DE2506484A1

DE2506484A1 - Anordnung zum schmieren eines lagers

Info

Publication number: DE2506484A1
Application number: DE19752506484
Authority: DE
Inventors: Leroy C Carter; Robert E Smith
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1974-02-19
Filing date: 1975-02-15
Publication date: 1975-08-21
Also published as: JPS5253870Y2; CA995154A; FR2261471A1; IT1029047B; NL7500003A; GB1487815A; JPS50111542U; US3890021A

Description

2506A84

DiPL.-lNG. KLAUS NEUBECKER ^ ° ^

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Düsseldorf, 14. Febr. 1975

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Anordnung zum Schmieren eines Lagers

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Schmierung von Lagern mit drehbaren Wellen und insbesondere auf ein verbessertes, abgedichtetes und in sich abgeschlossenes System zur ÖIs chmierung.

Lager werden üblicherweise entweder durch Fett oder Öl geschmiert, und eine ausreichende Ölschmierung muß natürlich ständig aufrechterhalten werden. Fettgeschmierte Lager müssen von Zeit zu Zeit ersetzt werden, oder das Fett muß in Zeitabständen wieder aufgefüllt werden. Für viele Zwecke läßt sich Fettschmierung im Hinblick auf Temperaturzustände oder Erfordernisse einer langen Lebensdauer oder minimaler Wartung überhaupt nicht anwenden. Bei Anwendung von Ölschmierung kann das Lager unter Öl gesetzt oder ölnebel- oder Sprüh-Schmierung verwendet werden, ölnebelschmierung wird üblicherweise durch Zuführung von öl aus einem Behälter mit Hilfe eines auf der Welle schleifenden Dochtes erzielt, obwohl sich auch Förderpumpen oder Strahlen verwenden lassen. In ölgeschmierten Lagern müssen Dichtungseinrichtungen vorgesehen werden, um den Ölverlust aus dem Lager zu verhindern. Das wurde durch die Verwendung verschiedener Arten von Dichtungen, einschließlich

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Gleitkontaktdichtungen und Labyrinthdichtungen, verwirklicht.

Bei einigen Anwendungen ölgeschmierter Lager wurden die zu berücksichtigenden Anforderungen in steigendem Maße schwerwiegender. So werden bei in Flugzeugen eingesetzten elektrischen Generatoren in sich abgeschlossene Lagersysteme verlangt,-die ohne Ausbau des Generators aus dem Flugzeug eine minimale Lebensdauer von 10.000 Stunden und Wartungsintervalle von nicht weniger als 1000 Stunden aufweisen. Dabei handelt es sich um schnell laufende, bei Drehzahlen von 8000 Umdrehungen pro Minute arbeitende Generatoren, und die verfügbare Kühlluft kann Temperaturen in der Nähe von 100° C aufweisen, so daß dauernde Lagertemperaturen in der Größenordnung von 170 C die Folge sein können. Die Temperatur— und Drehzahl-Zustände und die Anforderungen an die Lebensdauer verhindern die Verwendung von Fettschmierung und verlangen ölschmierung. Die Anforderungen an das Gewicht eines solchen Generators erfordern zusammen mit den Anforderungen an Wartung und Lebensdauer die Verwendung relativ kleiner Ölbehälter, jedoch mit äußerst guten Dichtungseinrichtungen, um wesentlichen Ölverlust zu verhindern.

Bisher wurden für diese Art des Einsatzes tauchgeschmierte Lager mit gleitenden Reibungsdichtungen zur Überwachung der Ölleckage verwendet. Tauchgeschmierte Lager mit Gleitdichtungen haben jedoch zahlreiche Nachteile. Die Reibungsverluste der Dichtung bei der hohen Wellendrehzahl können genügend Wärme erzeugen, um wegen der bei hoher Temperatur nachlassenden Wirkung des Öls die Belastungsfähigkeit des Generators einzuschränken, während ein Ausfall der Dichtung Ölverlust mit sich daraus ergebendem Ausfall des Lagers und totalem Verlust des Generators selbst zur Folge hat. Die Durchwirbelung des Öls hat außerdem weitere unerwünschte Verluste und Erwärmung zur Folge, und komplexe Druckentlastungsventile sind notwendig, um Änderungen des Öldruckes verursachende Schwankungen der Höhe und der Temperatur auszugleichen. Dochtschmierung wurde bisher für diese Art des Einsatzes nicht verwendet, weil keine Einrichtung bekannt geworden ist, um ausreichende Dochtlebens-

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dauer bei einem auf der Welle mit großen Geschwindigkeiten und hohen Temperaturen, die eine schnelle Abnutzung des Dochtes verursachen, gleitenden Docht zu erhalten. Ferner neigten frühere Dochtkonstruktionen zum Festklemmen des Dochtes im Halter, so daß der Kontakt mit der Welle verloren ging, die Übertragung von Öl auf die Welle unterbrochen wurde und das Lager seine Schmierung verlor.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein abgedichtetes, in sich abgeschlossenes Lagerschmiersystem ohne gleitende Dichtungen und mit Dochtschmierung zu schaffen, das den oben besprochenen schwierigen Anforderungen und harten Betriebsbedingungen standhält.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung zum Schmieren eines Lagers, mit einem Lager und einer darin drehbar abgestützten Welle sowie einer unterhalb der Welle angeordneten Kammer für die Aufnahme von Schmieröl erfindungsgemäß gelöst durch einen zur Berührung mit dem Öl bestimmten Docht; einen an der Welle angreifenden und den Docht in Kontakt mit der Welle haltenden Dochthalter; sowie durch ein den Dochthalter gegen die Welle drängendes, außer Eingriff mit dem Docht bleibendes Federelement.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lagerschmiersystem; und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II durch den Gegenstand nach Fig. 1.

Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform ist ein ölgeschmiertes Lager für einen Flugzeug-Generator. In Fig. 1 ist ein Ende eines Generators mit typischem Aufbau dargestellt, der ein Gehäuse 10 mit einer Stützwand 11

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aufweist, die einstückig mit dem Gehäuse 10 ausgebildet sein kann. Das Ende des Gehäuses 10 ist mit einer Abschlußplatte 12 verschlossen, die in geeigneter Weise mit dem Gehäuse 10 verbunden und durch geeignete Dichtungen wie einen O-Ring 13 abgedichtet ist. Eine Welle 14 des Generators ist in der Stützwand 11 mit Hilfe eines Kugellagers 15 abgestützt, dessen innerer Laufring auf die Welle 14 gepreßt oder auf dieser in anderer Weise befestigt und dessen äußerer Laufring in geeigneter Weise in einem Lagersitz 16 der Stützwand 11 angebracht ist. Eine Verschlußkappe 17 kann vorgesehen sein, um den äußeren Laufring in seiner Lage im Lagersitz 16 zu halten.

Das Kugellager 15 wird mit öl geschmiert, das der Welle 14 zugeführt wird, von der es in Form eines Nebels weggeschleudert und in das Kugellager 15 gefördert wird, um dieses zu schmieren. Ein ölvorrat 18 ist in einer durch den Raum zwischen der Abdeckplatte 12 und der Stützwand 11 gebildeten Kammer 19 enthalten, die aber auch in jeder gewünschten Weise gebildet sein kann. Die Kammer 19 ist unterhalb der Welle 14 in einer Lage angeordnet, in der der ölspiegel in der Kammer 19 weit genug unterhalb jedes möglichen Leckpfades im Bereich der später zu beschreibenden Dichtung liegt, öl aus dem Ölvorrat 18 wird aus der Kammer an die Welle 14 geführt und von dieser in Form von Nebeltröpfchen weggeschleudert. Ein im wesentlichen konisches Leitblech 20 für den Nebel, das, falls gewünscht, einstückig mit der Lager-Verschlußkappe 17 ausgebildet sein kann, umgibt die Welle 14, um den Ölnebel in das Kugellager 15 zu leiten. Der Durchmesser des Leitbleches 20 neben dem Kugellager 15 ist ungefähr gleich oder etwas geringer als der Innendurchmesser des äußeren Laufringes, so daß das an der Innenfläche des Leitbleches 20 ablaufende öl direkt in das Kugellager 15 fließt. Das Öl fließt dann vom Kugellager 15 zu der Kammer 19 zurück.

Öl des Ölvorrats 18 wird aus der Kammer 19 mit Hilfe eines Dochtsystems zur Welle 14 gefördert. Dieses Dochtsystem weist einen aus Filz bestehenden Docht 21 auf, der jede gebräuchliche 3auart haben und Öl durch Kapillarwirkung aus der Kammer 19

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zur Welle 14 fördern kann. Der Docht 21 wird mit Hilfe eines Dochthalters 22 in Kontakt mit der Welle 14 gehalten. Der " Dochthalter 22 weist vorzugsweise, wie dargestellt, ein langgestrecktes Rohr aus einem Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten wie Teflon (R) (Polytetrafluoräthylen) oder Polyamid mit Teflonzusatz auf. Der Docht 21 befindet sich im Dochthalter 22 und erstreckt sich mit seinem unteren, dem öl in der Kammer 19 ausgesetzten Ende von der Welle abwärts. Der Dochthalter 22 wird von einem Federelement wie einer am unteren Ende des Dochthalters 22 angreifenden und an einem festen Stützkörper 24 abgestützten Feder 23 gegen die Welle 14 gedrückt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß der Docht 21 außer Eingriff mit der Feder 23 steht und nur durch seinen Angriff an dem Dochthalter 22 gegen die Welle 14 gedrückt wird. Der rohrförmige Dochthalter 22 wird vom Stützkörper 24 in seiner Lage gehalten, der als langgestreckter Körper dargestellt und mit einer Schraube 25, die eine der die Verschlußkappe 17 in ihrer Lage haltenden Schrauben sein kann, befestigt ist. Der Stützkörper 24 kann aus jedem geeigneten Material, wie Blech, hergestellt sein, und der Dochthalter 22 und der Stützkörper 24 sind so ausgelegt, daß zwischen ihnen im wesentlichen nur Linienberührung besteht, um die Reibung zu minimieren. Wie in Fig. 2 dargestellt, weist der Dochthalter 22 vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt und der Stützkörper einen quadratischen Querschnitt auf, so daß der rohrförmige Dochthalter 22 den Stützkörper 24 nur an vier Stellen und im wesentlichen nur im Linienkontakt berührt.

Bei der üblichen Anordnung dochtgeschmierter Lager wird der Docht durch Federdruck oder auf andere Weise mit beträchtlicher Kraft gegen die Welle gedrückt, so daß die Abnutzungsgeschwindigkeit infolge Ausreißens von Fasern aus dem Docht recht hoch ist. Erfindungsgemäß wird, um die Abnutzungsgeschwindigkeit zu verringern und die erforderliche lange Lebensdauer zu erhalten, der Docht nicht an die Welle angedrückt, sondern lediglich in Berührung damit gehalten. Der Dochthalter 22 hält den Docht 21 nur über Reibungswirkung zwischen dem Docht 21 und dem Dochthalter 22 gegen die Welle, bei ausreichendem Kontakt

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für eine ständige Zuführung von Öl aus der Kammer 19 zur Welle 14. Der Dochthalter selbst wird durch die Feder 23 gegen die Welle gedrückt und nutzt sich infolge der Reibung an der Welle 14 ab, obgleich vorzugsweise ein Material mit geringem Reibungskoeffizienten verwendet wird, um die Abnutzungsgeschwindigkeit zu verringern und die Reibungsverluste-und Erwärmung zu minimieren. Jedoch behält der Docht selbst nur Kontakt mit der Welle, ohne vom Dochthalter 22 gegen diese gepreßt zu werden, so daß die Abnutzungsgeschwindigkeit des Dochtes extrem gering ist und die erforderliche lange Lebensdauer erhalten wird. Die Lagerung des Dochthalters 22 in seinem Stützkörper 24 ist ebenfalls ein wichtiges Merkmal, weil sie das Problem des Steckenbleibens beseitigt, das manchmal bei herkömmlichen Anordnungen auftrat, insbesondere bei Zuständen nachlassender Ölwirkung, die zähe, vom Öl herrührende Überzüge verursachte. Die Linienberührung des rohrförmigen Dochthalters 22 mit seinem Stützkörper 24 minimiert auf wirksame Weise die gegenseitige Reibung und schließt im wesentlichen jede Möglichkeit des Steckenbleibens des Dochthalters 22 aus.

Wie bereits früher festgestellt, erfordert ein Schmiersystem der beschriebenen Art eine sehr wirksame Dxchtungseinrichtung, um wesentlichen Ölverlust zu verhindern. Dies ist insbesondere für Lager von Flugzeug-Generatoren von Bedeutung. Diese Generatoren werden typischerweise durch von den Strahltriebwerken des Flugzeuges abgezapfte Luft gekühlt, und es besteht sehr hoher Druck an den Dichtungen, insbesondere bei bestimmten Zuständen wie während des Starts. Diese hohe Druckdifferenz zwischen der Hochdruck-Kühlluft innerhalb des Generators und dem Umgebungsluftdruck außen ist bestrebt, den Ölnebel von der Welle durch die Dichtung zu treiben. Der Ölverlust auf diesem Weg durch eine herkömmliche Spaltdichtung wäre sehr bedeutend, und das Öl würde sich mit viel größerer Geschwindigkeit erschöpfen, als zugelassen werden könnte. Herkömmliche Gleitdichtungen sind jedoch wegen der hohen Wellendrehzahl, die übermäßige Erhitzung und schnelle Abnutzung verursachen würde, nicht geeignet.

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Erfindungsgemäß wird eine verbesserte Spaltdichtung vorgesehen. Eine Zentrifugal- oder Schleuderscheibe 26 für das Öl ist auf der Welle zwischen der Dichtung und dem Leitblech für den Nebel befestigt, um Öl und Ölnebel, die dazu neigen, in Richtung auf die Dichtung zu strömen, aufzufangen und wegzuschleudern. Dadurch wird die Konzentration der Ölnebelpartikel am Spalt der Spaltdichtung verringert. Es bleibt zwar noch eine Luftströmung durch die Dichtung-, aber die Dichte des Ölnebels in der Luft ist minimiert. Die Schleuderscheibe 26 kann jede geeignete Gestalt besitzen und sollte so dicht wie möglich am Leitblech 20 für den Nebel, jedoch mit genügendem Abstand zur Vermeidung jeder Berührungsgefahr angeordnet sein.

Die Dichtung selbst muß zur Welle einen kleinstmöglichen Abstand, vorzugsweise in der Größenordnung von 0,5 mm auf jeder Seite, haben. Solch ein kleiner Abstand kann bei üblichen Herstellungstoleranzen oder bei üblicher Konzentrizität der verschiedenen einander umschließenden Teile nicht ohne weiteres eingehalten werden. Erfindungsgemäß wird dieser extrem geringe Abstand mit Hilfe einer selbst zentrierenden Dichtscheibe 27 erreicht, die sich so einstellen kann, daß der Abstand eingehalten wird. Die Dichtscheibe ist eine feste, stationäre Scheibe aus Metall oder anderem geeigneten Material. Die Dichtscheibe hat eine mittige Öffnung von einer Größe, die einem extrem geringen Abstand zur Welle in einer solchen wie der oben erwähnten Größenordnung entspricht. Die Dichtscheibe 27 wird in einer kreisförmigen Ausnehmung 28 der Abdeckplatte 12 mit genügend radialem Spiel gehalten, damit sie sich in radialer Richtung zur Einstellung ihrer Lage bewegen kann. Die Dichtscheibe 27 wird in ihrer Lage durch eine stützende Zwischenscheibe 29 gehalten, die an der Dichtscheibe 27 anliegt und durch einen Federring 30 gesichert ist. Die Dichtscheibe 27 ist gegen die Abdeckplatte 12 mit Hilfe eines O-Rings 31 abgedichtet, der eine solche Größe besitzt, daß er bei der Montage genügend zusammengedrückt werden kann, um eine Dichtung zu bilden, aber gleichzeitig eine radiale Bewegung der Dichtscheibe 27 zuzulassen. Eine ähnliche Dichtung ist auf

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der Innenseite des Kugellagers vorgesehen, um Ölverluste in das Innere des Generators zu unterbinden, jedoch kann die Schleuderscheibe 26 auf der Innenseite entbehrlich sein und weggelassen werden, weil die Druckdifferenz am Kugellager 15 so gerichtet ist, daß sie den ölnebel zurück in das Kugellager 15 treibt.

Eine andere Möglichkeit zum Erhalten eines noch kleineren Dichtungsspaltes ergäbe sich, wenn die Dichtscheibe 27 aus einem Material wie Teflon (R) mit Graphitzusatz mit einer anfänglichen mittigen öffnung hergestellt würde, die etwas kleiner als die Welle ist und dadurch bei der ersten Montage leicht an der Welle angreift. Die Dichtscheibe 27 würde dann in kurzer Zeit in einen Zustand minimalen Abstandes zur Welle 14 einlaufen.

Erfindungsgemäß wird somit ein neues Schmiersystem vorgeschlagen, das die oben besprochenen Anforderungen erfüllt. So wird das öl aus der Kammer mit Hilfe eines Dochtes gefördert, wobei jedoch der Docht so gehalten ist, daß er mit einer solch extrem geringen Kraft in Berührung mit der Welle steht, daß die Abnutzung des Dochtes auf ein Minimum verringert und die Lebensdauer gegenüber bekannten Anordnungen erheblich vergrößert wird. Die Befestigung des Dochtes gewährleistet ferner geringe Reibung zwischen dem Dochthalter und der Welle sowie Minimierung der Gefahr des Steckenbleibens des Dochthalters. Eine sehr wirksame Dichteinrichtung zur Verhinderung jedes wesentlichen Ölverlustes ist vorgesehen, so daß keine ernsthafte Abnahme der Ölmenge im System auftritt und die zwischen Wartungsarbeiten erforderliche Zeit leicht eingehalten werden kann. Damit wird ein System zum Schmieren eines Lagers geschaffen, das in hohem Maße für den oben besprochenen Zweck oder für jeden Einsatz, bei dem Ölschmierung erforderlich ist und harte Betriebsbedingungen auftreten, wirksam ist.

Patentansprüche

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Claims

- 9 Patentansprüche :

Π., Anordnung zum Schmieren eines Lagers, mit einem Lager und einer darin drehbar abgestützten Welle sowie einer unterhalb der Welle angeordneten Kammer für die Aufnahme von Schmieröl, gekennzeichnet durch einen zur Berührung mit dem Öl bestimmten Docht (21); einen an der Welle (14) angreifenden und den Docht (21) in Kontakt mit der Welle (14) haltenden Dochthalter (22); sowie durch ein den Dochthalter (22) gegen die Welle (14) drängendes, außer Eingriff mit dem Docht (21) bleibendes Federelement (23).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dochthalter (22) ein Rohr aus Material mit geringem Reibungskoeffizienten aufweist und der Docht (21) im Rohr untergebracht ist, wobei sein eines Ende in Berührung mit der Welle (14) steht und sein anderes Ende sich zur Berührung mit dem öl erstreckt.
3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Stützkörper (24) für das Rohr, das im wesentlichen nur in Linienberührung mit dem Stützkörper (24) steht.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und der Stützkörper (24) ein langgestreckter, das Rohr umschließender Körper mit quadratischem Querschnitt ist.
5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Dichteinrichtung auf wenigstens einer Seite des Lagers.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichteinrichtung eine selbstzentrierende Dichtscheibe (27) aufweist, die die Welle (14) mit einem sehr kleinen Abstand umgibt.

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7. Anordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Abstützung für die Dichtscheibe (27), die die Welle (14) umgibt und einen Spalt längs des äußeren Umfanges der Dichtscheibe (21) bildet, so daß die Dichtscheibe (27) sich in radialer Richtung zur Zentrierung gegenüber der Welle (14) bewegen kann, sowie durch eine Dichtung zwischen der Dichtscheibe (27) und der Abstützung.
8. Anordnung nach den Ansprüchen 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine auf der Welle (14) zwischen der Dichtscheibe (27) und dem Lager (15) angeordnete Einrichtung zum Wegschleudern des Öls, das in Richtung auf die Dichtscheibe (27) zu fließen sucht.

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