DE4241014A1 - Axial bearing for machinery - has slide cushion between slide face and circumferential face of cage forming lubricant-filled gap. - Google Patents
Axial bearing for machinery - has slide cushion between slide face and circumferential face of cage forming lubricant-filled gap.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Axiallager, bestehend aus zumindest zwei Axiallagerscheiben, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen in einem Käfig geführte Wälzkörper abrollen.The invention relates to a thrust bearing consisting of at least two Axial bearing washers, between which on associated raceways in one Roll the cage-guided rolling elements.
Bei innen- oder außengeführten Axiallagern besteht die Gefahr, daß durch Reibung zwischen dem Käfig und einer diesem radial benachbarten Käfiganlauffläche Verschleiß auftritt. So sind beispielsweise in der DE-OS 33 30 586 zwei Axialwälzlager eines Kegelbrechers dargestellt, die mit der inneren Umfangsfläche des Käfigs an einem Wellenteil geführt sind. Werden nun derartig geführte Lager mit einer hohen Dreh zahl betrieben, so ergeben sich für den Axialkäfig zu hohe Umfangsge schwindigkeiten. Dementsprechend erhöht sich die Reibungsleistung und es kann zu einem vorzeitigen Lagerausfall kommen.With internal or external axial bearings, there is a risk that by friction between the cage and a radially adjacent one Cage tread wear occurs. For example, in the DE-OS 33 30 586 shows two axial roller bearings of a cone crusher, with the inner peripheral surface of the cage on a shaft part are led. Will now be run like this with a high rotation number operated, there are too high peripheral cages for the axial cage speed. Accordingly, the friction performance increases premature bearing failure can occur.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß sich zwischen der Stirnseite der Wälzkörper und deren Anlauffläche am Käfig nur ein punktförmiger Kontakt ergibt. Dabei wird die Anlauffläche durch eine nach dem Auf bohren der Taschen um den Käfig gelegte kreisförmige Bandage gebildet.Another disadvantage is that there is between the front the rolling elements and their contact surface on the cage are only punctiform Contact results. The contact area is marked by an after opening drilling the pockets around the cage formed circular bandage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen innen- oder außen geführten Käfig eines Axialrollenlagers die Reibung zu verringern.The invention is based, for an inside or outside the task guided cage of a thrust roller bearing to reduce friction.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an der äußeren oder inneren Umfangsfläche eines Käfigs Gleitkissen angeordnet sind, die mit einer der äußeren oder inneren Umfangsfläche gegenüberliegen den Gleitfläche jeweils einen keilförmigen Spalt bilden, der mit Schmiermittel gefüllt ist.According to the invention the object is achieved in that on the outer or inner circumferential surface of a cage sliding pads are arranged, which face each other with the outer or inner peripheral surface each form a wedge-shaped gap with the Lubricant is filled.
Durch diese radiale hydrodynamische Lagerung des Käfigs wird eine entscheidende Verringerung der Reibleistung zwischen Käfig und dessen radialer Anlauffläche mit ihren positiven Folgewirkungen erzielt. Der erstrebte Zustand der Flüssigkeitsreibung, d. h. die Trennung der Gleitflächen durch einen hydrodynamisch tragenden Schmierfilm setzt in bekannter Weise eine Relativbewegung der Gleitflächen, eine keilförmi ge Neigung der Gleitflächen zueinander und einen Schmierstoff, der beide Gleitflächen benetzt und den Gleitraum ausfüllt, voraus. Die dadurch bewirkte Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit, bedingt durch die keilförmige Neigung der Gleitflächen zueinander, bewirkt im Gleitraum eine Erhöhung des hydrodynamischen Druckes. Diese hydrodyna mische Drucksteigerung ist nun in der Lage, eine Kraft aufzunehmen.This radial hydrodynamic mounting of the cage creates a decisive reduction in the friction between the cage and its radial contact surface achieved with its positive consequences. Of the Desired state of fluid friction, d. H. the separation of the Sliding surfaces through a hydrodynamically bearing lubricating film sets in known manner, a relative movement of the sliding surfaces, a wedge-shaped inclination of the sliding surfaces to each other and a lubricant that wetted both sliding surfaces and fills the sliding space, ahead. The this causes an increase in flow velocity by the wedge-shaped inclination of the sliding surfaces to each other, causes in Sliding space an increase in hydrodynamic pressure. This hydrodyna mixed pressure increase is now able to absorb a force.
Diese Kraft ist dabei unter anderem direkt von der Viskosität des Schmiermittels, von der Relativgeschwindigkeit der gleitenden Teile zueinander und von der flächenhaften Ausdehnung des Schmierfilmes abhängig. Im Gegensatz dazu ist diese Kraft indirekt von der Dicke des Schmierfilmes an seiner schmalsten Stelle abhängig, d. h. je geringer der Schmierfilm in seiner Dicke, desto größer ist die aufnehmende Kraft.This force is directly related to the viscosity of the Lubricant, from the relative speed of the sliding parts to each other and the areal expansion of the lubricating film dependent. In contrast, this force is indirect from the thickness of the Depending on the narrowest point, i.e. H. the less the thickness of the lubricating film, the larger the receiving film Force.
Diese Abhängigkeit kann in vorteilhafter Weise bei einem exzentrischen Lauf des Käfigs ausgenützt werden. Durch die Exzentrizität des Käfigs wird an einer Stelle der keilförmige Schmierspalt verringert, so daß dort eine dem Käfig entgegengerichtete Kraft entsteht, die diesen in seine zentrische Lage zurückführt, d. h. bedingt durch die unter schiedliche Spaltbreite ergibt sich für den Käfig eine selbstzentrie rende Kraft. Je größer die Exzentrizität wird, desto größer wird auch die selbstzentrierende Kraft.This dependency can be advantageous with an eccentric Barrel of the cage. Because of the eccentricity of the cage the wedge-shaped lubrication gap is reduced at one point, so that there is a force directed against the cage, which forces it into returns its central position, d. H. due to the below Different gap width results in a self-centering for the cage power. The bigger the eccentricity gets, the bigger it gets the self-centering force.
Zweckmäßigerweise wird man die Gleitkissen an der äußeren Umfangs fläche des Käfigs anordnen, da in diesem Fall die die Wälzkörper aufnehmenden Taschen in vorteilhafter Weise radial von außen nach innen gebohrt werden können. Appropriately, you will be the sliding pad on the outer circumference Arrange the surface of the cage, as in this case the rolling elements receiving pockets in an advantageous manner radially from the outside to can be drilled inside.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 9 und werden im folgenden näher beschrieben.Further advantageous embodiments of the invention are the subject of subclaims 2 to 9 and are described in more detail below.
Aus Anspruch 2 geht hervor, daß der äußere oder innere Umfang des Käfigs als ein im Kreis einbeschriebenes Vieleck ausgebildet ist und daß die Oberflächen der Gleitkissen in Richtung der gegenüberliegenden Gleitfläche keilförmig ausgebildet sind und in Richtung der Wälzkörper eine plane Kontur aufweisen.From claim 2 it appears that the outer or inner circumference of the Cage is designed as a polygon inscribed in a circle and that the surfaces of the sliding pads face the opposite Slide surface are wedge-shaped and in the direction of the rolling elements have a flat contour.
Die Anzahl der Enden bzw. Kanten entspricht dabei der Anzahl der Wälzkörper. Die Flächen des Vieleckes sind dabei senkrecht zur Achse der Wälzkörper angeordnet. Durch diese Ausgestaltung des Käfigs und der Gleitkissen wird ein flächenhafter Anlauf der Stirnseiten der Wälzkörper erreicht.The number of ends or edges corresponds to the number of Rolling elements. The surfaces of the polygon are perpendicular to the axis the rolling elements arranged. This configuration of the cage and the sliding pad becomes a flat run-up on the end faces of the Rolling element reached.
Die keilförmige Ausbildung der Oberflächen der Gleitkissen kann dabei nach Anspruch 3 in Form eines Pultdaches, d. h. die Oberfläche fällt nur in eine Richtung ab oder in Form eins Satteldaches erfolgen, d. h. die Oberfläche fällt in beide Richtungen ab. Die Ausbildung in Form eines Satteldaches hat den Vorteil, daß dadurch eine hydrodynamische Lagerung des Käfigs auch bei wechselnder Drehrichtung ermöglicht wird.The wedge-shaped design of the surfaces of the sliding pads can according to claim 3 in the form of a pent roof, d. H. the surface falls only in one direction from or in the form of a saddle roof, d. H. the surface falls off in both directions. Training in shape A saddle roof has the advantage that it creates a hydrodynamic Storage of the cage is possible even with changing directions of rotation.
Aus Anspruch 4 geht hervor, daß die den Gleitkissen gegenüberliegenden Gleitflächen rotationssymmetrisch ausgebildet sind.From claim 4 it appears that the opposite of the sliding pad Sliding surfaces are rotationally symmetrical.
Die keilförmigen und planen Oberflächen der Gleitkissen lassen sich fertigungstechnisch in besonders vorteilhafter Weise herstellen und erfordern eine rotationssymmetrische Ausbildung der gegenüberliegenden Gleitfläche. Natürlich ist es in Umkehrung auch denkbar, die Ober fläche der Gleitkissen in Richtung gegenüberliegender Gleitfläche kreisbogenförmig und die zugehörige Gleitfläche keilförmig zu gestal ten.The wedge-shaped and flat surfaces of the sliding pads can be manufacture in a particularly advantageous manner and require a rotationally symmetrical design of the opposite Sliding surface. In reverse, of course, it is also conceivable, the waiter area of the sliding pad in the direction of the opposite sliding surface arc-shaped and the associated sliding surface wedge-shaped ten.
Nach Anspruch 5 ist vorgesehen, daß die Gleitkissen mit dem Käfig kraft- oder formschlüssig verbunden sind. Beide alternative Verbin dungsarten stehen gleichberechtigt nebeneinander. So ist es beispiels weise nach Anspruch 6 möglich, daß die Gleitkissen mit dem Käfig durch Schrauben verbunden sind, während nach Anspruch 7 Käfig und Gleitkis sen durch formenschlußbildende Elemente, wie T-Nuten oder Schwalben schwänze verbunden sind.According to claim 5 it is provided that the sliding pad with the cage are non-positively or positively connected. Both alternative verbs Types of programs stand side by side on an equal footing. For example way according to claim 6 possible that the sliding pad with the cage Screws are connected, while according to claim 7 cage and glide kis through form-fitting elements such as T-slots or swallows tails are connected.
Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung nach Anspruch 8 sollen die Gleitkissen aus Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen oder Kunststoffen bestehen. Derartige Werkstoffe eignen sich aufgrund ihrer guten Gleiteigenschaften insbesondere immer dann, wenn der Flüssig keitsdruck wegen zu großer Belastung bzw. zu kleiner Gleitgeschwindig keit nicht in der Lage ist, die Gleitflächen vollständig zu trennen, so daß teilweise Festkörperreibung und teilweise Flüssigkeitsreibung eintritt.According to an additional feature of the invention according to claim 8 the sliding pads made of aluminum alloys, copper alloys or Plastics exist. Such materials are suitable because of their good sliding properties, especially when the liquid pressure due to excessive load or too low sliding speed is unable to completely separate the sliding surfaces, so that partly solid friction and partly fluid friction entry.
Schließlich geht aus Anspruch 9 hervor, daß die Ober- und Unterseiten der Gleitkissen in axialer Richtung keilförmig ausgebildet sein kön nen. In Verbindung mit zwei planen Axiallagerscheiben kann auf diese Weise wiederum ein ölgefüllter, keilförmiger Spalt realisiert werden, der den Käfig durch zusätzliche axiale Stützkräfte entlastet.Finally, it is apparent from claim 9 that the top and bottom sides the sliding pad can be wedge-shaped in the axial direction nen. In conjunction with two flat thrust bearing washers, this can be used An oil-filled, wedge-shaped gap can be realized, which relieves the cage by additional axial support forces.
In Weiterbildung der Erfindung nach dem unabhängigen Anspruch 10 ist es auch möglich, daß eine äußere oder innere Umfangsfläche des Käfigs mit einer ihr gegenüberliegenden Gleitfläche jeweils einen mit einem Schmiermittel gefüllten keilförmigen Spalt bildet, wobei der Spalt durch Verlagerung des Mittelpunktes des Käfigs gegenüber dem Mittel punkt der Gleitfläche gebildet ist.In a development of the invention according to independent claim 10 it is also possible that an outer or inner peripheral surface of the cage with an opposing sliding surface one with one Lubricant-filled wedge-shaped gap forms, the gap by shifting the center of the cage from the center point of the sliding surface is formed.
Der auf diese Weise realisierte keilförmige Spalt erlaubt ebenfalls eine radiale hydrodynamische Lagerung des Käfigs mit seinen bereits beschriebenen Vorteilen. Hinzu kommt, daß bei dieser Lagervariante der Käfig nicht mit Gleitkissen zu versehen werden braucht.The wedge-shaped gap realized in this way also allows a radial hydrodynamic bearing of the cage with its already advantages described. In addition, the bearing variant of the The cage does not need to be provided with sliding pads.
Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläu tert. Es zeigen:The invention is explained in more detail using the following exemplary embodiments tert. Show it:
Fig. 1 einen Axialkäfig in Draufsicht mit daran befestigten Gleitkissen; Figure 1 is an axial cage in plan view with sliding pads attached.
Fig. 2 eine vergrößerte Einzelheit aus Fig. 1, geschnitten dargestellt; FIG. 2 shows an enlarged detail from FIG. 1, shown in section;
Fig. 3 einen Axialkäfig in Draufsicht mit exzentrischer An ordnung innerhalb der Gleitfläche. Fig. 3 shows an axial cage in plan view with an eccentric arrangement within the sliding surface.
In Fig. 1 ist ein außengeführter Axialkäfig 1 darstellt, der mit Taschen 2 für die Aufnahme von Wälzkörpern 3 ausgestattet ist. Diese Taschen 2 sind in radialer Richtung von außen durch eine Bohrung gefertigt worden. In ihrer offenen Richtung sind diese Taschen 2 durch mit dem Axialkäfig 1 an seiner äußeren Umfangsfläche 5 verbundene Gleitkissen 4 verschlossen. Bei einem innengeführten Axialkäfig 1 werden die Gleitkissen 4 an der inneren Umfangsfläche 6 befestigt.In Fig. 1, an externally guided axial cage 1 is shown, which is equipped with pockets 2 for receiving rolling elements 3 . These pockets 2 have been made in the radial direction from the outside through a bore. In their open direction, these pockets 2 are closed by sliding pads 4 connected to the axial cage 1 on its outer peripheral surface 5 . In the case of an internally guided axial cage 1 , the sliding pads 4 are fastened to the inner peripheral surface 6 .
Wie aus der genannten Figur weiter erkennbar, ist im vorliegenden Beispiel der äußere Umfang des Axialkäfigs 1 als ein Vieleck mit 31 Ecken bzw. Kanten und genauso vielen Wälzkörpern 3 ausgebildet. Der Einfachheit halber ist in der genannten Figur die den Gleitkissen 4 in radialer Richtung gegenüberliegende Gleitfläche 8 nicht dargestellt.As can also be seen from the figure mentioned, in the present example the outer circumference of the axial cage 1 is designed as a polygon with 31 corners or edges and just as many rolling elements 3 . For the sake of simplicity, the sliding surface 8 opposite the sliding pad 4 in the radial direction is not shown in the figure mentioned.
Aus der vergrößerten Einzelheit in Fig. 2 ist erkennbar, daß der Schmierungsspalt 7 durch die keilförmige Ausbildung der Oberfläche des Gleitkissens 4 und der gegenüberliegenden Gleitfläche 8 mit rotations symmetrischer Kontur gebildet wird. Diese Gleitfläche 8 kann bei spielsweise durch ein Gehäuse oder ein Wellenteil gebildet sein.From the enlarged detail in Fig. 2 it can be seen that the lubrication gap 7 is formed by the wedge-shaped design of the surface of the sliding pad 4 and the opposite sliding surface 8 with a rotationally symmetrical contour. This sliding surface 8 can be formed, for example, by a housing or a shaft part.
Die Gleitkissen 4 sind an dem Axialkäfig 1 kraftschlüssig durch Befe stigungsschrauben 9 verankert.The sliding pads 4 are anchored to the axial cage 1 by fastening screws 9 .
Es ist ferner erkennbar, daß durch die Ausbildung der äußeren Umfangs fläche 5 des Axialkäfigs 1 als Vieleck und der den Wälzkörpern 3 zugewandten Seite der Gleitkissen 4 als plane Kontur ein flächenmäßi ger Anlauf der Stirnseiten der Wälzkörper 3 an den Gleitkissen 4 gegeben ist.It can also be seen that through the formation of the outer circumferential surface 5 of the axial cage 1 as a polygon and the side facing the rolling elements 3 of the sliding pad 4 as a flat contour a flächischemi start of the end faces of the rolling elements 3 on the sliding pad 4 is given.
Unter der Voraussetzung, daß die in den Spalt 7 mitgenommene Schmier flüssigkeit inkompressibel ist und seitlich nicht ausweichen kann, muß deren Strömungsgeschwindigkeit an der schmalsten Stelle des Spaltes 7 in der Mitte der Gleitkissen 4 größer sein, als an den breiteren Stel len des Spaltes 7 in Höhe der Befestigungsschrauben 9. Diese höhere Strömungsgeschwindigkeit erzeugt nun, wie bereits beschrieben, eine Erhöhung des hydrodynamischen Druckes im Spalt 7, die wiederum Voraus setzung für das Entstehen einer Kraft ist.Provided that the lubricant carried in the gap 7 is incompressible and cannot escape laterally, the flow velocity at the narrowest point of the gap 7 in the middle of the sliding pad 4 must be greater than at the wider positions of the gap 7 in Height of the fastening screws 9 . This higher flow rate now produces, as already described, an increase in the hydrodynamic pressure in the gap 7 , which in turn is a prerequisite for the generation of a force.
Da die Oberflächen der Gleitkissen 4 keilförmig in Form eines Sattel daches ausgebildet sind, d. h. nach beiden Richtungen abfallen, ist eine hydrodynamische Lagerung des Axialkäfigs 1 bei beiden Drehrich tungen möglich. Sowohl bei einer Drehbewegung des Axiallagers im Uhrzeigersinn als auch im entgegengesetzten Uhrzeigersinn wird durch die doppelkeilförmige Ausbildung des Spaltes 7 eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Schmiermittels erreicht.Since the surfaces of the sliding pads 4 are wedge-shaped in the form of a saddle roof, ie they fall in both directions, hydrodynamic mounting of the axial cage 1 is possible in both directions of rotation. Both when the axial bearing rotates clockwise and counterclockwise, the double wedge-shaped design of the gap 7 increases the flow rate of the lubricant.
Nach Fig. 3 ist ein außengeführter Axialkäfig 10 dargestellt, der über den gesamten Umfang verteilt in radialer Richtung mit Taschen 11 für die Aufnahme von Wälzkörpern 12 versehen ist. Aus Vereinfachungs gründen wurden jedoch nur zwei Taschen mit Wälzkörpern dargestellt.According to FIG. 3, an externally guided axial cage 10 is shown, which is distributed over the entire circumference in the radial direction provided with pockets 11 for receiving rolling bodies 12th For reasons of simplification, however, only two pockets with rolling elements were shown.
Dieser Axialkäfig 10 ist mit seinen Wälzkörpern 12 und nicht darge stellten zugehörigen Axiallagerscheiben in einer kreisförmigen Auf nahmebohrung 13 angeordnet, deren Wandung eine Gleitfläche 14 für eine äußere Umfangsfläche 15 des Käfigs 10 bildet. Das Lager bzw. der Käfig 10 ist mit seinem Mittelpunkt 16 in der Aufnahmebohrung 13 gegenüber deren Mittelpunkt 17 versetzt angeordnet, so daß bedingt durch die Versetzung 18 zwischen der äußeren Umfangsfläche 15 des Käfigs 10 und der gegenüberliegenden Gleitfläche 14 ein Spalt 19 gebildet wird. Dieser Spalt 19, der ausgehend von seiner geringsten Dicke zunächst bis zu seiner maximalen Dicke in radialer Richtung zunimmt und an schließend wieder auf seinen ursprünglichen Ausgangswert abfällt, ist mit Öl gefüllt und wird zur radialen hydrodynamischen Lagerung des Käfigs 10 benutzt.This axial cage 10 is arranged with its rolling elements 12 and associated Darge axial bearing washers in a circular receiving bore 13 , the wall of which forms a sliding surface 14 for an outer peripheral surface 15 of the cage 10 . The bearing or the cage 10 is offset with its center 16 in the receiving bore 13 with respect to its center 17 , so that a gap 19 is formed due to the offset 18 between the outer peripheral surface 15 of the cage 10 and the opposite sliding surface 14 . This gap 19 , which initially increases from its smallest thickness to its maximum thickness in the radial direction and then drops back to its original starting value, is filled with oil and is used for the radial hydrodynamic mounting of the cage 10 .
Um die keilförmige Ausbildung des Spaltes 19 besonders hervorzuheben, wurde in Fig. 3 der Radius 20 der Aufnahmebohrung 13 wesentlich größer als der Radius 21 des Käfigs 10 dargestellt. In der Realität ist der Unterschied beider Radien jedoch nur geringfügig. In order to emphasize the wedge-shaped design of the gap 19 , the radius 20 of the receiving bore 13 was shown in FIG. 3 as being substantially larger than the radius 21 of the cage 10 . In reality, however, the difference between the two radii is only slight.
BezugszeichenReference numerals
1 Axialkäfig
2 Tasche
3 Wälzkörper
4 Gleitkissen
5 äußere Umfangsfläche
6 innere Umfangsfläche
7 Spalt
8 Gleitfläche
9 Befestigungsschraube
10 Axialkäfig
11 Tasche
12 Wälzkörper
13 Aufnahmebohrung
14 Gleitfläche
15 äußere Umfangsfläche
16 Mittelpunkt
17 Mittelpunkt
18 Versetzung
19 Spalt
20 Radius
21 Radius
22 innere Umfangsfläche 1 axial cage
2 pockets
3 rolling elements
4 sliding pads
5 outer peripheral surface
6 inner peripheral surface
7 gap
8 sliding surface
9 fastening screw
10 axial cage
11 pocket
12 rolling elements
13 location hole
14 sliding surface
15 outer peripheral surface
16 center point
17 center point
18 transfer
19 gap
20 radius
21 radius
22 inner peripheral surface
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