DE3909204A1 - Hydrostatisches stuetzlager - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrostatisches Stütz­ lager mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ge­ nannten Merkmalen.

Ein derartiges Stützlager ist aus der DE-AS 24 41 120 be­ kannt. Bei diesem bekannten Stützlager wird der Aussparung von außen über eine Pumpe Drucköl zugeführt, das durch einen Lagerspalt zwischen dem Ringkörper und dem Gegen­ körper sowie einem Abströmspalt zwischen dem Ringkörper und dem Stützkörper ins Freie abströmen kann. Sowohl der Druck in der Aussparung wie die Lagerspalthöhe wird durch die Menge des durch den Abströmspalt abfließenden Drucköls bestimmt. Eine Laständerung ist somit mit einer Abstands­ änderung zwischen Stütz- und Gegenkörper verbunden. Die Führung des Drucköls, insbesondere die Zuführung des Druck­ öls zur Aussparung mittels einer Pumpe, erfordert einen erheblichen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stützlager der eingangs genannten Art zu schaffen, das seine Funktion ohne Zuführung von unter Druck stehender Flüssigkeit und damit ohne Verwendung einer einen höheren Druck erzeugen­ den Pumpe erfüllt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Stützlager ist die Versorgung der Aussparung mit Fließmittel nicht durch eine fremde Druckquelle notwendig, vielmehr baut sich der Fließ­ mitteldruck in der Aussparung bei einer Relativbewegung zwischen Stützkörper und Gegenkörper dadurch auf, daß der Druck im Lagerspalt den radial außen liegenden Bund soweit belastet und abbiegt, daß der Lagerspalt radial außen eine größere Höhe hat als radial innen. Dadurch kann auf der Gegenkörper-Gleitfläche befindliches Fließmittel in den Lagerspalt gelangen und gegen das vorhandene Druckgefälle in die Aussparung gefördert werden, während das Fließmit­ tel, das von der Aussparung in den Lagerspalt zu gelangen versucht, durch die Kante zwischen Ringinnenwand und Ring­ gleitfläche wegen der an dieser Stelle geringen Lagerspalt­ höhe von der Gegenkörper-Gleitfläche abgestreift und so in der Aussparung zurückgeholt wird. Der dabei in der Aus­ sparung entstehende Überdruck hebt nicht nur den Ringkör­ per an, wodurch er als Gegenkraft zum Lagerspaltdruck auf die Ringgleitfläche dient, sondern er wirkt auch unmittel­ bar auf den Teil der Gegenkörper-Gleitfläche, der inner­ halb des ringförmigen Lagerspalts liegt, und trägt damit zur Abstützung des Gegenkörpers bei. Bei ausreichend geringer Rauhigkeit von Ring- und Gegenkörper-Gleitfläche bleibt der Druck in der Aussparung auch bei Stillstand von Stützkörper und Gegenkörper bestehen, da dieser Druck den Ringkörper gegen den Gegenkörper preßt und damit ein Ent­ weichen von Fließmittel aus der Aussparung durch den Lager­ spalt verhindert.

Bei dem Stützlager mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 wird eine Selbstregelung des Drucks in der Aussparung er­ reicht, da der auf den Ringkörper wirkende Radialdruck infolge der unterschiedlichen Steifigkeit des Ringkörpers dessen Verdrillung bewirkt, die den radial äußeren Bereich des Lagerspalts verkleinert und den radial inneren Bereich vergrößert, so daß die Aufnahme von Fließmittel sich ver­ kleinert und die Leckage aus der Aussparung sich vergrö­ ßert, bis ein Ausgleich und damit ein Konstanthalten oder sogar eine Verminderung des Drucks in der Aussparung er­ reicht ist.

In den Patentansprüchen 3 bis 5 sind Möglichkeiten ange­ geben, wie die im Patentanspruch 2 angeführte unterschied­ liche Steifigkeit des Ringkörpers ausgeführt werden kann.

Mit Hilfe der im Patentanspruch 6 angegebenen Merkmale kann einer steigenden axialen Belastung und der damit ver­ bundenden axialen Verschiebung des Ringkörpers in die Aus­ sparung hinein durch einen steigenden, auf den Ringkörper in axial entgegengesetzter Richtung wirkenden Fließmittel­ druck entgegengewirkt werden, indem die durch den Dichtring auf den Ringkörper ausgeübte Radialkraft auf diesen ein Drehmoment ausübt, das eine Geometrieveränderung des bei niedrigeren Drücken radial außen breiteren Lagerspalts verhindert oder zumindest verzögert, so daß auch bei hö­ heren Drücken in der Aussparung die Aufnahme von Fließ­ mittel in die Aussparung ermöglicht und die Leckage von Fließmittel aus der Aussparung verhindert oder zumindest erschwert wird.

Im Patentanspruch 7 ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Maßnahme des Patentanspruchs 6 angegeben.

Die Ausführung des Patentanspruchs 8 sichert eine Druck­ haltung in der Aussparung bei Stillstand von Stützkörper und Gegenkörper auch dann, wenn Ring- und Gegenkörper- Gleitfläche eine größere Rauhigkeit aufweisen sollten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläu­ tert. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Stützlager bei Normalbelastung mit einem in einer Ausnehmung eines Ringkörpers angeordneten Dichtring im Querschnitt,

Fig. 2 das Stützlager der Fig. 1 bei höherer Belastung in einem Teilquerschnitt,

Fig. 3 ein Stützlager ähnlich Fig. 1 mit einem an einer schrägen Endfläche des Ringkörpers anliegenden Dichtring,

Fig. 4 das Stützlager der Fig. 3 bei höherer Belastung,

Fig. 5 den Ringkörper eines Stützlagers mit einer sich radial erstreckenden Verbindungswand,

Fig. 6 die Anwendung der erfindungsgemäßen Stützlager bei einer beiderseitigen Lagerung eines eben ausgebildeten Gegenkörpers und

Fig. 7 die Anwendung der erfindungsgemäßen Stützlager bei der Lagerung einer Welle.

Wie in Fig. 1 dargestellt, trägt ein Stützkörper 1 mit Hilfe des Stützlagers 2 einen Gegenkörper 3, der gegenüber dem Stützkörper 1 eben verschiebbar ist. Im Stützkörper 1 ist eine kreisförmige Aussparung 4 angeordnet, in die ein Ringkörper 5 eingesetzt ist, wobei die Außenringfläche 6 des Ringkörpers 5 und die die Aussparung 4 radial begren­ zende Ringfläche 7 des Stützkörpers 1 Führungsflächen für den Ringkörper 5 bilden, so daß sich dieser axial in der Aussparung 4 bewegen kann. Die Aussparung 4 ist gegenüber dem durch die Ringflächen 6, 7 gebildeten Führungsspalt 8 durch einen Dichtring 9 abgedichtet, der in einer ring­ förmigen Ausnehmung 10 im Ringkörper 5 in dessen an die Bodenfläche 11 der Aussparung 4 angrenzenden radial äuße­ ren Eckbereich angeordnet ist. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, füllt der Dichtring 9 bei einer axialen Bewegung des Ringkörpers 5 in Richtung auf die Bodenfläche 11 die Aus­ nehmung 10 aus, wobei er unter Abstützung an der Ringflä­ che 7 eine radial nach innen gerichtete Kraft auf den vom Gegenkörper 3 entfernten Bereich des Ringkörpers 5 ausübt. Eine ähnliche Wirkung wird, wie in den Fig. 3 und 4 dar­ gestellt, durch die Anlage des Dichtringes 9 an der dem Gegenkörper 3 abgewandten abgeschrägten Endfläche 12 des Ringkörpers 5 erreicht, wobei die Abschrägung der Endfläche 12 so ausgebildet ist, daß der Abstand zwischen der End­ fläche 12 und der Bodenfläche 11 der Aussparung von außen nach innen abnimmt.

Die Aussparung 4 ist im Innern des Ringkörpers 5 mit einem Fließmittel gefüllt, das üblicherweise eine Flüssigkeit, insbesondere ein Öl ist, jedoch auch ein anderes fließfä­ higes Material wie eine Paste oder ein Wachs sein kann. Das Fließmittel bedeckt auch die dem Stützkörper 2 zuge­ wandte Gleitfläche 13 des Gegenkörpers 3, wobei es auf Dauer oder beispielsweise durch einfaches Aufspritzen bei Bedarf aufgetragen sein kann.

Der Ringkörper 5 weist an seinem dem Gegenkörper 3 nahen Bereich einen Bund 14 auf, der zwischen dem Gegenkörper 3 und dem Stützkörper 5 radial nach außen über die Ausspa­ rung 4 hinausragt. Die dem Gegenkörper 3 zugewandte Gleit­ fläche 15 des Stützkörpers 5, die weitgehend durch den Bund 14 gebildet wird, bildet zusammen mit der Gleitfläche 13 des Gegenkörpers 3 einen mit Fließmittel gefüllten Lagerspalt 16. Der in diesem herrschende Druck belastet trotz seiner radial nach außen abnehmenden Größe den Bund 14 so stark, daß dieser vom Gegenkörper 3 weggebogen wird und der Lagerspalt 16 einen sich nach außen öffnenden Keil bildet. Bei einer Relativbewegung zwischen Stützkörper 5 und Gegenkörper 3 kann dadurch das auf der Gleitfläche 13 des Gegenkörpers 3 befindliche Fließmittel in den Lager­ spalt 16 und von diesem in die Aussparung 4 gegen den in diesem herrschenden höheren Druck gefördert werden, wäh­ rend auf der anderen Seite ein Austreten von Fließmittel aus der Aussparung 4 durch den sehr engen Spalt am Innen­ rand des Stützlagers 1 verhindert wird, indem dieser Innen­ rand das Fließmittel von der Gleitfläche 13 abstreift.

Der auf diese Weise in der Aussparung 4 steigende Druck trägt den Gegenkörper 3 einerseits unmittelbar durch die innerhalb des Ringkörpers 5 auf den Gegenkörper 3 ausge­ übte Kraft und mittelbar durch die auf den Ringkörper 5 ausgeübte Axialkraft. Um den Druck in der Aussparung 4 begrenzen zu können, weist der Ringkörper 5 in seinem dem Gegenkörper 3 nahen Bereich eine größere Steifigkeit auf als in seinem vom Gegenkörper 3 entfernten Bereich. Diese unterschiedliche Steifigkeit kann, wie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt, durch eine größere radiale Dicke des Ring­ körpers 5 infolge Schrägstellung von dessen Innenwand 17 im dem Gegenkörper 3 nahen Bereich als im vom Gegenkörper 3 entfernten Bereich erreicht werden. Die unterschiedliche Steifigkeit kann jedoch auch durch eine sich radial er­ streckende Verbindungswand 18 in dem Gegenkörper 3 nahen Bereich dargestellt werden, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist. Diese Form ist besonders günstig für in der Draufsicht mehreckige Ringkörper 3. Die durch den Druck in der Aus­ sparung auf den Ringkörper 3 ausgeübte Radialkraft bewirkt eine Verdrillung des Ringkörpers 3, wie in Fig. 1 durch den Pfeil 19 angedeutet. Dadurch wird der Außenrand des Bundes 14 näher an die Gegenkörper-Gleitfläche 13 heran­ gebracht, so daß weniger Fließmittel von außen in die Aus­ sparung 4 gelangen kann. Bei Erreichen eines bestimmten Druckes und der damit verbundenen Verdrillung befinden sich die Mengen des aus- und eintretenden Fließmittels im Gleichgewicht. Durch diese Selbstregulierung ist somit die Einstellung eines bestimmten Druckes in der Aussparung 4 möglich. Die Höhe dieses Gleichgewichtsdruckes hängt vor allem von der Geometrie des Ringkörpers 5 ab, insbesondere von den Unterschieden in der radialen Dicke des Ringkör­ pers 5 und der Höhe und Breite des Bundes 14.

Wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt, kann das erfindungs­ gemäße Stützlager 2 auch für die mehrseitige Abstützung eines Körpers Verwendung finden, so bei einer beidseitigen Abstützung einer längsbeweglichen Platte (Fig. 6) oder bei der allseitigen Abstützung einer Welle. In diesen Fällen und im Falle hoher Anforderungen an die Lage des Gegen­ körpers 3 ist eine Selbstregulierung der Lage des Stütz­ lagers 2 erforderlich. Dazu dient die im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 4 bereits beschriebene Anordnung des Dicht­ ringes 9. Bei einem Absinken des Ringkörpers 5 in der Aus­ sparung 4 wächst die von dem Dichtring 9 auf den Ringkörper 5 in dessen vom Gegenkörper 3 entfernten Bereich radial nach innen ausgeübte Kraft, die der durch den Pfeil 19 dargestellten Verdrillung des Ringkörpers 5 entgegenwirkt. Dadurch nimmt der Lagerspalt 16 erst bei höheren Drücken in der Aussparung 4 eine Form an, die die Zu- und Abfuhr von Fließmittel im Gleichgewicht hält, so daß ein höherer Gleichgewichtsdruck in der Aussparung herrscht, der einem weiteren Absinken des Ringkörpers entgegenwirkt.

Wie in Fig. 1 dargestellt, kann in die Gleitfläche 15 des Ringkörpers 5 eine Ringnut 20 eingelassen sein, in der ein Dichtring 21 eingesetzt ist. Mit dessen Hilfe kann auch bei größeren Rauhigkeiten in den Gleitflächen 13 und 15 bei Stillstand von Stützkörper 1 und Gegenkörper 3 ein Austreten von Fließmittel aus der Aussparung 4 verhindert werden, so daß der Druck in ihr erhalten bleibt. Bei Be­ wegung der Körper 3, 5 schwimmt der Dichtring 21 auf dem Fließmittelfilm auf der Gleitfläche 13 auf, so daß ein Fließmittelaustausch über den Lagerspalt 16, wie oben be­ schrieben, stattfinden kann. Bei ausreichender Feinheit der Gleitflächen 13 und 15 kann auf den Dichtring 21 ver­ zichtet werden.

Claims (8)

1. Hydrostatisches Stützlager, bestehend aus einem Stütz­ körper und einem Gegenkörper mit einer mit einem Fließ­ mittel gefüllten Aussparung im Stützkörper, in die ein durch Führungsflächen gegenüber dem Stützkörper geführter Ringkörper eingesetzt ist, der durch das unter Druck ste­ hende Fließmittel in der Aussparung in Richtung auf den Gegenkörper gedrückt wird und dessen dem Gegenkörper zu­ gewandte Ringgleitfläche zusammen mit der Gegenkörper- Gleitfläche einen sich frei einstellenden Lagerspalt bil­ det, gekennzeichnet durch eine den Aus­ tritt von Fließmittel aus der Aussparung (4) zwischen den Führungs-flächen (Außenringfläche 6, Ringfläche 7) ver­ hindernde Dichtung sowie durch einen Bund (14) als Teil des Ringkörpers (5), der ohne Abstützung am Stützkörper (1) radial nach außen über die Aussparung (4) hinausragt und der zumindest einen Teil der Ringgleitfläche (15) bildet.

2. Stützlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (5) derart ausgebildet ist, daß seine radiale Steifigkeit im der Ringgleitfläche (15) nahen Be­ reich größer ist als im der Ringgleitfläche (15) fernen Bereich.

3. Stützlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (5) im der Ringgleitfläche (15) nahen Bereich eine im Teilquerschnitt größere radiale Dicke auf­ weist als im der Ringgleitfläche (15) fernen Bereich.

4. Stützlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (17) des Ringkörpers (5) zur Ringgleit­ fläche (15) hin radial nach innen geneigt ist.

5. Stützlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im der Ringgleitfläche (15) nahen Bereich sich eine radial erstreckende Verbindungswand (18) im Ringkörper (5) eingezogen ist.

6. Stützlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung zwischen dem Ringkörper (5) und dem Gegen­ körper (3) aus einem Dichtring (9) besteht, der bei einer axialen Belastung des Ringkörpers (5) eine radial nach innen gerichtete Kraft auf dessen der Ringgleitfläche (15) fernen Bereich ausübt.

7. Stützlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ringkörper (5) mit seiner der Ringgleitfläche (15) abgewandten Endfläche (12) auf dem Dichtring (9) ab­ stützt und daß diese Endfläche (12) derart abgeschrägt ist, daß der Abstand zwischen der Endfläche (12) und der Bodenfläche (11) der Aussparung (4) von außen nach innen abnimmt.

8. Stützlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ringnut (20) in der Ringgleitfläche (15) ein Dichtring (21) angeordnet ist.