DE3446328C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mit einer Umlaufschmierung ausge­ rüstetes Lager für eine rotierende Welle.

Die Lebensdauer der Lagerung einer umlaufenden Welle hängt davon ab wie lange eine notwendige Mindestschmiermittelmenge in der Lagerung vorhan­ den ist, so daß alle gegeneinander bewegten Teile an ihren Berührflächen mit einem ausreichend dicken Schmiermittelfilm überzogen sind. Auf der anderen Seite darf die im Lager vorhandene Schmiermittelmenge nicht zu groß sein, damit nicht durch Walken des Schmiermittels eine unzulässige Erhöhung der Betriebstemperatur des Lagers verursacht wird. Außerdem soll der Schmierstoff in vorausberechenbarer Weise beschleunigungsunab­ hängig im Lager verteilt sein, um den Massenmittelpunkt von Welle und Gehäuse in definierter Lage zu halten. Dies ist insbesondere bei schnellaufenden Kreiselgeräten sehr wichtig.

Optimale Schmierverhältnisse werden dann erreicht, wenn einem Lager kontinuierlich Schmiermittel so zu- und abgeführt wird, daß unter Be­ rücksichtigung von Verdampfung und Fluktuation immer eine konstante Schmiermittelmenge im Lager vorhanden ist. Verdampfung und Fluktuation sind Vorgänge, die Schmiermittelmengen irreversibel und undefiniert dem Lager entziehen. Es ist allerdings bekannt, daß die Fluktuation mit der dem Lager zugeführten Schmiermittelmenge zunimmt.

Um das nur sehr schwierig zu lösende Problem einer exakt definierten Schmiermittelzufuhr zum Lager zu umgehen, sorgt man vielmehr besser dafür, überschüssiges Schmiermittel gezielt dem Lager wieder zu entzie­ hen. Um die für die Lebensdauer notwendige Gesamtschmiermittelmenge speziell bei Kleingerätelagerungen in vernünftigeren Grenzen zu halten ist es sinnvoll, das dem Lager entzogene, überschüssige Schmiermittel in geeigneter Form verzögert dem Lager wieder zuzuführen. Dies führt zu einer Umlaufschmierung, wie sie beispielsweise aus der DE-PS 28 54 298 bekannt ist.

Bei diesem bekannten Lager ist im Lagergehäuse ein Schmierstoffspeicher untergebracht, und es sind Einrichtungen zur Zufuhr des gespeicherten Schmierstoffs zum Lager und zum Rückführen des Schmierstoffs vom Lager in den Speicher vorgesehen. Der Schmierstoffspeicher ist aus porösem Material hergestellt, so daß der umlaufende Schmierstoff beim Durch­ strömen dieses Speichers laufend gefiltert wird. Da damit der Schmier­ stoff am Lager praktisch keine Verunreinigungen enthält und da immer genügend Schmierstoff zur Verfügung steht, ergibt sich eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer eines solchen Lagers.

Bei dem aus der DE-PS 28 54 298 bekannten Lager überspannt der Schmier­ stoffspeicher praktisch das gesamte Lager, so daß sich der äußere Lager­ ring an dem elastischen Speicherkörper abstützt. Zur Verminderung des dadurch entstehenden Problems einer zeitlich nicht ausreichend stabilen Fluchtung der Welle zum Lagergehäuse ist in dieser DE-PS auch schon vorgeschlagen worden, den äußeren Lagerring über Kugeln punktförmig am Lagergehäuse abzustützen, wobei diese Kugeln im Schmierstoffspeicher angeordnet sind. Ein solches Lager ist im Aufbau kompliziert und weist zudem die erstrebte Zeitstabilität der Fluchtung nicht auf.

Aus der US-PS 22 71 820 ist ein Lager mit Umlaufschmierung bekannt, bei dem sich der äußere Lagerring direkt an der Innenfläche eines zylindri­ schen Lagergehäuses abstützt und bei dem die Rückführung des Schmier­ mittels über Kanäle erfolgt, die mit porösem Material gefüllt sind und die entlang der Innenfläche des Lagergehäuses verlaufen. Die Zufuhr des Schmiermittels zum Lager erfolgt über eine Schleuderscheibe, so daß die transportierte Schmiermittelmenge drehzahlabhängig ist. Vom Lager gelangt das Schmiermittel über einen relativ großen Auffangraum unter der Wirkung der Schwerkraft zum jeweils unteren Rückführkanal. Das Schmiermittel legt also während seines Umlaufs relativ lange Wege zurück und wird nicht gleichmäßig über den gesamten Umfang des Lagers verteilt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein mit einer Umlauf­ schmierung ausgerüstetes Lager für eine rotierende Welle zu schaffen, das alle Vorteile einer solchen Umlaufschmierung aufweist und das bei ein­ fachem Aufbau eine gleichmäßige Verteilung des Schmierstoffs im Lager und eine sehr hohe Zeitstabilität der Fluchtung der umlaufenden Welle zum Lagergehäuse aufweist. Die damit erreichte Verbesserung der Laufeigen­ schaften des rotierenden Teils ist insbesondere bei Kreiselgeräten von entscheidender Bedeutung.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gestalteten, mit einer Umlaufschmierung ausgerüsteten Lager durch einen Lageraufbau nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem Lager nach der Erfindung stützt sich also der äußere Lagerring direkt auf der Innenfläche des zylindrischen Lagergehäuses ab und sorgt damit für eine sehr hohe Zeitstabilität der Fluchtung Welle/Lagergehäuse während der Umlauf des Schmiermittels und damit die ständige Versorgung aller rotierenden Teile mit einer ausreichenden Schmierstoffmenge in keiner Weise behindert ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Verlaufs der Kapillaren zwischen Auf­ fangdepot und Schmierstoffspeicher, des Aufbaus und der Anordnung dieser Kapillaren sind Gegenstand der Unteransprüche 2-6.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 und 2 der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines nach der Erfindung ausgebildeten Lagers;

Fig. 2 einen Teilschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1.

Das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel des Lagers ist als Kugellager ausgebildet. Der innere Lagerring (6) dieses Lagers ist fest mit der rotierenden Welle (5) verbunden. Dieser Lagerring weist eine ril­ lenförmige Lauffläche (8) für die Lagerkugeln (9) auf. Im äußeren Lager­ ring (10) ist der Laufbereich (12) für die Kugeln (9) vorgesehen. Dieser Bereich geht direkt, d. h. ohne Absatz in die Innenfläche (11) des Lager­ ringes (10) über. Der Lagerring (10) ist damit auf der Schmiermittel- Abflußseite mit einer offenen Schulter versehen.

Das Lager (6, 9, 10) ist von einem zylindrischen Lagergehäuse (16) umgeben an dessen Innenfläche sich die äußere Mantelfläche (17) des Lagerringes (10) direkt abstützt.

Im Lagergehäuse (16) ist ein Schmierstoffspeicher (1) untergebracht, welcher aus einem Spulenkörper (2) besteht, auf den ein Vliesstreifen (3) aufgewickelt ist.

Anstelle des Vliesstreifens (3) kann der Schmierstoffspeicher (1) auch ein anderes poröses Material beispielsweise gesinterten Kunststoff, gesin­ tertes Metall oder gesintertes Glas enthalten.

Über eine Zunge (4), die Bestandteil des Vliesstreifens (3) ist wird der flüssige Schmierstoff aus dem Speicher (1) der umlaufenden Welle (5) zuge­ führt. Durch die Relativbewegung zwischen Welle (5) und Zunge (4) bildet sich ein hydrodynamischer Schmierfilm aus, der für einen stetigen Schmier­ stoffabzug aus dem Speicher (1) sorgt.

Es ist auch möglich, den Spulenkörper (2) des Schmierstoffspeichers (1) und die umlaufende Welle so auszubilden, daß bei der Rotation der Welle (5) eine dynamische Pumpe gebildet wird, welche den Schmierstoff vom Speicher (1) zur Welle (5) zuführt. Eine solche dynamische Pumpe ist in der DE-PS 28 54 298 beschrieben und dargestellt.

Das in Fig. 1 dargestellte Lager enthält weiterhin ein Auffangdepot (13) für den Schmierstoff an welches die offene Schulter (11) des oberen Lager­ ringes (10) direkt angrenzt. Auch das Auffangdepot (13) ist mit porösem Material gefüllt, im dargestellten Beispiel besteht dieses Material aus geschichteten Vliesstreifen (14).

Zwischen dem Auffangdepot (13) und dem Schmierstoffspeicher (1) verlaufen zwischen dem Lagergehäuse (16) und dem äußeren Lagerring (10) Kapillaren (15). Diese Kapillaren können beispielsweise trapezförmigen Querschnitt haben, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Es ist auch möglich und in manchen Fällen vorteilhaft den Querschnitt dreieckförmig zu wählen. Die Kapillaren (15) können entweder im wesentlichen parallel zur Achse der rotierenden Welle (5) verlaufen, sie können auch schraubenförmig ver­ laufen, d. h, nach Art eines Gewindes in das Lagergehäuse (16) oder in die äußere Mantelfläche (17) des Lagerringes (10) eingeschnitten sein.

Beim Umlaufen der Welle (5) wird über die Zunge (4) Schmierstoff, bei­ spielsweise Öl aus dem Speicher (1) dem Abschnitt (5 a) der Welle (5) zugeführt. Der Abschnitt (5 a) der Welle ist im Bereich zwischen der Zunge (4) und dem Lagerinnenring (6) kegelförmig erweitert. Durch diese Er­ weiterung wird das zufließende Öl zum Innenring (6) des Lagers trans­ portiert. Das Öl, das diesen Ring erreicht hat, folgt der Fliehkraft und bewegt sich an der Stirn (7) des Lagerinnenringes (6) in Richtung der Laufbahn (8) des Lagers. Dort wird es durch die umlaufenden Kugeln (9) verteilt und zum stehenden Lageraußenring (10) transportiert. Das über­ schüssige Öl fließt aus dem Laufbahnbereich (12) des Außenringes (10) über die offene Schulter (11) ab und erreicht direkt das Auffangdepot(13). Die Abmessungen der Kapillaren (15) sind der Kapillarstruktur des Speicher­ mediums (14) des Auffangdepots (13) angepaßt. Sie saugen Öl aus dem Auf­ fangdepot (13) ab und führen es zum Schmierstoffspeicher (1) zurück. Das Speichermedium (3) dieses Speichers (1) saugt das Öl aus den Kapillaren (15) ab und schließt damit den Schmierstoffkreislauf.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten den Schmierstoff von der Zufuhrstelle aus dem Schmierstoffspeicher (1) zum Lagerinnenring (6) zu befördern. Eine dieser Möglichkeiten ist in Fig. 1 dargestellt. Eine andere Möglichkeit ist die, den Bereich (5 a) der Welle (5) als umlaufende Gewinderille auszu­ bilden. Über diese schraubenförmigen Rollen wird dann der Schmierstoff zum Lagerinnenring (6) transportiert.

Im dargestellten Beispiel der Fig. 1 sind zwei Lager für die rotierende Welle (5) vorgesehen, wobei das linke Lager in der Darstellung nur noch angeschnitten gezeigt ist. Über die kegelförmige Erweiterung des Ab­ schnittes (5 b) der Welle (5) wird der Schmierstoff vom Speicher (1) zum Inennring dieses zweiten Lagers transportiert.

Claims (6)

1. Mit einer Umlaufschmierung ausgerüstetes Lager für eine rotierende Welle, bestehend aus einem Kugel- oder Wälzlager, dessen innerer Lagerring fest mit der rotierenden Welle verbunden ist und dessen äußerer Lagerring sich direkt an der Innenfläche eines die Welle umgebenden zylindrischen Lagergehäuses abstützt, sowie aus einem in diesem Gehäuse angeordneten Schmierstoffspeicher aus porösem Material und Einrichtungen zur Zufuhr des gespeicherten Schmierstoffes zum Lager und zum Rückführen des Schmierstoffes vom Lager in den Speicher, dadurch gekennzeichnet, daß Fördermittel (4, 5 a) zum gleichmäßigen Transport des Schmiermittels aus dem Schmierstoffspeicher (1) zum inneren Lagerring (6) vorgesehen sind, daß der äußere Lagerring (10) mit einer zum Abfluß des vom inneren Lagerring (6) über die rotierenden Lagerkörper (9) zufließenden Schmiermittels aus dem Lagerbereich dienende Innenfläche (11) ausgerüstet ist, an die direkt ein aus porösem Material bestehendes Auffangdepot (13) anschließt und die zwischen der Auflage des rotierenden Lagerkörpers (9) und dem Auf­ fangdepot (13) ohne Absatz ausgebildet ist, und daß das Auffangdepot (13) mit dem Schmierstoffspeicher (1) über Kapillaren (15) verbunden st, die entlang der Innenfläche des zylindrischen Lagergehäuses (16) verlaufen.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren (15) zwischen Auffangdepot (13) und Schmierstoffspeicher (1) schraubenförmig verlaufen.

3. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren (15) zwischen Auffangdepot (13) und Schmierstoffspeicher (1) im wesentlichen parallel zur Achse der rotierenden Welle (5) verlaufen.

4. Lager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kapillaren (15) einen dreieck- oder trapezförmigen Querschnitt haben.

5. Lager nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren in die Außenfläche (17) des äußeren Lagerrings (10) eingeschnitten sind.

6. Lager nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren (15) in die Innenfläche des zylindrischen Lagergehäuses (16) einge­ schnitten sind.