DE3509461C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehlagereinrichtung vom Kissentyp, die eine Mehrzahl von Lagerkissen aufweist, welche im Abstand voneinander in einem Gehäuse vorgesehen sind, sowie zwischen ihrer teilzylindrischen inneren Umfangsoberfläche und ihrer äußeren Umfangsoberfläche je mit einer sich axial bezüglich der Drehwelle erstreckenden Öffnung versehen sind, durch die sich jeweils ein Stift lose erstreckt, wobei die Lagerkissen weiter an ihrer äußeren Umfangsoberfläche je mit einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nut ausgebildet sind.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Drehlagereinrichtung vom Kissentyp, die eine Mehrzahl von Lagerkissen aufweist, welche im Abstand voneinander in einem Gehäuse vorgesehen und um Achsen verschwenkbar sind, die parallel zu der mittels der Lagerkissen gelagerten Drehwelle sind, sowie ein in dem Gehäuse angeordnetes elastisches Rückstellteil zum Vorspannen der Lagerkissen, wobei das aus einem elastischen Material, wie Gummi bzw. Kautschuk und/oder Kunststoff, ausgebildete Rückstellteil aus Blöcken besteht, die mittels einer Einbauvorrichtung derart auf dem Gehäuse angebracht sind, daß sie die Enden benachbarter Lagerkissen vorspannen.

Diese Drehlagereinrichtung kann für ein Hauptführungslager von hoher Präzision in einer Hochgeschwindigkeitsdrehmaschine, wie beispielsweise in Turbinen und Kompressoren oder in Werkzeugmaschinen verwendet werden und hat ein konstantes Lagerspiel.

In bestimmten Drehlagereinrichtungen vom Kissentyp nach dem Stande der Technik sind die Lagerkissen so konstruiert, daß sie in der Lage sind, leicht in einer Umfangsrichtung zu kippen, und zwar mit Hilfe von Positionierungsstiften, die zwischen benachbarten Lagerkissen vorgesehen sind, oder die Lagerkissen sind so konstruiert, daß sie sich dann, wenn die Einrichtung nicht auf einer Drehwelle angebracht ist, so daß sie lose ist, radial nach einwärts von dem Gehäuse weg verschieben können, und zwar bis zu einem Ausmaß, daß die Einrichtung noch nicht vollständig demontiert wird. Wenn eine Drehwelle in eine Lagereinrichtung eines solchen Aufbaus eingefügt wird, damit diese Lagereinrichtung als eine Drehlagereinrichtung vom Kippkissentyp verwendet werden kann, hat das Lagerspiel zwischen der Drehwelle und den Lagerkissen die Neigung, nichtkonstant und ungleichmäßig zu sein. Infolgedessen setzt ein Zerreißen eines Schmierölfilms, das aufgrund schlechter Schmierwirkung erzeugt wird, die Nachfolgefähigkeit während der Zeit des Anlaufens und des Aussetzens herab, und insbesondere werden hierdurch Vibrationen und Geräusche während der Zeit des Anlaufens verursacht.

Außerdem ist aus der US-PS 39 36 103 eine Drehlagereinrichtung der eingangs genannten ersten Art bekannt. Diese Drehlagereinrichtung, bei welcher die Lagerkissen nichtteilzylindrische äußere Umfangsoberflächen haben, ist so konzipiert, daß die Stift nicht als Schwenkachse dienen, sondern vielmehr lediglich dahingehend funktionieren, daß sie dem Drehmoment wiederstehen, welches in den Lagerkissen durch die sich drehende Welle erzeugt wird. Die lose Passung der Stifte innerhalb der Öffnungen soll es ermöglichen, daß das jeweilige Lagerkissen bezüglich einer Rippe, an welcher das Lagerkissen über den Stiften angebracht ist, schwimmt.

Dieses Schwimmen soll derart erfolgen, daß die Lagerkissen in Kontakt gegen einen Ringsitz aufsitzen, wenn der hydrodynamische Keil zwischen der Drehwelle und dem jeweiligen Lagerkissen erzeugt wird. Das soll im einzelnen mittels zweier leicht erhöhter Kontaktkissen erfolgen, die auf jeder Seite der Nut vorgesehen sind und eine ballige Arbeitsoberfläche haben, welche gegen den Ringsitz aufsitzt und es dem Lagerkissen ermöglicht, sich frei auf dem Ringsitz zu bewegen. Da die axiale Länge der Lagerkissen größer als die axiale Länge des Ringsitzes ist, wirkt der Ringsitz bezüglich der balligen Oberfläche der Kontaktkissen als Anlenkungsstelle, so daß die Lagerkissen dadurch auf Änderungen in der Position der Drehwelle im Sinne einer Aufrechterhaltung eines optimalen Fluidkeils ansprechen. Bei dieser Positionsänderung handelt es sich um eine Neigung der Drehwelle. Außerdem ist das Spiel zwischen dem jeweiligen Lagerkissen und der abstützenden Rippe wie auch das Spiel zwischen dem Lagerkissen und dem Stift größer als das Spiel zwischen der Lageroberfläche des Lagerkissens und der Drehwelle, damit die Lagerkissen genügend Bewegungsfreiheit auf dem Ringsitz in jeder Richtung haben, um die Drehwelle während Perioden, in denen die Drehwelle ausgelenkt wird oder Vibrationen unterworfen ist, aufzunehmen. Insgesamt ist der Aufbau der Drehlagereinrichtung nach der US-PS 39 36 103 jedoch ziemlich kompliziert.

Darüber hinaus ist aus der DE-OS 26 27 225 eine Drehlagereinrichtung der eingangs genannten zweiten Art bekannt, in welcher die Lagerkissen, die eine Auflage aus Lagermaterial besitzen, so in dem Gehäuse vorgesehen sind, daß sich die als Gummiabschnitte ausgebildeten elastischen Rückstellteile mit ihren der Drehwelle abgewandten oder rückwärtigen Flächen an der Innenwand des Gehäuses abstützen, indem sie daran fest anliegen. Das feste Anliegen der rückwärtigen Fläche der Gummiabschnitte an der Innenwand des Gehäuses wird mittels eines Vorspannrings erreicht, mit dem Vorsprünge, welche an den freien axialen Enden der Gummiabschnitte vorgesehen sind, in das Gehäuse gedrückt werden. Durch diese Vorspannringe wird eine axiale Vorspannkraft erzeugt, die eine tangentiale Ausdehnung der Gummiabschnitte bewirkt, mittels deren eine stramme Befestigung der Lagerkissen im Gehäuse erzielt wird, da die tangential gerichteten Kräfte zu nach außen gerichteten Kräften führen, die auf die Innenwand des Gehäuses einwirken und die dementsprechend eine hohe Reibungskraft erzielen, um ein Verdrehen oder Verschieben zu verhindern. Eine der Ausführungsformen der Drehlagereinrichtung nach der DE-OS 26 27 225 ist so ausgebildet, daß sie ein gewisses nachgiebiges Zusammendrücken und Kippen der Lagerkissen gestattet, so daß ein mögliches Verlagern des Drehwellenmittelpunktes und ebenso ein Kippen in der Längsrichtung der Drehwelle aufgenommen werden kann. Die Lagerkissen sind hier also um Achsen verschwenkbar, die parallel zu der mittels der Lagerkissen gelagerten Drehwelle sind. Jedoch sind diese Achsen keine definierten festliegenden Achsen, sondern vielmehr irgendwelche zufälligen Achsen, die sich durch die schwimmende Anordnung der Lagerkissen in den Gummiabschnitten aufgrund der jeweiligen Verlagerung des Drehwellenmittelpunkts ergeben. Daher ist diese Drehlagereinrichtung nach der DE-OS 26 27 225 nicht dazu geeignet, ein konstantes Lagerspiel zwischen der Drehwelle und den Lagerkissen aufrechtzuerhalten, sondern es kann vielmehr leicht zu einem ungleichmäßigen Lagerspiel kommen, das ein Zerreißen des Schmierölfilms zur Folge hat.

Weiter ist aus der US-PS 33 18 643 eine Drehlagereinrichtung mit Lagerkissen bekannt, in der Stifte zwischen den umfangsmäßigen Enden der Lagerkissen vorgesehen sind, die aufgrund eines Spiels bezüglich der Lagerkissen eine Vorwärts- und Rückwärts-Hin- und Herbewegung der Lagerkissen zum Zwecke der Selbstausrichtung und der Ausbildung eines optimalen Ölkeils ermöglichen sollen. Jedoch bilden diese Stifte keine Schwenkachsen für die Lagerkissen, sondern vielmehr Anschläge, welche die Selbstausrichtungsbewegung der Lagerkissen in Umfangsrichtung begrenzen. Ein weiterer Anschlag, der an den Lagerkissen vorgesehen ist und über den das jeweilige Lagerkissen an der Gehäuseinnenwand anliegt, ermöglicht ein Kippen des Lagerkissens um die Anlagestelle an der Gehäuseinnenwand.

Außerdem ist aus der FR-PS 15 85 821 eine Drehlagereinrichtung bekannt, die zwar Lagerkissen 8 aufweist, diese sind jedoch zwischen dem Gehäuse und der Drehwelle eingespannt, indem sie sich einerseits mit ihrer Kunststoff- oder Lagermetallschicht an der Drehwelle und andererseits mit Abstützungsteilen am Gehäuse abstützen. Es ist auch kein elastisches Rückstellteil vorhanden, welches eine nach radial einwärts gerichtete Kraftkomponente liefert, vielmehr haben die als mit den Lagerkissen einstückiges flaches Band vorgesehenen Rückstellteile im Gegenteil die Tendenz, die Lagerkissen von der Drehwelle abzuheben.

In der GB-PS 14 02 858 ist eine Drehlagereinrichtung beschrieben, deren Lagerkissen fest mit radialen Vorsprüngen eines allgemein hülsenförmigen Silikongummiteils verbunden sind, das seinerseits an der Gehäuseinnenwand angebracht ist, wobei es sich bei dieser Drehlagereinrichtung um ein Luftlager handelt, dessen Lagerkissen nicht gegen die Drehwelle vorgespannt sind.

Schließlich ist es aus der US-PS 12 13 546 bekannt, eine Spiralfeder zwischen einer durchgehenden Lagerhülse und dem Gehäuse einer Drehlagereinrichtung vorzusehen. Da die Lagerhülse einstückig ist, dient die Spiralfeder jedoch lediglich dazu, diese Lagerhülse im Gehäuse schwimmend anzuordnen.

Endlich ist in der US-PS 28 51 314 eine Drehlagereinrichtung beschrieben, die in ihrem Prinzip weitgehend der Drehlagereinrichtung nach der US-PS 12 13 546 entspricht, wobei jedoch in der Lagerhülse ein Schlitz vorgesehen ist, und elastische Teile die dünne Lagerhülse aufgrund ihrer Elastizität zum Zwecke einer Präzisionspassung allseitig an die Drehwelle andrücken.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehlagereinrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die es bei einfachem Aufbau ermöglicht, ein nichtkonstantes und ungleichmäßiges Lagerspiel, zu welcher eine solche Drehlagereinrichtung vom Kissentyp neigt und welche ein Zerreißen des Schmierölfilms zur Folge hat, auszuschalten und hierdurch insbesondere Vibrationen und Geräusche während des Anlaufens zu vermeiden, wobei das Zerreißen des Schmierölfilms, insbesondere beim Anlaufen und Auslaufen der Rotation der Drehwelle, verhindert werden soll.

Diese Aufgabe wird bei einer Drehlagereinrichtung der ersten eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein elastisches Rückstellteil unter Spannung in den Nuten 3 c der jeweiligen Lagerkissen in dem Gehäuse angeordnet ist, welches die Lagerkissen derart vorspannt, daß ein konstantes Lagerspiel zwischen der sich drehenden Welle und den Lagerkissen aufrechterhalten wird, wobei die Lagerkissen, deren äußere Umfangsoberfläche teilzylindrisch ist, über die Stifte, welche am Gehäuse befestigt sind, je um eine zur Achse der Drehwelle parallele Achse verschwenkbar sind.

Bei einer Drehlagereinrichtung der zweiten eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Blöcke als zylinderförmige Rückstellteile ausgebildet und mittels der von Senkkopfschrauben gebildeten Einbauvorrichtung, welche die Achsen bilden, um die die Lagerkissen verschwenkbar sind, am Gehäuse und an einer Seitenplatte befestigt sind, und daß die Lagerkissen an ihrem Umfangsabschlußenden mit bogenförmigen Ausnehmungen zur Aufnahme der zylinderförmigen Rückstellteile ausgebildet sind, so daß die Lagerkissen derart vorgespannt sind, daß ein konstantes Lagerspiel zwischen der Drehwelle und den Lagerkissen aufrechterhalten wird.

Auf diese Weise ergeben sich insbesondere die folgenden Vorteile:

• (1) Es wird ein konstantes Lagerspiel während des Anlaufs, des Normalbetriebs und des Auslaufens aufrechterhalten.
• (2) Während der Zeit des Anlaufens des Betriebs und des Auslaufens werden keine Vibrationsgeräusche erzeugt.
• (3) Während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs wird eine sehr wirksame Vibrationsdämpfung erzielt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung sei nachfolgend durch bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Drehlagereinrichtung näher erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind; es zeigt

Fig. 1 eine teilweise Querschnittsansicht einer Drehlagereinrichtung vom Kissentyp gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht durch die erste Ausführungsform entlang der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 eine teilweise Querschnittsansicht einer Drehlagereinrichtung vom Kissentyp gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 4 eine Schnittansicht durch die zweite Ausführungsform entlang der Linie IV-IV der Fig. 3.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Drehlagereinrichtung 10 vom Kissentyp gemäß einer ersten Ausführungsform. Diese Drehlagereinrichtung weist ein Gehäuse 1 auf, das im Axialquerschnitt eine C-Form hat (siehe Fig. 2); sowie eine Seitenplatte 2, die in einen abgestuften Teil 1 a des Gehäuses 1 eingesetzt und mittels Senkkopfschrauben 7 in diesem abgestuften Teil 1 a befestigt ist; außerdem eine Mehrzahl von Lagerkissen 3, von denen jedes einen sektorförmigen Querschnitt in einer zur Axialrichtung senkrechten Richtung hat; eine Mehrzahl von Stiften 4, die sich durch Öffnungen 3 a der Lagerkissen 3 erstrecken sowie an dem Gehäuse 1 und der Seitenplatte 2 befestigt sind; zwei ringförmige Wellen- bzw. Flanschunterleg- bzw. -dichtungsscheiben 5, die zwischen dem Gehäuse 1 und den Lagerkissen 3 bzw. zwischen den Lagerkissen 3 und der Seitenplatte 2 vorgesehen sind; und ein elastisches Rückstellteil 6 in der Form einer Spann-Schraubenfeder, deren Windungen in einer Nut 3 c untergebracht sind, wobei diese Nut 3 c auf der äußeren Umfangsoberfläche 3 b von jedem Lagerkissen 3 ausgebildet ist. Die einzelnen Stifte 4 aus der Mehrzahl von Stiften 4 sind in gleichen Abständen von der Achse einer Drehwelle 9 und in gleichen Winkelabständen um die Achse dieser Drehwelle 9 angeordnet; auf dieser Drehwelle 9 ist die Drehlagereinrichtung 10 angebracht. Die Senkkopfschrauben 7 dienen dazu, die Seitenplatte 2 an dem Gehäuse 1 zu befestigen, wobei die Abstandsteile 8 zwischen denselben eingeklemmt sind, welche vorliegend die Form von Abstandshülsen haben, durch die die Senkkopfschrauben 7 hindurchgehen. Alternativ kann die Seitenplatte 2 durch Punktschweißen, kontinuierliches Schweißen oder Verschrauben am Gehäuse 1 befestigt sein, oder die Seitenplatte 2 und das Gehäuse 1 können integral, insbesondere einstückig, miteinander ausgebildet sein. Das Gehäuse 1 und die Abstandsteile 8 sind beide aus JIS-Baukohlenstoffstahl bzw. aus strukturellem Kohlenstoffstahl, insbesondere nach JIS (japanische Industrienorm), hergestellt, die Wellen- bzw. Flanschunterleg- bzw. -dichtungsscheiben 5 und das elastische Rückstellteil 6 sind aus rostfreiem Stahl hergestellt, und die Seitenplatte 2 und die Lagerkissen 3 sind aus Lagerlegierungen, wie beispielsweise Bleibronze oder Aluminiumlegierungen, hergestellt. Die Seitenplatte 2 kann ebenso wie das Gehäuse 1 auch aus JIS-Baukohlenstoffstahl bzw. aus strukturellem Kohlenstoffstahl, insbesondere aus strukturellem Kohlenstoffstahl nach JIS, hergestellt sein. Wenn das Gehäuse 1 aus einer Lagerlegierung mit hoher Festigkeit und guter Schmierwirkung hergestellt ist, kann die Drehlagereinrichtung 10 als ein Doppelrichtungsdrucklager vom Kippkissentyp bzw. als ein Doppelrichtungskippdrucklager vom Kissentyp verwendet werden.

Im Betrieb wird Schmieröl in das Lagerspiel zwischen die innere Umfangsfläche 3 d der Lagerkissen 3 und die sich drehende Drehwelle 9 eingespeist, und es wird ein Schmierfilm bei der Drehung der sich drehenden Drehwelle 9 ausgebildet, so daß ein hydrodynamischer Ölfilmdruck erzeugt wird. Demgemäß überwindet jedes Lagerkissen 3 die radial einwärts gerichteten Komponenten der Spannungskraft des elastischen Rückstellteils 6, so daß es um die Stifte 4 kippt, wodurch der Schmierfilm erzeugt wird, der durch die Keilwirkung verursacht wird, und die Last, die auf die sich drehende Drehwelle 9 ausgeübt wird, wird dann durch den Druck des Schmierfilms getragen. Es ist möglich, ein Zerreißen bzw. Unterbrechen des Schmierfilms durch geeignete Wahl der Anordnung und Abmessungen des Lagerkissens 3 relativ zu denjenigen der Drehwelle 9 und durch geeignete Auswahl der elastischen Kraft des elastischen Rückstellteils 6 zu vermeiden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Drehlagereinrichtung 10′ vom Kissentyp gemäß einer zweiten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform hat das elastische Rückstellteil 12 die Form eines zylinderförmigen Blocks aus Gummi bzw. Kautschuk und ist mittels Senkkopfschrauben 11 an einem Gehäuse 1′ und einer Seitenplatte 2′ befestigt. Jedes der Lagerkissen 3′ hat einen sektorförmigen Querschnitt in einer Richtung, die senkrecht zur Axialrichtung ist, und es ist auf seinen beiden Enden mit bogenförmigen Ausnehmungen 3′ e zur Aufnahme eines elastischen Rückstellteils 12 ausgebildet. Die zweite Ausführungsform 10′ der Drehlagereinrichtung vom Kissentyp hat Wirkungen, die gleichartig wie diejenigen der ersten Ausführungsform sind.

Die vorstehend beschriebene Drehlagereinrichtung vom Kissentyp hat insbesondere die folgenden Vorteile:

• (1) Es wird ein konstantes Lagerspiel während des Anlaufs, des Normalbetriebs und der Aufhängung bzw. Federung bzw. Aussetzung der Drehlagereinrichtung aufrechterhalten.
• (2) Während der Zeit des Anlaufens werden keine Vibrationsgeräusche erzeugt.
• (3) Während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs wird eine Vibrationsdämpfungswirkung erzielt.
• (4) Es kann sowohl eine Drucklast als auch eine Radiallast aufgenommen werden.

Claims (4)

1. Drehlagereinrichtung vom Kissentyp, die eine Mehrzahl von Lagerkissen aufweist, welche im Abstand voneinander in einem Gehäuse vorgesehen sind, sowie zwischen ihrer teilzylindrischen inneren Umfangsoberfläche und ihrer äußeren Umfangsoberfläche je mit einer sich axial bezüglich der Drehwelle erstreckenden Öffnung versehen sind, durch die sich jeweils ein Stift lose erstreckt, wobei die Lagerkissen weiter an ihrer äußeren Umfangsoberfläche je mit einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nut ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastisches Rückstellteil (6) unter Spannung in den Nuten (3 c) der jeweiligen Lagerkissen (3) in dem Gehäuse (1) angeordnet ist, welches die Lagerkissen (3) derart vorspannt, daß ein konstantes Lagerspiel zwischen der sich drehenden Welle (9) und den Lagerkissen (3) aufrechterhalten wird, wobei die Lagerkissen (3), deren äußere Umfangsoberfläche teilzylindrisch ist, über die Stifte (4), welche am Gehäuse (1) befestigt sind, je um eine zur Achse der Drehwelle (9) parallele Achse verschwenkbar sind.

2. Drehlagereinrichtung vom Kissentyp, die eine Mehrzahl von Lagerkissen aufweist, welche im Abstand voneinander in einem Gehäuse vorgesehen und um Achsen verschwenkbar sind, die parallel zu der mittels der Lagerkissen gelagerten Drehwelle sind, sowie ein in dem Gehäuse angeordnetes elastisches Rückstellteil zum Vorspannen der Lagerkissen, wobei das aus einem elastischen Material, wie Gummi bzw. Kautschuk und/oder Kunststoff, ausgebildete Rückstellteil aus Blöcken besteht, die mittels einer Einbauvorrichtung derart auf dem Gehäuse angebracht sind, daß sie die Enden benachbarter Lagerkissen vorspannen, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke als zylinderförmige Rückstellteile (12) ausgebildet und mittels der von Senkkopfschrauben (11) gebildeten Einbauvorrichtung, welche die Achsen bilden, um die die Lagerkissen (3′) verschwenkbar sind, am Gehäuse (1′) und an einer Seitenplatte (2′) befestigt sind, und daß die Lagerkissen (3′) an ihren Umfangsabschlußenden mit bogenförmigen Ausnehmungen (3′ e) zur Aufnahme der zylinderförmigen Rückstellteile (12) ausgebildet sind, so daß die Lagerkissen (3′) derart vorgespannt sind, daß ein konstantes Lagerspiel zwischen der Drehwelle (9) und den Lagerkissen (3′) aufrechterhalten wird.

3. Drehlagereinrichtung vom Kissentyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Rückstellteil (6) eine ringförmige Spann-Schraubenfeder ist.

4. Drehlagereinrichtung vom Kissentyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Rückstellteil (6) ein O-Ring ist.