DE2263555A1

DE2263555A1 - Hydrostatisches lager

Info

Publication number: DE2263555A1
Application number: DE2263555A
Authority: DE
Inventors: Erich Burkl; Rainer Schuerger; Lothar Walter
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1972-12-27
Filing date: 1972-12-27
Publication date: 1974-07-04
Also published as: US3938862A; GB1453871A

Description

SKP KUOELLAGERPABRIKEN GMEä Schweinfurt, 21.12.1972

TP/Gu/Ho

Hydrostatisches Lager

Die Erfindung betrifft ein hydro- oder aerostatisches Lager zur Aufnahme radialer und/oder axialer Lasten, bestehend aus einem Gehäuse mit einer darin drehbar angeordneten Welle sowie im Gehäuse vorgesehenen Zuführbohrungen für ein von einer Pumpe geliefertes Druckmedium zu den Lagertaschen, die über hydraulische Drosseln mit den Zuführbohrungen verbunden sind.

Bei hydrostatischen Lagern, deren Lagertaschen von einer Pumpe mit Druckmedium versorgt werden, ist es erforderlich, hydraulische Drosseln vorzusehen, um eine gewisse Steifigkeit der Lagerung sicherzustellen. Bei hydraulischen Drosseln, die in das Lager integriert sind, sind verschiedene Bauarten bekannt.

Von den sogenannten laminaren Drosseln sind vor allem die Kapillardrosseln zu erwähnen. Nachteilig bei diesen Drosseln ist, daß die Toleranz des Innendurchmessers des Kapillarröhrchens bei gleicher Rohrlänge unterschiedliche hydraulische Widerstände ergibt. Da der Innenradius den hydraulischen Widerstand in der vierten Potenz beeinflußt, ist die Schwankung sehr groß. Außerdem ist der druckdichte Anschluß der Kapillarröhrchen an die Lagertaschen schwierig zu realisieren.

Neben Kapillardrosseln sind auch in das Lager integrierte Schlitzdrosseln bekanntgeworden, die durch zwei achsnormal verlaufende Flächen des feststehenden Gehäuses gebildet werden. Diese Drosseln haben jedoch, ähnlich wie die bereits erwähnten Kapillardrosseln, den Nachteil, daß die engen Durchflußöffnungen leicht verschmutzen, wodurch es zu Störungen während des Betriebes der Lagerung kommt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydro- oder aerostatisches Lager der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß die hydraulischen Drosseln sicher gegen Verschmutzungen sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einer oder mehreren Taschenreihen ein auf der Welle angeordneter, mit dieser rotierender Ring zugeordnet ist, der mit den gegenüberliegenden, stillstehenden Gehäuseflächen mindestens einen umlaufenden Drosselspalt bildet.

Durch die Relativbewegung zwischen den beiden Flächen, die den Drosselspalt bilden, 1st die Gefahr einer Verschmutzung ausgeschlossen, denn die hydraulische Drossel reinigt sich selbst. Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahme lassen sich daher sehr geringe Drosselspalthöhen, große Strömungsbreiten und geringe Strömungslängen verwirklichen. Vorteilhaft ist ferner, daß die Herstellung erfindungsgemäßer Lager einfach ist, weil es sich zumeist um zylindrische Teile handelt, deren Feinbearbeitung keine Schwierigkeiten bereitet.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung zeichnen sich Lager zur Aufnahme axialer Lasten dadurch aus, daß die Drosselspalte zwischen der Umfangsflache des Ringes und der dieser gegenüberliegenden Bohrungsfläche des Gehäuses liegen, durch dessen radiale ZufUhrbohrungen das Druckmedium zugeführt wird. Da auf diese Weise die Strömungsrichtung in der Drossel axial verläuft, bewirkt eine Axialverschiebung der relativ zueinander beweglichen Teile aufgrund einer äußeren Belastung keine Änderung des Drosselspaltes; eine Beeinflussung des Drosselwiderstandes ist somit ausgeschlossen.

Mit einer entsprechenden Maßnahme ist auch bei einem hydrostatischen Radiallager gemäß der Erfindung eine in das Lager integrierte, konstante Drossel zu erzielen. Diese Maßnahme zeichnet sich bei einem Lager zur Aufnahme radialer Lasten dadurch aus, daß der Drosselspalt bzw. die Drosselspalte zwischen den Stirnflächen des Ringes und den diesen gegenüberliegenden, achsnormalen Flächen des Gehäuses liegen, in das die Lagertaschen eingearbeitet sind und durch dessen

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radiale Zxiführbohrung das Druckmedium zugeführt, wird. Mit anderen Worten bedeutet das, daß die Strömungsrichtung in der Drossel bei Radiallagern radial verläuft, so daß eine Radialverschiebung der zueinander beweglichen Teile aufgrund äußerer Lasten keine Änderung des Drosselwiderstandes verursacht.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lager zur Aufnahme radialer Lasten ist der Ring axial verschiebbar auf der Welle angeordnet. Diese Maßnahme tt. insbesondere bei Loslagern vorteilhaft. Vorzugsweise werden dabei zwischen der ümfangsflache des Ringes und der dieser gegenüberliegenden Bohrungsfläche des Gehäuses umlaufende Vordrosselspalte gebildet. Diese haben die Aufgabe, dafür zu sorgen, daß sich bei axialer Verlagerung des Ringes zwischen Vordrossel und Hauptdrossel auf beiden Ringseiten verschiedene Drücke ausbilden können. Diese Druckdifferenz schiebt den axial beweglichen Ring wieder in die ursprüngliche Lage zurück, womit beide Hauptdrosselspalte gleich groß gehalten werden.

Um zu verhindern, daß sich in axial benachbarten Taschen bei ehern Loslager unterschiedliche Drücke aufbauen, sind nach einem anderen Merkmal der Erfindung im wesentlichen axial verlaufende, beide Taschenreihen verbindende Druckausgleichsbohrungen vorgesehen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in den Figuren 1 bis 7 in Längsschnitten schematisch dargestellt sind.

Das in Figur 1 dargestellte hydrostatische Lager dient zur Aufnahm© von in beiden Richtungen wirkenden, axialen Lasten. In einem Gehäuse 1, welches aus zwei durch einen Distanzring 2 voneinander getrennten Scheiben 3 besteht, ist die Welle 4 gelagert. In den durch die beiden Scheiben 2 und den Distanzring 2 gebildeten Raum greift ein Ring 5 ein, der auf der Welle 4 befestigt 1st. In die dem Ring 5 gegenüberliegenden Stirnseiten der Scheiben 2 ist je eine ringkammerförmige Lagertasche 6 eingearbeitet. Es besteht Jedoch auch die Möglichkeit, auf beiden Seiten mehrere Lagertaschen 6 gleichmäßig auf dem Umfang verBlatt - 4 -

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teilt anzuordnen. Ein von einer Pumpe gefördertes Druckmedium (Öl, Luft oder dergleichen) gelangt durch die radiale Zuführbohrung 7 in den Ringraum 8 im Lagerinnern. Zu beiden Seiten des in den Distanzring 2 eingearbeiteten Ringraumes 8 befinden sich die ringförmig umlautenden Drosselspalte 9* die durch die Utafangsfläche des Ringes 5 und die diesem gegenüberliegende Bohrungsfläche des zum Gehäuse 1 gehörenden Distanzringes 2 gebildet werden. Das Druckmedium fließt aus dem Ringraum 8 über die Drosselspalte 9 In die Lagertaschen 6, aus denen es über Lagerspalte Io drucklos nach autten abfließt.

Da die beiden umlaufenden Drosselspalte 9 axial verlaufen« bewirkt eine axiale Verlagerung der Welle 4 aufgrund äußerer Belastungen keine Änderung des Drosselwiderstandes* so daß die in das Lager integrierten Drosseln konstant sind. Durch die Relativbewegung zwischen dem Ring 5 und dem zum Gehäuse 1 gehörenden Distanzring 2 ist eine Verschmutzung der Drosselspalte 9 ausgeschlossen« weil diese sich im Betrieb ständig selbst reinigen können. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lagerung besteht darin, daß gegenüDer herkömmlichen Axiallagern nur die halbe Durchflußmenge an Druckmedium erforderlich ist. Weiter 1st hervorzuheben, daß sich das Drosselverhältnis (Verhältnis Drosselwiderstand zu Lagertaschenwiderstand) bei hohen Drehzahlen nicht ändert« weil sowohl in den Drosselspalten 9 als auch in den Lagerspalten Io die gleiche Reibungswärme erzeugt und somit die Viskosität des Druckmediums an beiden Stellen gleichmäßig verändert wird. Schließlich ist zu erwähnen, daß das Druckmedium durch die Fliehkraft nicht aus den Lagerspaiten Io herausgeschleudert werden kann« well die Strömung Infolge des in den Lagertaschen 6 herrschenden Druckes der Fliehkraft entgegengerichtet ist.

Das in Figur 2 dargestellte Lager zur Aufnahme axialer Lasten ist eine Variante des in Figur 1 gezeigten. Die Lagertaschen 6 sind lh zwei Scheiben 3 eingearbeitet« die auf der Welle 4 befestigt sind; zwischen den beiden Scheiben 3 ist der mit der Welle 4 umlaufende Ring 5 angeordnet« dessen ümfangsflache mit der gegenüberliegenden Bohrungsfläche des Gehäuseteils 1« durch dessen radiale Zuführbohrung 7 das Druckmedium in das Lagerinnere gelangt« die Drosselspalte 9

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bildet. Die Lagerspalte Io verlaufen, wie beim Beispiel der Figur 1, in radialer Richtung und befinden sich zwischen dem Gehäuseteil 1 und den diesem gegenüberliegenden Stirnflächen der Scheiben 3·

Figur 3 zeigt die Kombination eines in Figur 1 dargestellten hydrostatischen Axiallagers mit einem herkömmlichen hydrostatischen Radiallager. Die zum Gehäuse 1 gehörende linke Scheibe 3 des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Axiallagers ist durch den Außenring 11 des herkömmlichen Radiallagers ersetzt, in dessen zum Ring 5 gerichteter Stirnfläche wenigstens eine Lagertasche 6 eingearbeitet ist. Das von einer Pumpe zugeführte Druckmedium gelangt einerseits durch die Zuführbohrung 7 in das Axiallager und andererseits über im Außenring 11 vorgesehene Scheibendrosseln 12 in die Taschen 13 des Radiallagers. Der Ring 5 des hydrostatischen Axiallagers ist mit einer axial verlaufenden Bohrung 14 versehen, durch die das durch den linken Lagerspalt Io des Axiallagers und den rechten Lagerspalt 15 des Radiallagers strömende Druckmedium nach außen abfließen kann.

Das hydrostatische Lager gemäß Figur 4 dient zur Aufnahme radialer Lasten. Die gleichmäßig auf dem Umfang verteilten Lagertaschen 6 sind in zwei ringförmige Scheiben 3 eingearbeitet, die zum Gehäuse 1 gehören und durch einen Distanzring 2 voneinander getrennt sind. Als Verdrehsicherung zwischen den Scheiben 3 und dem Distanzring 2 dienen.in beide eingreifende Bolzen 16. Auf der Welle 4 axial verschiebbar ist ein Ring 5 drehfest angeordnet, dessen beide Stirnflächen mit den diesen gegenüberliegenden Flächen der Scheiben 3 die umlaufenden Drosselspalte 9 bilden. Das von einer Pumpe gelieferte Druckmedium gelangt über die radiale Zuführbohrung 7 im Distanzring 2 in das Lagerinnere, von wo es durch die Drosselspalte 9 in die Lagertaschen 6 gelangt. Die Lagertaschen 6 sind nach außen hin durch Stege 17 begrenzt, welche mit der Oberfläche der Welle 4 die Lagerspalte Io bilden, durch die das Druckmedium aus den Lagertaschen 6 nach außen abfließen kann.

Das hydrostatische Radiallager der Figur 4 ist als Loslager ausgebildet. Da in einem Loslager die Welle 4 axial verschiebbar sein muß, muß verhindert

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werden, daß die Drosselspalte 9 zu beiden Stirnseiten des Ringes 5 Schwankungen unterworfen sind, damit sich in axial benachbarten Lagertasohen 6 keine unterschiedlichen Drücke aufbauen. Dies wird durch die im Gehäuse 1 vorgesehenen Druckausgleichsbohrungen l8 erreicht. Durch hydrodynamischen Druckaufbau in den Drosselspalten 9 wird der mit Schiebesitz drehfest auf der Welle 4 angeordnete Ring 5 axial geführt.

Das in Figur 5 dargestellte hydrostatische Lager dient ebenfalls zur Aufnahme radialer Lasten. Auch bei dieser Ausführung gelangt das Druckmedium durch die radial gerichteten, umlaufenden Drosselspalte 9 zwischen dem axial verschiebbaren Ring 5 und den diesem gegenüDerllegenden Gehäuseflächen in die Lagertaschen 6, aus denen es durch die Lagerspalte Io nach außen abfließt. Im Unterschied zur Ausführung nach Figur 4 bildet der Ring 5 zwischen seiner Umfangsfläche um der dieser gegenüberliegenden Bohrungsfläche des zum Gehäuse 1 gehörenden Distanzringes 2 Vordrosselspalte Iy, die axial gerichtet sind.

Die beiden Vordrosselspalte 19 haben die Aufgabe, dafür zu sorgen, daß sich bei axialer Verschiebung des Ringes 5 in dem Raum zu beiden Seiten des Ringes 5 zwischen Drosselspalt 9 und Vordrosselspalt 19 verschiedene Drücke ausbilden können. Diese Druckdifferenz schiebt dann den Ring 5 wieder in die ursprüngliche, mittige Lage zurück, so daß beide Drosselspalte 9 gleich groß gehalten werden. Bei rein radialer Last treten keine Druckdifferenzen zwischen axial benachbarten Lagertaschen 6 auf, Jedoch können sich zur Auf nähme von Momentenbelastungen Druckdifferenzen zwischen axial benachbarten Lagertaschen 6 ausbilden. Dies geschieht in der Weise, daß sich, etwa bei einer Verkantung der Welle nach links unten, der linke obere Drosselspalt 9 und der diesem diametral gegenüberliegende, rechte untere Drosselspalt der nicht gezeichneten Lagerhälfte verkleinern, während sich umgekehrt der rechte obere Drosselspalt 9 und der linke untere Drosselspalt (nicht dargestellt) vergrößern. Gleichzeitig verkleinern bzw. vergrößern sich auch die entsprechenden Lagerspalte Io.

Ein als Festlager ausgebildetes hydrostatisches Lager zur Aufnahme sowohl radialer als auch axialer Lasten ist in Figur 6 gezeigt. Das Lager stellt im wesent-

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lichen eine Kombination eines zweireihigen Radiallagers gemäß Figur 4 mit zu beiden Seiten dieses Radiallagers angeordneten Hälften des zweireihigen Axiallagers gemäß Figur 1 dar. Auf der Welle 4 sind zwei durch eine Distanzhülse 2o voneinander getrennte Ringe 5 drehfest fixiert. Die Lagertaschen 6 für das Radiallager sind an den benachbarten Seiten durch Stege 17 getrennt, zwischen denen eine Ringnut 21 im Gehäuse 1 vorgesehen ist, die zu einer Abflußbohrung führt. Zwischen der Bohrung der Stege 17 und der Oberfläche der Distanzhülse werden Lagerspalte Io gebildet. Die Lagerspalte Io für die Lagertaschen 6 des Axiaxlagers sind, Wie beim Beispiel der Figur 1, radial gerichtet und liegen zwischen der nach außen weisenden Stirnfläche jedes Ringes 5 und der dieser gegenüberliegenden Gehäuseflache.

Durch radiale Zuführbohrungen 7 in den zum Gehäuse 1 gehörenden Distanzringen 2 gelangt das Druckmedium zunächst in die beiden Ringräume 8. Von hier fließt es einerseits über die axial gerichteten, umlaufenden Drosselspalte 9 in ale Lagertaschen 6 der beiden Axiallager und andererseits über die radial gerichteten Drosselspalte 9* die zwischen den nach innen weisenden Stirnflächen der Ringe 5 und den diesen gegenüberliegenden Gehäusefläehen gebildet werden, in die Lagertaschen 6 des zweireihigen Radiallagers. Wie bereits erwähnt, fließt -das Druckmedium aus den Lagertaschen 6 des Axiallagers über die, radial gerichteten Lagerspalte Io una aus den Lagertaschen 6 des Radiallagers üoer die axial gerichteten Lageispalte Io nach außen ab. " .

Eine im Gehäuse 1 axial verlaufende Druckausgleichsbohrung l8 verhindert die Entstehung von Druckdifferenzen zwischen axial benachbarten Lägertaschen 6 des Radiallagers. Derartige Druckdifferenzen könnten bei axialen Verlagerungen der Welle 4 aufgrund äußerer Kräfte entstehen, weil sich hierbei die radial gerichteten Drosselspalte 9 des Radiallagers ändern. Die Druckäusgleichsbohrung l8 ist jedoch nur erforderlich, Wenn Schwankungen der Lagersteifigkeit unbedingt verhindert werden müssen. Falls diese Forderungen nicht erhoben werden, kann die Druckausgleichsbohrung lö entfallen, so daß das Radiallager Momentenbelastung aufnehmen kann. ■ - - ' " . - - '':...λ ■ . .

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In Figur 7 ist eine komplette Spindellagerung gezeigt« mit der axiale und radiale Belastungen aufgenommen werden können. Sie unterscheidet sich vom Beispiel der Figur 6 im wesentlichen dadurch, daß die Lagertaschen 6 für das Axiallager in der Mitte angeordnet sind, während die Lagertaschen 6 für die beiden Radiallager zu beiden Seiten des Axiallagers vorgesehen sind. Die Drosselspalte 9> die für das Axiallager axial und für das Radiallager radial verlaufen, sind zu beiden Seiten der Ringräume ö vorgesehen, in welche Je eine Zuführbohrung 7 für das Druckmedium mündet, über die Drosselspalte 9 wird das auf Taschendruck reduzierte Druckmedium in die Lagertaschen 6 des Radiallagers und des Axiallagers geleitet, von wo es durch die Lagerspalte Io drucklos nach außen abfließen kann.

Sowohl die Axial- als auch die Radiallager benötigen nur die halbe Durchflußmenge an Druckmedium gegenüber herkömmlichen hydrostatischen Lagern; bei gleicher Durchflußmenge kann andererseits die Fläche der Stege 17 verringert werden, wodurch die Reibung herabgesetzt wird.

Je nach den Einbauverhältnissen und den aufzunehmenden Momentenbelastungen kann der Abstand zwischen der linken und der rechten Lagerhälfte durch Einbau verschieden langer Mittelstücke (durch den Abstand a angedeutet) variiert werden.

In den beschriebenen und dargestellten Ausführungebeispielen der Erfindung sind nur Axial- und/oder Radiallager mit In Jeweils zwei Reihen angeordneten Lagertaschen 6 enthalten. Es ist selbstverständlich auch möglich, den Erfindungsgedanken auf einreihige hydro- oder aerostatische Lager anzuwenden.

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Claims

SKP KUGELLAOERPABRIKEN GMBH Schweinfurt, 21.12.1972

Patentansprüche

1,/Hydro- oder aerostatisches Lager zur Aufnahme radialer und/oder axialer Lasten, bestehend aus einem Gehäuse mit einer darin drehbar angeordneten Welle sowie im Gehäuse vorgesehenen Zuführbohrungen für ein von einer !Pumpe geliefertes Druckmedium zu den Lagertaschen, die über hydraulische Drosseln mit den Zuführbohrungen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehreren Taschenreihen (6) ein auf der Welle (4) angeordneter, mit dieser rotierender Ring (5) zugeordnet ist, der mit den gegenüberliegenden, stillstehenden Gehäuseflächen mindestens einen umlaufenden Drosselspalt (9) bildet.
2. Lager nach Anspruch 1 zur Aufnahme axialer Lasten, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselspalt (9) bzw. die Drosselspalte (9) zwischen der Umfangsfläche des Ringes (5) und der dieser gegenüberliegenden Bohrungsfläche des Gehäuses (1) liegen, durch dessen radiale Zuführbohrung (7) das Druckmedium zugeführt wird,
j5. Lager naoh Anspruch 1 zur Aufnahme radialer Lasten, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselspalt (9) bzw. die Drosselspalte (9) zwischen den Stirnflächen des Ringes (5) und den diesen gegenüberliegenden, aohsnormalen Flächen des Gehäuses (l) liegen, in das die Lagertaschen (6) eingearbeitet sind und duroh dessen radiale Zuführbohrung (7) das Druckmedium zugeführt wird,
4. Lager nach Anspruch ~$, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (5) axial verschiebbar auf der Welle (4) angeordnet ist.
5. Lager nach Anspruoh 3> oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Umfangsfläche des Ringes (5) und der dieser gegenüberliegenden Bohrungsfläche des Gehäuses (l) umlaufende Vordrosselspalte (I9) gebildet werden.
6. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen axial verlaufende, zwei axial benachbarte Taschenreihen verbindende Druckausgleichsbohrung (18).

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