DE2630193A1

DE2630193A1 - Schublagerschmierung

Info

Publication number: DE2630193A1
Application number: DE19762630193
Authority: DE
Inventors: Roger Odell Bjerk
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1975-10-02
Filing date: 1976-07-05
Publication date: 1977-04-14
Also published as: JPS5243050A; US3971603A; GB1496457A

Description

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Schmiermittels aus der Öffnung (66, 66') heraus, aber nicht umgekehrt, zu gestatten.

11. Vorrichtung mit dem Schublager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Element die Welle (20) einer Drehvorrichtung ist, während das andere Element der Rotor (26) einer Drehvorrichtung ist.

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PATENTANWALT

DIPL-ING. KARL H. WAGNER

H.

8 MDNCHEN 22 TELEFON 298527 TELEGRAMMADRESSE: PATLAW MÖNCHEN

76-S-1753

CATERPILLAR TRACTOR CO., Peoria, 111. 61629, V.St.A

Schublagerschmierung

Die Erfindung bezieht sich auf Schub- bzw. Drucklager, die sich umkehrenden Belastungen ausgesetzt sind, wie dies bei Drehvorrichtungen mit geneigter Achse (Schrägachsvorrichtungen) der Fall ist, die als Motoren, Pumpen, Kompressoren, usw. verwendet werden. Die Erfindung bezieht sich dabei insbesondere auf Vorrichtungen zum Schmieren von Schubkragen und Lagern.

Bei den typischen Schublagern, wie sie bei Schrägachs-Drehvorrichtungen verwendet werden, ist es schwierig, einen Ölfilm zur Sicherstellung einer angemessenen Schmierung vorzusehen, und zwar infolge der typischerweise verwendeten flachen Elemente, die eine flache Grenzschicht oder Zwischenschicht zwischen einem Schubkragen und einem Schublager zur Folge haben. Im allgemeinen ist eine gewisse Nichtparallelität der Gleitkomponenten erforderlich, um einen hydrodynamischen Ölfilm zu erzeugen, der eine Lasttragkapazität aufweist, die durch konvergierende Teile des Ölfilms vorgesehen wird. Alternativ wird bei Lagern, die nach dem Prinzip des "Quetschfilms"

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arbeiten, beim Umkehren der Last diese ohne weiteres getragen, weil eine endliche Zeit erforderlich ist, um das Öl aus dem Lager durch die verhältnismäßig engen verwendeten Zwischenräume herauszuquetschen. Die Last darf jedoch nicht solange beibehalten werden, daß der Film vollständig aus dem Lager herausgequetscht wird, was das Auftreten einer Metall-zu-Metall-Berührung erlauben würde. Ebenso wie eine endliche Zeit erforderlich ist, um das Öl aus den Lagern herauszuquetschen, so ist auch eine endliche Zeit nötig, um die Grenzschicht mit Öl wieder zu versorgen, so daß ein weiterer Lastzyklus sicher bei angemessener Schmierung durchgeführt werden kann.

Die vorliegende Erfindung hat sich in erster Linie zum Ziel gesetzt, eine Drehvorrichtung mit geneigter Achse gegenüber dem Stand der Technik zu verbessern, wobei insbesomrlRre Mittel vorgesehen sein sollen, um eine angemessene Schmierung der Schubkrägen und Lager in diesen Vorrichtungen sicherzustellen.

Gemäß einem Ausführungsbexspiel der Erfindung wird dies bei einer Drehvorrichtung mit geneigter Achse erreicht, welche ein Gehäuse aufweist, die eine Kammer mit einem Betriebshohlraum definiert, und wobei eine Welle im Gehäuse drehbar gelagert ist und einen winkelmäßig versetzten Teil innerhalb der Kammer aufweist, und wobei ferner in der Kammer ein Rotor angeordnet ist, der auf dem winkelmäßig versetzten Teil gelagert ist, und wobei schließlich die Welle mit mindestens einem Schubkragen ausgestattet ist, der arbeitsmäßig entweder mit dem Rotor oder dem Gehäuse verbunden ist, und wobei ferner Schublager auf dem Rotor oder dem Gehäuse, mit dem der Schubkragen in Verbindung steht, angeordnet sind, und zwar in Gleitberührung mit dem Schubkragen, der insbesondere mit mindestens einer Schmiermittelöffnung ausgestattet ist, die sich zur Grenzfläche von Schublager und Schubkragen öffnet. Weiters sieht die Erfindung Mittel vor, um unter Druck stehendes Schmiermittel dieser öffnung zuzuführen. Auf diese Weise wird bei der Verdrehung des Schubkragens innerhalb des Lagers kontinuierlich aus der öffnung während des nicht be-

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lasteten Teils des Zyklus austretendes öl auf das Schublager geschmiert/ um eine ausreichende Schmierung sicherzustellen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung befindet sich der Schubkragen auf dem winkelmäßig versetzten Teil der Welle und die Schublager werden vom Rotor getragen. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Schubkragen außerhalb der Kammer und innerhalb des Gehäuses angeordnet und das Schublager wird vom Gehäuse getragen. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zwei Kragen und Schublager vorhanden, und zwar an den beiden zuvor genannten Stellen. Gemäß einem außerordentlich bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Sperrventil mit der Öffnung im Schubkragen verbunden, um die Schmiermittelströmung zur Grenzfläche von Lager und Schubkragen zu gestatten, wohingegen die umgekehrte Strömung verhindert wird. Vorzugsweise ist eine Vielzahl von Öffnungen am Kragen vorgesehen und sie öffnen sich zu entgegengesetzten Stirnflächen desselben. Zudem wird vorgezogen, daß der Schubkragen mit einer Vielzahl von winkelmäßig versetzten öffnungen auf jeder Oberfläche ausgestattet ist.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt einer Schrägachsendrehvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen vergrößerten Vertikalschnitt annähernd längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2, aber von einem abgewandelten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

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Eine gemäß der Erfindung ausgebildete Drehvorrichtung mit geneigter Achse in der Form eines Motors ist in Fig. 1 dargestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige als Motor verwendete Vorrichtung beschränkt, sondern kann auch in einer als Pumpe, Kompressor oder dgl. verwendeten Vorrichtung benutzt werden.

Die Vorrichtung umfaßt ein Gehäuse 10, welches eine Kammer 12 bildet, wobei in bekannter Weise ein Teil davon als Arbeitshohlraum wirkt. Die Kammer 12 umfaßt eine radial aussen gelegene, teilweise kugelförmige Wand 14 sowie eine radial innen gelegene, teilweise kugelförmige Wand 16. Die Wände 14 und 16 sind durch im ganzen sich radial erstreckende Seitenwände 18 verbunden.

Die Welle 20 ist durch Lager 22 im Gehäuse drehbar gelagert und ein winkelmäßig versetzter Teil 24 der,Welle 20 ist innerhalb der Kammer 12 angeordnet. Der winkelmäßig versetzte Teil lagert einen Rotor 26 drehbar, wobei letzterer eine kugelförmige Nabe 28 sowie einen sich radial nach aussen erstreckenden Umfangsflansch 30 in bekannter Weise aufweist. Kompressionsdichtungen 300 und Öldichtungen 32 werden von der Nabe 28 für Dichtungsberührung mit der radial innen gelegenen Kugel-Wand 16 getragen. Der Flansch 30 trägt Scheiteldichtungen (Radialdichtungen) 320 sowie Umfangsdichtungen 34 für die jeweilige Dichtungsberührung mit den sich radial erstreckenden Seitenwänden 18 und der äußeren Kugelwand 14.

Ein Ende der Nabe 28 ist mit einem Innenringzahnrad 36 ausgestattet, welches mit einem Zeitsteuerzahnrad 38 in Eingriff steht, welches vom Gehäuse getragen wird, um auf diese Weise die Relativdrehgeschwindigkeiten von Rotor 26 und Welle 20 festzulegen.

Der winkelmäßig versetzte Teil 24 der Welle 20 trägt Drehlager 40 zur Lagerung von Rotor 26 auf Welle 20 und einen im ganzen

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zylindrisch ausgebildeten Ümfangs-Schubkragen 42. Der Schubkragen oder Druckkragen 42 erstreckt sich in eine Nut 44 im Rotor 26 und ist durch die Schublager 46 flankiert.

Die Welle 20 trägt ebenfalls an einer Stelle außerhalb der Kammer 12 und innerhalb des Gehäuses einen zweiten Schubkragen 50, der von im ganzen zylindrischer Form ist und in einer Nut 52 im Gehäuse aufgenommen ist, um dort von Schublagern 54 flankiert zu sein.

Die Welle 20 besitzt eine Mittelbohrung 60, die mit einer Ölpumpe 62 verbunden ist, um Öl an die Bohrung 60 zu liefern. An der Stelle des Schubkragens 50 befindet sich ein Paar von sich radial erstreckenden Bohrungen 63 in Strömungsmittelverbindung mit der Bohrung 60, und zwar erstrecken sich die Bohrungen 63 zu Axialbohrungen 64 hin, die sich an diametral entgegengesetzt liegenden Stellen auf beiden Seiten des Schubkragens 50 an öffnungen 66 zur Grenzschicht der Schublager 54 hin öffnen. Wie man in Fig. 2 erkennt, sind die öffnungen 66 in Radialrichtung langgestreckt, um sich so über mehr als den Hauptteil der entsprechenden Stirnfläche des Schubkragens 50 zu erstrecken, um auf diese Weise das aus den öffnungen austretende öl gut über das benachbarte Schublager 54 auszubreiten.

Vorzugsweise wird jede Öffnung 66 durch eine Kammer 68 unterstützt (beliefert) ■, wobei sich diese Kammer im Inneren des Schubkragens befindet und eine etwas größere Größe besitzt als die Öffnung 66. Innerhalb jeder Kammer 68 befindet sich ein flaches Ventilglied 70 mit einer Dicke, die kleiner ist als die Tiefe der Kammer, wobei das Ventilglied 70 ferner derart aufgebaut ist, daß es als ein Sperrventil arbeitet, um das Herauspumpen von öl aus jeder öffnung 66 su gestatten, wobei aber die Rückströmung ausgeschlossen ist. Die speziellen Konstruktionseinzelheiten des Sperrventilglieds 70 bezüglich der öffnung 66 und der Kammer 68 können vom Fachmann ohne weiteres festgelegt werden und bilden als solche keinen Teil der vorliegenden Erfindung.

Die Bohrung 60 erstreckt sich ebenfalls längs der Welle 20 zu einem Punkt innerhalb des winkelmäßig versetzten Teils 24 und befindet sich in Strömungsmittelverbindung mit den sich im ganzen radial erstreckenden Bohrungen 80 innerhalb des Schubkragens 42. In Strömungsmittelverbindung mit den Bohrungen 80 stehende Querbohrungen 82 öffnen sich zu identischen Öffnungen 66 hin, die ebenfalls mit Kammer 68 und Ventilgliedern 70 ausgestattet sind, und zwar öffnen sich diese Bohrungen 80 an der Grenzfläche von Schubkragen 42 und Schublager 46.

In Fig. 3 ist eine alternative Konstruktion dargestellt, bei welcher die Öffnung 66' nicht langgestreckt, sondern kreisförmig ausgebildet ist. Es sei wiederum darauf hingewiesen, daß sich die Öffnung 66' über den Hauptteil der entsprechenden Stirnfläche des Druckkragens hinwegerstreckt. Wiederum wird ein Ventilglied 70' in Verbindung mit einer Kammer 68' unterstützend hinter Öffnung 66' angeordnet.

Aus der vorangegangenen Beschreibung erkennt man, daß das von der Pumpe 62 kommende Öl zu den Grenzflächen von Druckkragen und Drucklagern gepumpt wird, um sicherzustellen, daß stets ein Film aus Schmieröl vorhanden ist, und um ferner als eine Nachfüllquelle für den notwendigen Ölfilm zu dienen, nachdem dieser aus der Grenzfläche nach jeder Lastumkehr herausgequetscht wurde.

Bei der dargestellten Vorrichtung sind die Öffnungen mit 180 Abstand auf den entsprechenden Schubkragen angeordnet. Dies ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung mit vier Zyklen, da die Lastumkehr hier nach jeweils 180° der Verdrehung der Welle 20 auftritt. Natürlich können auch andere Öffnungsanordnungen mit Vorteil verwendet werden.

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Der hier verwendete Ausdruck "Vorrichtung mit geneigter Achse" oder "Schrägachsen-Vorrichtung" bezieht sich auf Vorrichtungen, wie sie beispielsweise in der DT OS 1 576 917 beschrieben sind.

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Claims

26iO193 Ansprüche

1. Drehvorrichtung mit Schrägachse,bei welcher ein Gehäuse eine Kammer mit Arbeitsraum bildet, und wobei im Gehäuse eine Welle drehbar angeordnet ist, die in der Kammer einen winkelmäßig versetzten Teil aufweist, und wobei ferner in der Kammer ein Rotor drehbar auf dem winkelmäßig versetzten Teil gelagert ist, gekennzeichnet durch mindestens einen Schubkragen (42, 50) auf der Welle

(20) und betriebsmäßig mit Rotor (26) oder Gehäuse (10) verbunden, wobei sich Schublagermittel (46, 54) auf dem Rotor

(26) oder dem Gehäuse (10) in Gleitberührung mit dem Schubkragen (42, 50) befinden, und wobei mindestens eine Schmiermittelöffnung (66, 68, 66') in dem Schubkragen (42, 50) vorgesehen ist und sich zur Grenzfläche von Schublagermitteln (46, 54) und Schubkragen (42, 50) hin öffnet, und wobei schließlich Mittel vorhanden sind, um ein unter Druck stehendes Strömungsmittel zu der Öffnung (66, 68, 66') zu leiten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubkragen (42) sich auf dem winkelmäßig versetzten Teil (24) befindet, und daß die Schublagermittel (46) sich auf dem Rotor (26) befinden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubkragen (50) auf der Welle (20) außerhalb der Kammer (12) und innerhalb des Gehäuses (10) angeordnet ist, und daß sich die Schublagermittel (54) auf dem Gehäuse (10) befinden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schubkrägen (42, 50) sich auf der Welle (20) befinden, und zwar einer auf dem winkelmäßig versetzten Teil (24) und einer mit Abstand davon außerhalb der Kammer (12) und innerhalb des Gehäuses (10), wobei die Schublager-

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mittel ein Schublager (46) auf dem Rotor (26) und ein Schublager (54) auf dem Gehäuse (10) aufweisen.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Sperrventil (70, 70') verbunden mit einer der Öffnungen (66, 66') und den Leitmitteln, um den Fluß des Schmiermittels aus der Öffnung (66, 66¹), aber nicht umgekehrt, zuzulassen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubkragen (50) entgegengesetzt angeordnete Schubaufnahmeoberflächen aufweist, wobei mindestens eine der Öffnungen (66, 66') in jeder der Oberflächen vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (66, 66') miteinander verbunden sind.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubkragen (50, 42) mit mehreren winkelmäßig mit Abstand angeordneten Öffnungen (66, 66') ausgestattet ist.

9. Schublager mit ersten und zweiten relativ zueinander verdrehbaren Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Schubkragen von einem der Elemente getragen ist, wobei Schublagermittel (54) von dem anderen der Elemente getragen sind, und zwar in Gleitberührung mit dem Schubkragen (50), und wobei ferner mindestens eine Schmiermittelöffnung (66) im Schubkragen (50) sich befindet und zur Grenzfläche von Schublagermitteln (54) und Schubkragen (50) hin öffnet, und wobei schließlich Mittel vorhanden sind, um unter Druck stehendes Strömungsmittel zur öffnung (66, 66') zu leiten.

10. Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer der Öffnungen (66, 66') und den Leitmitteln Ventilmittel (70, 70') verbunden sind, um die Strömung des

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