DE2636438A1 - Schublager - Google Patents

Description

CATERPILLARTRACTORCO., Peoria, Illinois 61629, U.S.A. Schublager .

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schub- oder Drucklager, und zwar insbesondere auf Schublager bei Anwendungsfällen, wo die Lagerkomponenten Kippbelastungen oder Wobbel-Belastungen ausgesetzt sind, und ferner auf Schublager, die beispielsweise in Drehkolbenvorrichtungen mit Schrägachse Verwendung finden.

Bei verschiedenen Schublager verwendenden Vorrichtungen, wie beispielsweise bei Drehkolbenvorrichtungen mit schräger Achse, ist sehr wenig Raum verfügbar, in welchem die Drehlager für ein Drehelement mit einem hinreichenden Abstand angeordnet werden können, um so das Wobbein des drehbar angeordneten Elements innerhalb der Lagerzwischenräume in einem beträchtlichen Ausmaß auszuschließen. Weil bei solchen Vorrichtungen die Belastung des drehbar angeordneten Elements Wobbel-Belastungen oder Kippbelastungen und auch Schubbelastungen erzeugt, führt das drehbar angeordnete Element Wobbel- und/oder Kipp-Bewegungen aus, was zur Folge hat, das schädliche Kantenbelastungen der verwendeten Schublager auftreten. In der Praxis nähern sich die Abstände zwischen den Elementen des Schublagers an einem Punkt dem Wert Null und werden an einem mit Abstand davon angeordneten Punkt so weit, daß der zur Verhinderung des Abriebs zwischen den Teilen erforderliche Ölfilm so dick wird, daß er nicht in der Lage ist, eine starke Belastung zu tragen. Infolge-

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dessen wird die Lastaufnahmekapazität eines gegebenen Schublagers beträchtlich vermindert, und es wird die Verwendung von unnötig großen Lagern erforderlich/ um die gewünschte Kapazität vorzusehen.

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Schublager vorzusehen, welches die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, wobei ein solches Schublager insbesondere für solche Anwendungsfälle geeignet sein soll, wo die Lagerkomponenten kippenden und wobbelnden Belastungen und auch Schubbelastungen ausgesetzt sind, und wobei ein Ölfilm von im wesentlichen gleichförmiger Dicke und von hoher Lastaufnahmekapazität erzeugt und aufrechterhalten wird, und zwar zwischen den Teilen während der Anlage der wobbelnden und/oder kippenden Belastungen.

Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel werden die genannten Ziele mit einem Schublager erreicht, welches erste und zweite relativ verdrehbare Glieder aufweist. Das eine der Glieder ist dabei erfindungsgemäß mit einem Schubkragen ausgestattet, während das andere mit einer den Schubkragen aufnehmenden Nut versehen ist. Die Erfindung sieht dabei ferner Mittel vor, welche eine Lageroberfläche an der Grenzfläche von Schubkragen und der Nut bilden. Schließlich sieht die Erfindung vor, daß Schubkragen, Nut und Lageroberfläche derart konstruiert und angeordnet sind, daß der Zwischenraum zwischen den Teilen sich in Radialrichtung ändern kann.

Im allgemeinen ist der.Zwischenraum größer an den radial außen gelegenen Stellen als an den radial innen gelegenen Stellen, und die Differenz des Zwischenraums ist derart, daß die der Konstruktion zugrundegelegten Kipp- oder Wobbelbelastungen im wesentlichen Parallelität zwischen den Gleitteilen aufrechterhalten wird, um so einen Ölfilm von im wesentlichen gleichförmiger Dicke und hoher Lastaufnahmekapazität aufrechtzuerhalten.

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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Lageroberfläche durch ein Lagerkissen zwischen dem Druckkragen und der Nut gebildet, wobei das Lagerkissen in Radialrichtung eine sich ändernde Stärke aufweist. In einigen Ausführungsbeispielen ist das Lagerkissen auf einer Seite ballig ausgebildet, während bei anderen Ausführungsbexspielen das Lagerkissen auf beiden Seiten ballig ausgebildet ist. Gemäß weiterer Ausführungsbeispiele ist das Lagerkissen nicht ballig ausgebildet.

Wenn das Lager bei einer Drehvorrichtung mit Schrägachse verwendet wird, so ist das eine drehbare Glied eine Welle mit einem winkelmäßig versetzten Teil, auf dem der Schubkragen angeordnet ist. Das andere drehbare Glied ist der Rotor der Vorrichtung.

Gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind Mittel vorgesehen, um die die Lageroberfläche bildenden Mittel an der Grenzfläche von Nut und Schubkragen flexibel anzuordnen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Befestigungsmittel von einem der Drehglieder getragene Streben. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Befestigungsmittel flexible Scheibenmittel, welche entweder in der Form eines ölbeständigen Elastomers oder in der Form eines Stapels aus Unterlegscheiben vorliegen.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbexspielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt.:

Fig. 1 eine Drehvorrichtung mit Schrägachse, welche ein gemäß der Erfindung, ausgebildetes Schublager verwendet;

Fig. 2 einen schematischen Teilschnitt eines Schublagers gemäß dem Stand der Technik, und zwar dargestellt im nicht belasteten Zustand;

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Fig. 3 einen scheitiatisehen Teilschnitt eines Schublagers gemäß dem Stand der Technik im belasteten Zustand;

Fig. 4 einen schematischen Teilschnitt eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Schublagers im Belastungszustand;

Fig. 5 einen Teilschnitt eines gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildeten Schublagerkissens;

Fig. 6 eine Ansicht ähnlich Fig. 5 von einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 7 einen Teilschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 8 eine Ansicht ähnlich Fig.4 eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 9 eine Ansicht ähnlich Fig. 4 eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Schublager ist zusammen mit einer Drehvorrichtung mit Schrägachse dargestellt, und zwar zusammen mit einem Viertaktdrehkolbenmotor mit Schrägachse. Das erfindungsgemäße Schublager kann jedoch vorteilhafterweise auch in· anderen Anwendungsfällen benutzt werden, insbesondere solchen, wo Kipp- oder Wobbeibelastungen zusätzlich zu Schubbelastungen auftreten.

Die Drehvorrichtung mit Schrägachse umfaßt ein Gehäuse 10, welches eine Kammer 12 bildet, von der ein Teil in bekannter Weise als Arbeitsraum wirkt. Die Kammer 12 wird durch eine radial äußere sphärische Wand 14, eine radial innere sphärische Wand 16 und entgegengesetzt angeordnete, sich im ganzen radial er-

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streckende Seitenwände 18 gebildet, welch letztere die sphärischen Wände 14 und 16 verbinden. Lager 20 dienen zur drehbaren Lagerung einer Welle 22 im Gehäuse 10. Die Welle 22 umfaßt einen winkelmäßig versetzten Teil 24, der in der Kammer 12 angeordnet ist. Der winkelmäßig versetzte Teil 24 umfaßt einen umfangsmäßig angeordneten sich radial nach außen erstreckenden Schubkragen 26.

Der Schubkragen 26 ist in einer Nut 28 in der Nabe 30 eines im ganzen mit 32 bezeichneten Rotors angeordnet. Der Rotor ist auf dem winkelmäßig versetzten Teil 24 der Welle 22 durch Drehlager 34 drehbar gelagert.

Der Rotor 32 umfaßt einen sich radial nach außen erstreckenden Umfangsflansch 36 und trägt eine Vielzahl von Dichtungen 38, die abdichtend mit verschiedenen Wänden in üblicher Weise in Berührung stehen. Die Rotornabe 30 ist ebenfalls mit einem Innenringzahn 40 ausgestattet, welcher mit einem Zeitsteuerzahnrad in Eingriff steht, welches vom Gehäuse getragen wird, um die richtige zeitmäßige Beziehung zwischen Rotor- und Wellen-Drehung herzustellen.

Gemäß der Erfindung ausgebildete Lagerkissen 44 sind zwischen dem Schubkragen 26 und der Nut 28 angeordnet.

Die Drehvorrichtung mit Schrägachse wird durch ein weiteres Schublager 46 vervollständigt, welches zwischen Welle 22 und Gehäuse 10 angeordnet ist. Das Schublager 46 ist im allgemeinen nur reinen Schubbelastungen ausgesetzt und kann demgemäß in üblicher Weise ausgebildet sein.

Im Gegensatz dazu ist das durch Schubkragen 26, Nut 28 und Lagerkissen 44 definierte Schublager Schubbelastungen sowie Kipp- oder Wobbel-Belastungen ausgesetzt. In bekannter Weise erfolgt bei einer als Motor verwendeten Drehkolbenvorrichtung mit Schrägachse die Verbrennung abwechselnd auf beiden Seiten des Rotorflansches an einer Stelle in der Kammer 12. Infolge-

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dessen treten die auf den Flansch durch die Verbrennung ausgeübten Kräfte auf einer Seite der Welle 22 auf/ mit dem Resultat, daß die Belastung des Schublagers einschließlich des Schubkragens 26 infolge von sowohl Schubkräften als auch Kippkräften hervorgerufen wird.

Bei bekannten Konstruktionen hat eine solche Kombination von Belastungskräften die Tendenz,-unerwünschte Kantenbelastungen des Schublagers hervorzurufen und/oder macht die Verwendung von unnotwendig großen Lagern erforderlich, um eine gegebene Belastungskapazität aufrechtzuerhalten. Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 werden die bei bekannten Konstruktionen auftretenden Probleme im einzelnen erläutert. Fig. 2.zeigt in übertriebener Darstellung ein bekanntes Schublager im nicht belasteten Zustand, während Fig. 3 eine übertriebene Darstellung des gleichen Lagers im Lastzustand ist. Das heißt also, Fig. 3 veranschaulicht das Lager, dann, wenn der Rotor von links belastet ist.

Bei einer in Fig. 1 gezeigten gemäß dem Stand der Technik ausgebildeten Vorrichtung ist der gesamte Lagerzwischenraum zwischen den Komponenten, wie in Fig. 2 gezeigt, in der Größenordnung von 0,076 mm maximal. Aus Gründen der Darstellung sei eine Vorrichtung betrachtet, wo der Innendurchmesser jedes Schubkissens 44 annähernd 92 mm Minimum ist, wohingegen der Außendurchmesser maximal 138 mm ist. Wenn der Rotor belastet ist und wobbelt oder kippt in einem durch den Zwischenraum gestatteten Ausmaß, so wird sich der Zwischenraum auf nahezu Null am Außendurchmesser verringern, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, und liegt für die verwendeten Dimensionen in der Größenordnung von 0,0126 mm am Innendurchmesser der Lagerkissen 44.

In einem typischen Fall wird die minimale ölfilmstärke oftmals unter 0,0025 mm bei maximaler Belastung liegen. Infolgedessen hat ein großer Teil der Gleitoberflächen beträchtlich mehr Zwischenraum als die minimale Ölfilmstärke, und zwar bis hinauf zu mehr als dem Fünffachen Zwischenraum als die minimale ölfilm-

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stärke. Derart außerordentlich dicke Ölfilme sind nicht in der Lage, hohe Belastungen zu tragen. Infolgedessen muß das Lager derart konstruiert, sein, daß die maximale Belastung durch einen kleinen Teil der Oberflächen der Gleitelemente getragen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vermeidet die Schwierigkeit dadurch, daß die Dicke des Lagers in Radialrichtung verändert wird. Insbesondere ist die Lagerdicke am Innendurchmesser des Lagers größer als am Außendurchmesser. Die Dickendifferenz kann dadurch erreicht werden, daß man in geeigneter Weise die Seitenwände der Nut 28, die Seiten des Schubkragens 28 oder die Querschnitts abmessung der Lagerkissen 44 formt. Fig. 4 veranschaulicht die letztgenannte Lösungsmöglichkeit. Speziell ist dargestellt, daß der Außendurchmesser 50 jedes Lagerkissens 44 eine kleinere Axialbreite besitzt als der Innendurchmesser,. Die Differenz ist derart gewählt, daß sie annähernd gleich dem Zwischenraum ist, der am Innendurchmesser vorhanden sein würde infolge des Kippens und der Belastung, wenn das Lager in üblicher Weise ausgebildet ist. Demgemäß würde für eine Vorrichtung mit den oben angegebenen Dimensionen jedes Kissen 44 eine Stärke an seinem Innendurchmesser 52 von 0,0126 mm größer als seine Stärke am Außendurchmesser 50 aufweisen.

Wie man in Fig. 4 erkennt, verlaufen die Gleitoberflächen des sich ergebenden Lagers während Belastung im wesentlichen parallel, was zur Folge hat, daß die minimale Ölfilmdicke oder -stärke in gleichförmiger Weise vorhanden ist, und zwar vom Innendurchmesser zum Außendurchmesser, um so die Lastaufnahmekapazität zu maximieren.

In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Gleitoberflächen der Kissen 44 gerade. Im üblichen Fall reicht diese Form aus. In Anwendungsfällen, wo jedoch eine gewisse Biegung der Teile auftritt, kann die eine oder beide Seiten der Kissen 44 zur Kompensation einer solchen Durchbiegung ballig oder gewölbt ausgebildet sein.

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Fig. 5 veranschaulicht ein Kissen mit einer Seite 56, die leicht gewölbt (ballig) ausgebildet ist, um eine solche Durchbiegung zu kompensieren. Die entgegengesetzt liegende Seitenoberfläche 58 ist diejenige Seitenoberfläche, die entweder am Rotor öder der Seite der Nut angeordnet ist und sich nicht relativ zu diesem Element bewegt.

Wenn die Kissen 44 schwimmend angeordnet sind und sich relativ zu sowohl Schubkragen als auch den Seiten der Nut bewegen, so können die beiden Seiten gewölbt ausgebildet sein, wie dies bei 60 im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 dargestellt ist.

Veränderungen der Lagerzwischenräume zum Zwecke der Erreichung der gewünschten Orientierung der Gleitoberflächen bezüglich einander zur Förderung eines gleichförmigen Ölfilms können auch dadurch erreicht werden, daß man die Lagerkissen biegsam oder flexibel befestigt. Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. bis 9 einschließlich zeigen diese Lösungsmöglichkeit.

Gemäß Fig. 7 ist die Rotornabe 30 mit einer Nut 70 zur Aufnahme des Schubkragens 26 ausgestattet. Die Nut 70 ist derart geformt, daß zwei ringförmige Stützen 72 darin aufeinander zu weisen, um dazwischen den Schubkragen 26 aufzunehmen. Lagerkissen 44 werden durch die Stützen 72 getragen.

Die Stützen 72 sind etwas flexibel. Wenn infolgedessen der Rotor belastet wird, so wird die eine oder die andere der Stützen 72 etwas verbogen, was gestattet, daß das entsprechende Lagerkissen 44 im wesentlichen parallel zur·Stirnfläche des Schubkragens 26 verbleibt.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung des Prinzips der flexiblen Anordnung der Lagerkissen. Hier ist erfindungsgemäß speziell das Lagerkissen am Schubkragen 26 über eine Vielzahl von nominell oder praktisch flachen Stahlscheiben 80 befestigt, die als eine flexible Scheibenpackung wirken. Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel,

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gemäß welchem das Lagerkissen an dem Schubkragen 26 durch eine flexible Unterlagscheibe 82 befestigt ist, die vorzugsweise aus einem ölbeständigen Elastomer ausgebildet ist. Typischerweise kann die Elastomerscheibe 82 aus Vitongummi ausgebildet sein.

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Claims (11)

Ansprüche

1. Schublager mit ersten und zweiten relativ zueinander verdrehbaren Gliedern, von denen das eine einen Schubkragen aufweist, während das andere der Glieder eine Nut zur Aufnahme des Schubkragens besitzt, und wobei Mittel vorgesehen sind, die eine Lageroberfläche an der Grenzfläche von Schubkragen und Nut bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (26-) , die Nut (28) und die Lageroberfläche

(44) derart aufgebaut und angeordnet sind, daß der Zwischenraum zwischen den Teilen (26,. 28, 44) sich in Radialrichtung verändern kann.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum an den radial äußeren Stellen (50) größer ist als an den radial inneren Stellen (52).

3. Lager nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageroberfläche durch ein Lagerkissen (44) gebildet ist, welches zwischen dem Schubkragen (26) und der Nut (28) angeordnet ist und eine sich in Radialrichtung ändernde Dicke aufweist, um den erwähnten sich verändernden Zwischenraum zu bilden.

4. Lager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerkissen (44) auf seiner einen Seite (56) ballig ausgebildet ist (Fig. 5).

5. " Lager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerkissen (44) auf beiden Seiten (60) ballig ausgebildet ist (Fig. 6).

6. Drehvorrichtung mit Schrägachse, gekennzeichnet durch ein Schublager (44) gemäß Anspruch 1, wobei das eine Glied die Welle (22) mit einem winkelmäßig versetzten Teil (24) ist, und wobei der Schubkragen (26) auf dem winkelmäßig versetzten Teil (24) angeordnet ist, und wobei das andere Glied ein Rotor (32) ist, der auf dem winkelmäßig

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versetzten Teil (24) drehbar gelagert ist.

7. Lager nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur flexiblen Befestigung der die Lageroberfläche bildenden Mittel an der Grenzfläche.

8. Lager nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel eine von dem anderen Glied getragene Strebe (72) aufweisen und teilweise die Nut (28) definieren (Fig. 7).

9. Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel flexible Unterlagscheibenmittel (80) aufweisen.

10. Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Unterlagscheibenmittel durch ein ölbeständiges Elastomer (82) gebildet sind (Fig. 9).

11. Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Unterlagscheibenmittel ein Stapel aus Unterlagscheiben (80) sind.

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