DE2514723C3 - Hydrodynamisches Lager - Google Patents
Hydrodynamisches LagerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft hydrodynamische Lager mit Lagersegmenten, welche jeweils um eine Achse
verschwenkbar sind, die sich außerhalb dieses jeweiligen Segmentes in Richtung des zu lagernden Teils
befindet, und welche durch die vorgesehene Bewegung des zu lagernden Teiles in Positionen verschwenkt
werden, in denen Schmiermittelkeile zwischen den Lagerflächen der Lagersegmente und des zu lagernden
Teils ausgebildet werden, wobei die Keile sich in Bewegungsrichtung des zu lagernden Teils verjüngen.
Ein Lager dieser Art ist aus der US-PS 21 37 487, insbesondere aus der Figur Id und der zugehörigen
Beschreibung, bekannt. Bei diesem Lager ist ein Gleitfuß 16 vorgesehen, welcher seinerseits mit seiner
kugelförmigen Rückseite in einer ebenfalls etwa kugelförmigen Ausnehmung gelagert ist.
Dieses bekannte Lager weist den Nachteil eines hohen Reibungsverschleißes auf, weil die kugelförmigen
Flächen direkt gegeneinander reiben, und zwar um so stärker, je besser sie aneinander anliegen. Um diese
starke Reibung etwas mindern zu können, ist auf Seite 2, linke Spalte, Zeilen 6 bis 8, vorgeschlagen, daß der
Krümmungsradius des Bechers 17, welcher die kugelförmig gekrümmte Rückseite des Gleitfußes 16 aufnimmt,
etwas größer als der Krümmungsradius dieses Gleitfußes 16 sein solle. Diese Ausbildung jedoch führt zu einer
Verringerung der Auflagefläche u ,d damit zu einer Erhöhung des Druckes innerhalb dieses Lagerbechers
oder dieser Lagerschale 17. Daraus folgt unmittelbar ein
weiterer Nachteil des bekannten Lagers, nämlich der, daß es nur zur Aufnahme relativ kleiner Drücke
geeignet ist.
Ein weiterer, ganz erheblicher Nachteil des bekannten Lagers ist darin zu sehen, daß es wegen der direkten
Anlage der Rückseite des Gleitfußes an der Fläche des Lagerbechers 17 nur dann funktionieren kann, wenn das
zu lagernde Teil sich ständig relativ zu dem Gleitteil bewegt Kommt es zu einem Stillstand, so wird das
Schmiermittel, welches nur durch die erforderliche Rotation des zu lagernden Teils zwischen den Gleitfuß
16 und den Lagerbecher 17 eindringen kann, herausgepreßt,
und zwar gerade dann, wenn eine große Last gelagert ist. Nachdem das Schmiermittel herausgepreßt
ist, liegen dann die trockenen Flächen direkt aneinander. Die Reibung wird dann so stark sein, daß bei
einsetzender Bewegung zwischen diesem Gleitfuß und dem zu lagernden Teil der Gleitfuß zunächst noch an
dem Lagerbecher haftet, mit der Folge, daß das zu lagernde Teil direkt an dem Gleitfuß reibt, was zu einer
Verkeilung von beiden führen kann. Um diesen Effekt zu vermeiden, ist in dem Gleitfuß 16 eine Bohrung 18
vorgesehen, durch welche Schmiermittel zwischen den Gleitfuß und den Lagerbecher eingepreßt werden kann.
Durch diese Ausführungsform wird das bekannte Lager recht kompliziert im Aufbau. Darüber hinaus erfordert
es Pumpen zum Einpressen des Schmiermittels. Schließlich weist auch diese bekannte Ausführungsform
den Nachteil auf, daß — insbesondere bei hohen Lagardrücken — die ganze Anordnung nicht unmittelbar
aus dem Stand anfahren kann, sondern erst dann, wenn Schmiermittel zwischen den Gleitfuß und den
Lagerbecher eingepreßt worden ist.
A-ifgabe der Erfindung ist es, die bekannten
hydrodynamischen Lager so weiterzubilden, daß sie hohe Drücke aufnehmen können, einen geringen
Reibungsverschleiß aufweisen und jederzeit, ohne besondere Vorkehrungen, auch aus dem Stand anfahren
können.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die verschwenkbaren Lagersegmente durch ein
laminiertes, in Einzellagen gunrnielastisches Material
mit feststehenden Lagersegmenten verbunden und auf ihnen längs gekrümmter Flächen abgestützt sind.
Dieses erfindungsgemäße Lager weist bei einfachem Aufbau keine Oberflächenreibung zwischen den verschwenkbaren
Lagersegment und dem sie tragenden Lager auf. Es erfordert auch keine Schmierung zwischen
diesen Teilen, so daß jederzeit, auch nach längerem Stillstand, das zu lagernde Teil relativ zu dem Lager in
Bewegung gesetzt werden kann, wobei unmittelbar mit dem Beginn dieser Relativbewegung auch die Ausbildung
des gewünschten Schmiermittelkeils zwischen den Lagersegmenten und dem zu lagernden Teil zwangsläufig
einsetzt.
Die Verwendung von laminiertem elastomeren Material im Lagerbau ist beispielsweise aus der US-PS
36 90 639 bekannt, jedoch nur für Lager, welche nach ganz anderen Prinzipien aufgebaut sind.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Ansprüchen in Verbindung mit der Beschreibung
und der Zeichnung hervor. In letzterer zeigt
Fi g. 1 eine vereinfachte Darstellung eines Teils eines
Axiallagers mit verschwenkbarem Kissen und die Effekte der Druck- und Reibungskräfte auf das
Lagerkissen,
F i g. 2 eine vereinfachte Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Axiallagers und die Effekte der
Druck- und der Reibungskräfte auf das Lagerkissen,
F i g. 3 einen Teil eines Lagers, welches ein erfindungsgemäßes
Axiallagerkissen verwendet,
F i g. 4 ein erfindungsgemäß aufgebautes Radiallager, F i g. 5 ein erfindungsgemäßes flaches Axiallager und
Fig.6 ein Diagramm, welches die Verteilung des Strömungsmitteldruckes auf der Stirnfläche des Kissens
veranschaulicht
Die F i g. 1 zeigt einen Teil eines herkömmlichen Kisseniagers, welches ein Kissen 11 umfaßt das um
einen Drehpunkt 12 gedreht werden kann, und ein bewegliches Teil 13, welches sich in Richtung des Pfeiles
14 bewegt Durch die Bewegung des Teils 13 relativ zu dem Kissen 11 werden auf die dazwischen befindliche
Flüssigkeit Scherkräfte ausgeübt weiche eine viskose Reibungskraft erzeugen, die durch den Pfeil F
angedeutet ist Der Mittelpunkt des Lastdruckes auf dieses besondere Kissen 11 ist durch den Vektor P
dargestellt Die Momente dieser beiden Kräfte um den Drehpunkt des Kissens 11 sind Pa und Fb, wobei a und 6
die Versetzungen des Reibungskraftvektors F bzw. des Druckkraftvektors P gegenüber dem Drehpunkt bezeichnen.
Unter den dargestellten Bedingungen versuchen diese beiden Momente, das Kissen um den
Drehpunkt so zu drehen, daß der Keil stromaufwärts von dem Kissen geschlossen wird, wie es durch die
gestrichelten Linien angedeutet ist. Dadurch wiederum wird der Schmiermittelstrom in dem Keil abgeschnitten
und der Ersatz des aus dem Keil ausfließenden Schmiermittels verhindert, wodurch die Belastungskapazität
des Lagers erheblich beschränkt wird.
Die Fig.2 zeigt das Prinzip des Betriebs eines
erfindungsgemäßen Lagers. Bei dieser Darstellung sind entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen
versehen. Diese Ausführungsform weist das zusätzliche Merkmal auf, daß das Kissen aus zwei Teilen besteht,
nämlich einem Basisteil üb und einem Oberteil 11a,
deren Grenzflächen 16 bzw. 15 einander gegenüberliegend, korrespondierend gekrümmt verlaufen. Der
Krümmungsmittelpunkt 17 dieser Grenzflächen befindet sich auf einer Geraden, die senkrecht zu der
Ruheposition des Kissens 11 durch dessen Mittelpunkt verläuft, und zwar in dem Bereich der Geraden, welcher
sich, von dem Teil 13 ausgehend, von dem Oberteil Ha fort erstreckt. Die gekrümmten Grenzflächen können,
abhängig von der Verwendungsform des Lagers, zylindrisch oder sphärisch ausgebildet sein. Wie die
Fig. 2 zeigt, sind die Momente des Belastungsdruckes
und der Reibungskräfte einander entgegengerichtet. Der Abstand längs der Geraden ist eine Funktion der
gewünschten Krümmung, welche so ausgewählt wird, daß eine Kissenposition gebildet wird, in welcher ein
Gleichgewicht zwischen dem von der Belastungskraft hervorgerufenen Moment und dem von der viskosen
Reibungskraft des Schmiermittels hervorgerufenen Moment besteht. Bei dieser Diskussion wird angenommen,
daß keine Reibungskräfte an der Grenzfläche zwischen den Kissenteilen 11a und 11b erzeugt wei den.
Unter >lieser Bedingung schwingt die Grenzfläche des Oberteils 11a in die durch gestrichelte Linien angezeigte
Position und bildet so einen Keil, dessen Ende tür
Aufnahme von Schmiermittel geöffnet ist, welches durch die Bewegung des Teils 13 herbeigepumpt wird.
Die Schwingbewegung des Kissens 11 a umfaßt, wie man
aus der Zeichnung sieht, eine Bewegungskomponente, parallel zur Bewegung des Teils 13 und in dessen
Bewegungsrichtung, und eine Rotationskomponente um eine Achse, welche senkrecht auf der Zeichenebene der
Fig.2 und 3 steht; diese Achse wird der Einfachheit halber als eine seitlich sich erstreckende Achse
bezeichnet, welche quer zur Bewegungsrichtung des Teils 13 relativ zu dem Oberteil 11a angeordnet ist Die
Größe der viskosen Reibungskraft ist umgekehrt proportional zu der Größe des Abstandes zwischen dem
Oberteil 1 la des Kissens und dem Teil 13. Die Größe des
Spaltes ist darüber hinaus umgekehrt proportional zur Größe der Belastungskraft Je größer also die
Belastungskraft ist, welche den Spalt zu schließen versucht, um so größer werden auch die erzeugten
Reibungskräfte sein, welche die Belastungskraft ausgleichen. Das Kissen stellt sich deshalb selbsttätig so ein,
daß ein Keil erzeugt wird, in welchen stets Schmiermittel nachgeliefert wird, unabhängig von der Größe der
ilelastungskraft. Der Ersatz von Schmiermittel ist deshalb stets gewährleistet, auch wenn die Belastung
extrem hoch ist. Durch die Aufrechterhaltung eines solchen konvergierenden Schmierkeils unter allen
Belastungsbedingungen wird verhindert, daß ein »Haften-Gleiten«-Zustand eintreten kann.
Selbst beim Anlauf wirken die Reibungskräfte gegen die von der Last suf das Lagerkissen ausgeübte Kraft,
unabhängig von der Bewegungsrichtung des Teils 13, entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn.
In Fi g. 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt, bei welchem die Grenzfläche 11a des Kissens 11 an einem Abschnitt aus Metall-Elastomerlaminat
18 befestigt ist, welches seinerseits an dem Basisteil Wb des Kissens 11 befestigt ist Beide
Kissenteile, die zum Aufbau eines Lagers erforderlich sind, sind ähnlich konstruiert und arbeiten ähnlich. In
diesem Fall dient das Metall-Elastomerlaminat zur Ermöglichung einer im wesentlichen reibungslosen
Bewegung in Richtung der Bewegung des Teils 13, parallel zu der gekrümmten Grenzfläche. Wegen seiner
inhärenten Steifigkeit wird das Metall-Elastomerlaminat dabei nicht in Richtung des Lastdruckes oder radial
bezüglich der gekrümmten Grenzfläche durchgebogen. Es wird darauf hingewiesen, daß die Lagerkissen bei
dieser Konstruktion sich bei jeder Bewegungsrichtung des Teils 13 selbst einstellen können. Der gekrümmte
Laminataufbau des Kissens dient außerdem zum Ausgleich der Last zwischen benachbarten Kissen,
wenn die Last sich unter verschiedenen Bedingungen, z. B. Geschwindigkeit oder Schub, verschiebt.
Die F i g. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung auf ein Radiallager, bei welchem jedes Kissen 11 ähnlich wie
das Kissen der F i g. 3 ausgebildet ist. Das Element 19 ist die Welle, und das Element 21 ist das Lagergehäuse.
Die F i g. 5 zeigt die Anwendung der Erfindung auf ein Axiallager, in welchem die Kissen 11 so wie die Kissen
der F i g. 3 aufgebaut sind.
Die F i g. 6 zeigt in verallgemeinerter Weise die Verteilung des Flüssigkeitsdruckes zwischen der Stirnfläche
des Oberteils 11 a und dem Teil 13.
Es versteht sich, daß für die Außenseite des Kissens 11
ein Material gewählt wird, welches mit dem verwendeten Schmiermittel verträglich ist; bei der Wahl dieses
Materials werden auch die anderen bekannten Faktoren berücksichtigt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Hydrodynamisches Lager mit Lagersegmenten, welche jeweils um eine Achse verschwenkbar sind,
die sich außerhalb dieses jeweiligen Segments in Richtung des zu lagernden Teils befindet, und welche
durch die vorgesehene Bewegung des zu lagernden Teils in Positionen verschwenkt werden, in denen
Schmiermittelkeile zwischen den Lagerflächen der Lagersegmente und des zu lagernden Teils ausgebildet
werden, wobei die Keile sich in Bewegungsrichtung des zu lagernden Teils verjüngen, dadurch
gekennzeichnet, daß die verschwenkbaren Lagersegmente (Wa) durch ein laminiertes, in
Einzellagen gummielastisches Material mit feststehenden Lagersegmenten (Wb) verbunden und auf
ihnen längs gekrümmter Flächen (15,16) abgestützt sind.
2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das laminierte Material (18) in bezug auf die
gekrümmten Flächen in radialer Richtung nur geringfügig kompressibel ist.
3. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das laminierte elastomere
Material (18) ein zusammengesetztes Schichtmaterial ist, welches wechselweise aus dünnen Schichten
von elastomerem Material und unelastischem Materia! besteht, um lediglich parallel zu den
Schichten eine wesentliche elastische Verformung zu ermöglichen.
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