DE2448785C3

DE2448785C3 - Axiallagerung einer Welle

Info

Publication number: DE2448785C3
Application number: DE2448785A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr.-Ing. 8722 Obbach Korrenn; Horst Dipl.-Ing. 8728 Hassfurt Voll
Original assignee: FAG Kugelfischer Georg Schaefer KGaA
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1974-10-12
Filing date: 1974-10-12
Publication date: 1980-08-21
Also published as: DE2448785A1; FR2287615A1; GB1486369A; DE2448785B2; US4000559A; FR2287615B3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Axiallagerung einer Welle, mit einem einen Teil der Axiallast zum Lagergehäuse über seinen Außenlaufring weiterleitenden Wälzlager und einem den übrigen Lastanteil aufnehmenden, dem Wälzlagerinnenring zugeordneten hydrostatischen Axiallager, das über einen Kolben gegen ein mit fremderzeugtem Druckmittel konstanter Menge beschicktes Druckmittelpolster axial abgestützt und aus dem Druckmittelpolster heraus über eine Drossel mit Druckmittel beaufschlagt ist.

Wälzlager sind relativ einfache und billige Lager. Sie werden daher bei den verschiedensten Anwendungsfällen in großer Zahl benutzt. Bestimmte Bauformen, wie Rillenkugellager, Schrägkugellager, Kegelrollenlager, können außer Radial- auch Axialkräfte übernehmen. Bei vielen Anwendungsgebieten, wie z. B. Verbi ennungsturbinen, werden die Anforderungen an die Lagerungen hinsichtlich Drehzahl und Belastung, und zwar insbesondere axialer Belastung, immer höher, so daß oft eine niedrige Lebensdauer zu erwarten ist. In solchen Fällen könnten nun hydrodynamisch oder hydrostatisch arbeitende Gleitlager verwendet werden. Diese haben aber auch wesentliche Nachteile. Die hydrodynamischen Gleitlager arbeiten nämlich nur unvollkommen beim Anfahren und Stillsetzen bzw. bei niedrigen Drehzahlen der Maschine. Die hydrostatischen Lager sind nicht betriebssicher genug, denn zum Beispiel beim Ausfall der Ölversorgung können wegen der direkten Anlage der relativ zueinander bewegten Teile große Schäden an der Maschine eintreten.

Aus diesen Gründen sind schon verschiedentlich kombinierte Lagerungen ähnlich der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden. Dabei wird die zu übertragende Last auf zwei Lager verteilt Da die ölmenge, der Druck vor und hinter dem Kolben und die Last genau aufeinander abgestimmt sein müssen, um eine funktionierende Lagerung zu erreichen, ist ein großer Aufwand an Meß- und Steuermitteln nötig.

■5 Trotzdem ist es aber bei sich verändernder äußerer Last nicht möglich, eine bestimmte Lastverteilung zu erreichen. Bei der. bisher bekannten, mit Fremdöl versorgten Lagerungen wirkt sich nämlich eine Belastungsveränderung in erster Linie nur auf das Wälzlager aus, während die Beanspruchung des hydrostatischen Lagers nahezu konstant bleibt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Axiallagerung der eingangs genannten Art aufzuzeigen, bei der unabhängig von der Größe der äußeren Belastung immer gleiche Anteile von beiden Lagern übertragen werden, und zwar ohne daß komplizierte und teure Kontroll- und Regelgeräte erforderlich sind.

Die Lösung dazu wird mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs erreicht.

Nach einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung kann der Kolben des hydrostatischen Axiallagers im Ringkolben angeordnet sein. Beide sind axial gegeneinander und gegen sonstige Teile verschiebbar. In diesem Fall ist es konstruktiv am einfachsten, wenn auf der der Zwischenbüchse zugewandten Stirnseite ein gemeinsames Druckmittelpolster vorgesehen ist, das Verbindungskanä'.e überflüssig macht. Es ergibt sich damit ein einfacher und platzsparender Aufbau. Um eine Berührung dtr relativ zueinander bewegten Teile im hydrostatischen Axiallager mit Sicherheit bei fehlendem Druckmitteldruck zu vermeiden, ist es nach einer weiteren Ausgestaltung zweckmäßig, den Kolben des hydrostatischen Axiallagers durch Federn von der Lagergegenfläche wegzuziehen. Der Federdruck kann unter diesen Umständen klein gehalten werden.

Durch die Umfassung des Wälzlagers, des Ringkolbens und des hydrostatischen Axiallagers samt Kolben mit einer im Teilquerschnitt L-förmigen Zwischenbüchse mit Deckel ergibt sich eine einbaufertige, in ihren

so Außenmaßen normbare Einheit einer kombinierten Lagerung mit einfachsten Mitteln, die in beliebigen Maschinen Verwendung findet und im Bedarfsfall durch Lösen und Festziehen von einigen Schrauben ausgewechselt werden kann.

Da der Kolben des hydrostatischen Axiallagers und die Stirnfläche des Ringkolbens eine bestimmte konstante Größe besitzen und immer unter gleichem Druck stehen, wird bei sich verändernder äußerer Belastung automatisch immer der gleiche Lastanteil übertragen. Die Anteile können lediglich durch Veränderung der Kolbenfläche variiert werden. Um eine stabile Lagerung zu erreichen, muß noch dafür gesorgt werden, daß die Druckmitteinienge, die normalerweise konstant gehalten wird und die entsprechenr¹ der

fr' maximal zu erwartenden Belastung relativ groß bemessen ist, wobei noch ein Sichcrheitszuschlag erfolgt, die Verhältnisse im hydrostatischen Axiallager nicht stört. Dies erfolgt hier in einfacher Weise durch

das Abfließen des Druckmittels über den lastabhängigen, in der Weite sich verändernden Abströmspalt in die Umfangsnut der Zwischenbüchse, von wo eine Rückführung in den Druckmittelvorratsbehälter srfolgt Damit wird ohne konstruktiven Aufwand und zusätzliche Meß- und Regeleinrichtungen automatiscn immer die gewünschte Verteilung aufrechterhalten.

Es ist zwar schon eine kombinierte Lagerung der hier in Rede stehenden Art bekannt (DE-OS 20 59 836), bei der eine ti.teilmäßig konstante Lastverteilung erfolgt; hier handelt es sich aber um eine Lagerung einer Axialkolbenpumpe mit eigenerzeugtem Öldruck. Die dabei vorhandenen Betriebsbedingungen sind bei Anwendungsfällen mit fremderzeugtem Öldruck, auf die sich diese Erfindung bezieht, nicht gegeben. Auch ist der Außenring des Wälzlagers im Gehäuse ortsfest abgestützt und überträgt einen Teil der Axiallast unmittelbar auf das Gehäuse.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigt einen Teilquerschnitt durch die erfindungsgemäße Kombination eines Wälzlagers mit einem hydrostatischen Axiallager.

Auf der Welle 1 ist ein Radial-Rillenkugellager 2 angeordnet, das sowohl Axial- als auch Radiallasien übertragen kann. Der Axiallastanteil wird dabei vom Außenring 2' über den Ringkolben 3 auf die im Querschnitt L-förmige Zwischenbüchse 4 'ibertragen. Parallel zum Rillenkugellager 2 ist ein hydrostatisches Lager angeordnet Letzteres umfaßt die Lagerscheiben 5 und den Kolben 6 mit den Druckmittelzuführbohrungen 7, den Drosseln T und den Taschen 8. Der Ringkolben 3 und der Kolben 6 besitzen ein gemeinsames Druckmittelpolster 9. Der Druckmittelzuführkanal 10 führt zum Druckmittelpolster 9 und setzt sich über die Bohrungen 7 bis zu den Taschen 8 des hydrostatischen Lagers fort.

Die Lagerung funktioniert in folgender Weise:

Bei Auftreten einer äußeren Axiallast F und stillgesetzter Druckmittelpumpe geht zunächst die gesamte Belastung durch das Rillenkugellager 2 über den Ringkolben 3 an der Stelle 3' in die im Gehäuse 11 befestigte Zwischenbüchse 4. Beim Inbetriebsetzen der nicht gezeigten Pumpe füllt sich dann über den Zufuhrkanal 10 das Druckmittelpolster 9 mit beispielsweise öl und drückt den Kolben 6 wegen der Drossel T in Richtung der Lagerscheibe 5. Das hydrostatische Lager wird dadurch in Betrieb gesetzt und entlastet das Rillenkugellager 2. Bei weiter ansteigender ölmeng«. und damit ansteigendem Öldruck wird infolge der Drosselwirkung bei T erreicht, daß sich auch der Ringkolben 3 an der Stirnfläche von der Zwischenbüchse 4 abhebt. Die ölmenge, die für ein ordnungsgemäßes Funktionieren des hydrostatischen Axiallagers nicht benötigt wird, läuft durch den Abströmspalt 3' in die Umfangsnut 15 und von dort zurück in den Ölvorratsbehäiter.

Die Fläche des Abströmspaltes 3' sowie die Stirnfläche der in die Büchse 3 eingearbeiteten Umfangsnut 3" einerseits sowie die Stirnfläche 6' des Kolbens 6 andererseits bestimmt die Anteile der Axiallast, die über die beiden Lager übertragen werden. Die ölmengenregulierung erfolgt mit einfachen Mitteln über den Abströmspalt 3'. Hier ist also ein einwandfreies Funktionieren des hydrostatischen Lagers ohne zusätzliche Meß- und Regeleinrichtungen bei sich verändernder äußerer Belastung gewährleistet.

Da der Kolben 6, der als Stützring des hydrostatischen Axiallagers dient, im Ringkolben 3 angeordnet ist, beide axial gegeneinander und gegen sonstige Teile verschiebbar sind und da ein gemeinsames Druckmiuelpolster 9 vorgesehen ist, ergibt sich ein einfacher Aufbau der kombinierten Lagerung, ohne daß darunter die Funktionsfähigkeit leidet.

Zwischen der Zwischenhülse 4 und dem Kolben 6 ist eine Druckfeder 12 so eingespannt, daß sie auf den Kolben 6 in Richtung der Axiallast F wirkt und den Kolben 6 bei fehlendem Öldruck von der Lagerscheibe 5 wegzieht und so das hydrostatische Lager vor Beschädigung schützt.

In vielen Anwendungsfällen wird gewünscht, daß Lager als Einheiten geliefert werden, deren Abmessungen sogar genormt sein sollen. Eine solche Einheit wird hier dadurch erreicht, daß eine im Teilquerschnitt L-förmige Zwischenbüchse 4 vorgesehen ist, deren offenes Ende nach Einbringen der Einzelteile durch einen Deckel 13 verschlossen wird. Über letzteren erfolgt hier mittels Schrauben bei 14 eine Befestigung der Einheit am Gehäuse 11.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Axiallagerung einer Welle, mit einem einen Teil der Axiallast zum Lagergehäuse über seinen Außenlaufring weiterleitenden Wälzlager und einem den übrigen Lastanteil aufnehmenden, dem Wälzlagerinnenring zugeordneten hydrostatischen Axiallager, das über einen Kolben gegen ein mit fremderzeugtem Druckmittel konstanter Menge beschicktes Druckmittelpolster axial abgestützt und aus dem Druckmittelpolster heraus über eine Drossel mit Druckmittel beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenlaufring (2') mit seiner die Teillast weiterleitenden Stirnseite gegen einen im Lagergehäuse (11) axial verschiebbaren Ringkolben (3) abgestützt ist, dessen dem Außenlaufring (2') abgekehrte Stirnseite aus dem Druckmittelpolster (9) heraus mit Druckmittel beaufschlagt ist und gemeinsam mit einer Ringfläche einer gehäusefesten Zwischenbüchse (4) einen lastabhängigen, in der Weite sich verändernden Abströmspalt (3') für Druckmittel aus dem Druckmittelpolster (9) bildet.

2. Axiallagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) des hydrostatischen Axiallagers und der ihn umschließende Ringkolben (3) gegen ein gemeinsames Druckmittelpolster (9) abgestützt sind.

3. Axiallagerung nach den Ansprüchen 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolben (6) und der gehäusefesten Zwischenbüchse (4) Druckfedern (12) vorgesehen sind, die den Kolben (6) in Richtung der Axiallast von der Lagerscheibe (5) bei fehlendem Druckmitteldruck wegziehen.

4. Axiallagerung nach den Ansprüchen 1,2 bzw. 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (2), der Ringkolben (3) und das hydrostatische Axiallager samt Kolben (6) mit der im Teilquerschnitt L-förmigen, mit einem Deckel (13) versehenen Zwischenbüchse (4) eine Baueinheit bilden.