das Spiel einstellen, das dem gewählten Arbeitspunkt entspricht. Man wird im allgemeinen das Spiel wühlen, das der mavimalcn Steifigkeit entspricht und das so groß ist, daß in den Lagern ein Druck herrscht, der gleiche der Hälfte des Drucks beim Spiel Null ist, wenn die Spindel mit Nenndrehzahl umläuft.

"'■'ie aus Fig. Ii ersichtlich, wird die lasche 30 iedes Kippsegnients von einem sieg.irtigen Rahmen 31 begrenzt. Die Fördernut 32 di : Viskositätspumpe verläuft in Richtung de: ' 'nfangsgeschvsindigkeit \ tier Spindel·

Die I ordcrnut 32 vmuI durch cmc Öffnung 33 gespeist, die ihrerseits durch Leitungen mit der Bohrung 34 verbunden ist. die jeweils im Aullager des jeweiligen Kippsegments vorgesehen ist. Alle Bohrungen 34 stehen über Kanüle 36, 37 mit einem Schmiernvuelvorrat in

Verbindung. Das aus den ICippsegmcnten austretende Schmiermittel fließt in einen unteren Behälter 38 ab. Wenn die Spindel lange und häufig angehalten wird, kann man im Zuführweg des Schmiermittels zu den Fördernuten ein Absperrventil anordnen, damit der Vorrat während der Stillstandszeiten der Spindel nicht ausläuft.

Zur Aufnahme der Axialbelastung kann man ein selbstdruckerzeugendes Gleitlager verwenden, das nach Fig.9 durch einen Spindelbund 46 gebildet ist. Eine Ringscheibe 47, die drehfest an dem Spindelgehäuseteil 1 angeordnet ist, weist mindestens eine Drucktasche und eine Nut auf.

Die in F i g. 9 dargestellte Spindel überträgt Axialkräfte nur in Richtung des Pfeils g. Auf der dem Werkzeug abgewandten Seite ist eine Feder 48 vorgesehen, die sich an einer aus der Spindel vorspringenden Schulter 49 abstützt und die einen Ring 50 oder ähnliche Drehfläche, die drehfest mit der Spindel verbunden ist, gegen eine Ringscheibe 51 drückt, die ihrerseits mindestens eine Tasche, besser aber 3 Taschen, und ebenso viele Fördernuten aufweist.

Wenn die Spindel Axialkräfte in beiden Richtungen übertragen soll, müßten die beiden Ringscheiben 47 und 51 beiderseits eines einzigen Bundteils angebracht werden, um Dchnungseinflüsse so klein wie möglich zu halten.

Wenn auch diese Art von Lagern das Abheben der Spindel von den Lagern nicht bei der Geschwindigkeit Null ermöglicht, so genügt hierzu doch im allgemeinen eine sehr kleine Geschwindigkeit. Im Stillstand ruht die Spindel auf den unteren Kippsegmenten 22, 23. und das

ίο Spie! Ci ist dabei praktisch Null. Beim Anlaufen der Spindel hebt sie sich, sobald der Schmiermitteldruck (der proportional der Spindeldrehzahl ist), multipliziert mit der wirksamen Lagerfläehe. das Gewicht der Spindel übersteigt, von den Kippsegmenten 22, 23 ab Das Abheben geschieht im allgemeinen schon bei einer Drehzahl von höchstens einigen Hundert Umdrehungen pro Minute.

Im Falle eines Stromausfalles arbeitet das selbst· druckerzeugende Lager weiter, solange die Spindel drehzahl ausreichend hoch ist (im Gegensatz zu der üblichen hydrostatischen Lagern bei Ausfall dei Druckmittelzufuhr).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

'i Patentansprüche:

1. Selbstdnickerzeugendes Gleitlager mit Lagerflächen an zwei mit gleichbleibender Richtung relativ zueinander bewegten Lagerteilen, mit wenigstens einer als Viskositätspumpe dienenden, in Richtung der Relativbewegung verlaufenden Schmiermittelfördernut und einer druckssitig an sie angeschlossenen Tasche in einer der beiden Lagerflächen, zwischen denen sich bei gegeneinander bewegten Lagerteilen ein aus der Fördemut und der Tasche heraus vom Schmiermittel durchströmter Lagerspalt einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördernut und die Tasche, die eine größere Tiefe als die Nut aufweist und, wie bei einem hydrostatischen Lager, als Drucktasche dient, von einem stegartigen Rahmen eingefaßt sind, der die Lagerfläche des die Fördernut und die Tasche aufweisenden Lagerteils bildet.

2. Gleitlager nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Fördernut auch an ihrem saugseitigen Ende von dem stegartigen Rahmen eingefaßt und über die Drosselöffnung (102) an einen Schmiermittelvorrat angeschlossen ist.

3. Gleitlager für eine Welle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als Kippsegment-Lager mit wenigstens drei um die Welle herum angeordneten gleichen Kippsegmenten (21, 22 usw.) ausgebildet ist, "on denen jedes eine von einem stegartigen Rahmen (3t) eingefaßte Fördernut (32) und Drucktasche (30) aufweist und wenigstens eines zur Einstellung des Lagerspiels zur Welle nachstellbar ist.

4. Gleitlager für eine Welle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Axiallager ausgebildet ist und die von einem stegartigen Rahmen eingefaßte Fordernut und Drucktasche in einer radial gerichteten Fläche des feststehenden Lagerteilcs aufweist.

5. Gleitlager nach einem der Ansprüche 2 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß im Zuführweg des Schmiermittels zur Fördernut (32) ein Absperrventil angeordnet ist.

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