DE69527230T2

DE69527230T2 - Lager

Info

Publication number: DE69527230T2
Application number: DE69527230T
Authority: DE
Inventors: Lionel Duchamp; Patrick Lorriette
Original assignee: AGCO SA; Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
Current assignee: NTN SNR Roulements SA; AGCO SA
Priority date: 1994-05-17
Filing date: 1995-05-12
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2015-05-13
Also published as: GB2290837A; DE69527230D1; JP2840933B2; US5722167A; EP0683329B1; EP0683329A1; GB9409794D0; GB2290837B; JPH08114235A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit einem Lager, welches zwei relativ zueinander verdrehbare Komponenten besitzt, und gestattet die Festlegung einer gewünschten Durchflussrate zwischen den Elemente. Die Erfindung kann bei einem Lager angewendet werden, bei dem die zwei Teile relativ zueinander rotieren, wobei eine unter Druck stehende Flüssigkeit auf der einen Seite des Lagers und eine drucklose Flüssigkeit oder ein Flüssigkeitsspiegel unterhalb des Lagers auf der anderen Seite vorhanden ist.
Im Stand der Technik wird ein Lager zwischen zwei relativ zueinander verdrehbaren Teilen in Verbindung mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit auf einer Seite des Lagers und einer drucklosen Flüssigkeit oder eines Flüssigkeitsspiegels unterhalb des Lagers auf der anderen Seite in Verbindung mit einer Dichtung eingesetzt, wobei die Dichtung zusätzlich zu dem Lager vorgesehen ist, um eine nicht akzeptable Durchflussrate der Flüssigkeit zu verhindern. Dies ist insofern nachteilig, als zwei separate Teile mit entsprechend hohen Kosten und Problemen des Verschleißes der Dichtung, der Deformation der Dichtung und der Fixierung der Dichtung entstehen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Lager bereitzustellen, welches unter den oben beschriebenen Bedingungen eingesetzt werden kann.
In der FR-A-146115 wird ein Lager beschrieben, welches eine Dichtung an dem Außenring aufweist und einen ringförmigen Spalt zwischen der Dichtung und dem Innenring bildet. Diese Anordnung zielt darauf ab, eine wirksame Dichtung des Lagers herbeizuführen, um den Durchtritt von Fett zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Anordnung bereit, wie sie im Anspruch 1 definiert wird.
Die Erfindung erbringt den Vorteil, dass die Teile des Lagers, die die Durchflussrate der Flüssigkeit bestimmen, keinem Verschleiß, keiner Deformation oder auch keiner Alterung unterliegen, so dass die Durchflussrate im wesentlichen über die Lebensdauer des Lagers konstant ist.
Die Dimensionen des Lagers und insbesondere der im wesentlichen ringförmigen Kammer können so festgelegt sein, dass die Länge L 2-1000 mal größer ist als die Breite j. Vorzugsweise sind die Dimensionen so, dass die Länge L 10-1000 mal größer als die Breite j ist, oder 50-1000 mal größer als die Breite j.
Die im wesentlichen ringförmige Kammer kann einen rechteckigen oder einen nicht-rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Das teilweise wirksame Dichtelement kann ein separates Teil, welches mit dem Innenring oder dem Außenring, je nach Anwendungsfall, verbunden wird, sein. Es besteht auch die Möglichkeit, das Dichtelement als integralen Bestandteil mit einem der beiden Teile, also entweder dem Innenring oder dem Außenring zu gestalten. Die Rollelemente können von jeder geeigneten Gestalt sein, beispielsweise als Kugeln oder Walzen.
Das Lager kann Anwendung finden, wenn sich auf der einen Seite Flüssigkeit unter Druck befindet und auf der anderen Seite keine Flüssigkeit oder im wesentlichen eine drucklose Flüssigkeit angeordnet ist, jeweils betrachtet im wesentlichen von der ringförmigen Kammer aus. Die Dimensionen der im wesentlichen ringförmigen Kammer können so ausgewählt werden, dass der gewünschte Flüssigkeitsdurchtritt durch das Lager stattfindet.
Ausführungsbeispiele nach der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Beispielen und mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein typisches Lager nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 einen Schnitt durch ein Lager in einer Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3-8 Schnittansichten weiterer Ausführungsformen von Lagern nach der vorliegenden Erfindung und
Fig. 9+10 teilweise geschnittene Ansichten von zwei weiteren Ausführungsformen mit den wesentlichen ringförmigen Kammern mit nicht-rechteckigem Querschnitt.
Gemäß Fig. 1 ist ein Lager 10 um eine Welle S angeordnet und trägt einen Teil P in der Weise, dass die Welle E und der Teil P sich relativ zueinander verdrehen können. Auf einer Seite (in Fig. 1 links) befindet sich eine Flüssigkeit F links neben dem Lager 10 und dem Teil P. Die Flüssigkeit F, beispielsweise Öl, steht unter einem niedrigen Druck. Auf einer zweiten Seite (in Fig. 1 rechts) rechts von dem Lager 10 und dem Teil P ist der Flüssigkeitsspiegel niedriger als das Lager und nicht dargestellt.
Gemäß Fig. 2 weist das Lager 10 einen Innenring 11, einen Außenring 12, Kugeln 13 in einem Käfig 14 auf, der zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet ist. Das Lager besitzt einen teilweise wirksamen Dichtungsring 15. Die Kugeln 13 sind mit radialem Spiel c zwischen dem Innenring und dem Außenring 11, 12 angeordnet, wie dies aus Fig. 2a hervorgeht. Zwischen dem Außenring 12 und dem teilweise wirksamen Dichtungsring 15 wird eine ringförmige Kammer 17 der Länge L und der Breite j gebil det, wobei j geringfügig größer als das radiale Spiel c ist. Die Kammer 17 gestattet einen begrenzten Durchtritt der unter Druck stehenden Flüssigkeit F durch das Lager 10 hindurch.
Es versteht sich, dass die Dimensionen des Lagers 10 an eine spezielle Anwendung angepasst bzw. berechnet sind, so dass die Durchflussrate durch das Lager in einer akzeptablen oder sogar erforderlichen Rate liegt. Dabei wird unterstellt, dass die Durchflussrate durch die ringförmige Kammer 17 laminar ist und insoweit am besten durch das Gesetz nach Poiseuille beschrieben wird:
Q = /12·D·j3·ΔP/u·L
wobei Q die Durchflussrate durch das Lager 10, D der äußere Durchmesser der ringförmigen Kammer 17, ΔP die Druckdifferenz durch die ringförmige Kammer 17, u die dynamische Viskosität der Flüssigkeit und j und L die Breite und Länge der ringförmigen Kammer 17 sind, wie dies in Fig. 2 ersichtlich ist. Der Durchtritt von Flüssigkeit durch die ringförmige Kammer entspricht nur ungefähr der Rohrströmung. Aus diesem Grunde ist die Anwendung des Gesetzes nach Poiseuille nicht genau, gestattet jedoch zumindest die Angabe einer Größenordnung durch Berechnung. Zusätzlich verändert sich die dynamische Viskosität u der Flüssigkeit mit der Temperatur. Die Berechnungen werden deshalb bei Betriebstemperatur in der entsprechenden Anwendung durchgeführt.
Bei den meisten Anwendungen stehen die in dem Gesetz nach Poiseuille vorhandenen Variablen im wesentlichen vorher fest, bevor das Lager ausgelegt wird, beispielsweise die dynamische Viskosität u der Flüssigkeit, die Druckdifferenz ΔP, der äußere Durchmesser der ringförmigen Kammer D und die Länge der ringförmigen Kammer L. Demzufolge besteht die einzig wirkliche Variable bei der Auslegung in der Breite j der ringförmigen Kammer.
Eine beispielhafte Anwendung des Lagers 10 im Rahmen einer Nasskupplung wurde mit folgenden Parameterwerten durchgeführt: u = 1,848 m²s&supmin;¹ (bei 80ºC), D = 102 mm, L = 3,7 mm und ΔP = 6 · 10&sup4; Pa. Die Breite j der ringförmigen Kammer 17 betrug 64 um bei einer Produktionstoleranz von 35 um bis 93 un und die theoretische Durchflussrate 368 cm³min&supmin;¹, bzw. variierend von 60 cm³min&supmin;¹ bis 1130 cm³min&supmin;¹ entsprechend den Produktionstoleranzen.
Die Querschnittsgestalt des teilweise wirksamen Dichtungsrings 15 und seine Anordnung an dem Innenring 11 oder dem Außenring 12 können in geeigneter Weise für die jeweilige Anwendung gewählt werden oder entsprechend dem einfachen Aufbau der Konstruktion und seiner Haltbarkeit. Die Fig. 3-8 zeigen im Querschnitt sechs Alternativen des teilweise wirksamen Dichtungsrings 15 in Verbindung mit der jeweiligen Form der im wesentlichen ringförmigen Kammer 17, die so gebildet wird. Die Fig. 4 und 5 zeigen einen Dichtungsring 15, der an dem Innenring 11 angeordnet ist, wie dies auch gemäß Fig. 2 gezeigt wird, während die Fig. 3, 6, 7 und 8 die Anordnung des Dichtungsrings 15 an dem Außenring 12 wiedergeben. Die Gestaltungen des Querschnitts der Dichtungsringe 15 der Fig. 2-8 stellen nur Beispiele dar und sind nicht als einzig mögliche Querschnittsgestaltungen zu verstehen, die die Ausführungsmöglichkeiten des Lagers 10 aufweisen können.
Die ringförmige Kammer 17, wie sie in jeder der Fig. 2-8 gezeigt wird, besitzt im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, d. h. mit parallel zueinander verlaufenden Seiten. Diese Gestaltung muss jedoch nicht notwendigerweise eingehalten werden. Die Fig. 9 und 10 zeigen zwei Ausführungsbeispiele, bei denen die ringförmige Kammer einen nicht-rechteckigen Querschnitt besitzt. Gemäß Fig. 9 beruht die Gestaltung des Querschnittes auf der Gestalt des Dichtungsrings 15 allein, während gemäß Fig. 10 die Gestaltung des Innenrings 11 und des Dichtungsrings 15 beide dazu beitragen, und so die ringförmige Kammer 17 bilden.
Der teilweise wirksame Dichtungsring 15, wie er in den Fig. 2-8 dargestellt ist, ist als separates Teil ausgebildet und entweder mit dem Innenring 11 oder dem Außenring 12 verbunden. Die Verbindung kann auf jede geeignete Weise durchgeführt werden, beispielsweise durch Schweißen, Kleben oder mit Hilfe eines Rastelementes oder eines Rückhalteelementes. Es ist jedoch auch möglich, dass der teilweise wirksame Dichtungsring 15 alternativ als integrales Bauteil mit entweder dem Innenring oder dem Außenring ausgebildet sein kann.
Die für die Ausbildung des Lagers verwendbaren Materialien können auf den jeweiligen Anwendungsfall, in dem das Lager eingesetzt wird, abgestimmt werden.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele weisen Rollelemente in der Form von Kugeln 13 auf. Die Erfindung kann jedoch auf Lager angewendet werden, die Rollelemente in anderer Form, beispielsweise in Walzenform, aufweisen. Zusätzlich kann das Lager 10 auch eine Mehrzahl von in Reihen angeordneten Rollelementen anstatt einer einzelnen Reihe, wie dargestellt, aufweisen.
Der teilweise wirksame Dichtungsring 15 des Lagers 10 kann zwischen den Rollelementen 13 und der unter Druck stehenden Flüssigkeit F oder aber auch auf der Seite der Rollelemente 13 angeordnet sein, die der Flüssigkeit F abgekehrt ist. Im ersteren Falle muss der Durchsatz der Flüssigkeit durch das Lager hinreichend sein, um eine Schmierwirkung des Lagers zu erbringen. In letzterem Falle befinden sich die Rollelemente immer in der unter Druck stehenden Flüssigkeit und sind damit entsprechend geschmiert, wobei sie jedoch infolge der allseitigen Umspülung einen Widerstand darstellen.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Lager 10 zwischen einem Teil P und einer Welle S angeordnet, die beide drehbar sind. Das Lager 10 kann natürlich auch dann genau so gut angewendet werden, wenn normalere Einsatzfälle vorliegen, wie beispielsweise in Situationen, bei denen entweder der Teil P oder die Welle S nicht drehbar angeordnet sind.
Das Lager 10 besitzt die folgenden Vorteile gegenüber bekannten Lagern und Dichtkombinationen. In erster Linie ersetzt das Lager 10 als eine Einheit zwei Teile, nämlich ein Lager und eine Dichtung, wodurch die Kosten reduziert und die Konstruktion vereinfacht wird. In zweiter Hinsicht erbringt das Lager 10 eine teilweise Flüssigkeitsabdichtung, die keinem Verschleiß unterliegt, der die Anwendung der Dichteigenschaften beeinträchtigen könnte.

Claims

1. Anordnung mit zwei Teilen (S. P) und einem dazwischengeschalteten Lager (10), das eine relative Verdrehung der Teile (S. P) zueinander ermöglicht und sich auf der einen Seite des Lagers (10) eine Flüssigkeit (F) mit einem ersten Druck und auf der anderen Seite eine Flüssigkeit mit einem zweiten, vergleichsweise niedrigeren Druck oder eine Flüssigkeit mit einem Flüssigkeitsspiegel unterhalb des Lagers befinden und das Lager für den Durchtritt der Flüssigkeit ausgebildet ist, wobei die Flüssigkeit eine dynamische Viskosität u und der Durchtritt der Flüssigkeit mit einer Rate Q erfolgt:

(a) Das Lager (10) weist einen Innenring (11), einen Außenring (12), eine Mehrzahl Rollelemente (13) zwischen dem Innen- und dem Außenring (11, 12) und ein teilweise wirksames Dichtelement (15), das zwischen dem Innen- und dem Außenring (11, 12) angeordnet und entweder mit dem Innenring (11) oder dem Außenring (12) benachbart zu den Rollelementen verbunden ist, auf und das teilweise wirksame Dichtelement (15) bildet eine im wesentlichen ringförmige Kammer (17) mit einem Außendurchmesser D, einer Länge L und einer Breite j.

(b) Der Durchmesser D, die Länge L und die Breite j sind im wesentlichen nach der Formel

Q = /12·D·j3·ΔP/u·L

festgelegt, wobei ΔP die Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Lagers (10) ist.

2. Eine Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimensionen der im wesentlichen ringförmigen Kammer (17) so festgelegt sind, dass die Länge L 2 bis 1000 mal größer als die Breite j ist.

3. Eine Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimensionen der im wesentlichen ringförmigen Kammer (17) so festgelegt sind, dass die Länge L 10 bis 1000 mal größer als die Breite j ist.

4. Eine Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimensionen der im wesentlichen ringförmigen Kammer (17) so festgelegt sind, dass die Länge L 50 bis 1000 mal größer als die Breite j ist.

5. Eine Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das teilweise wirksame Dichtelement (15) auf der Seite der Rollelemente (13) angeordnet ist, die dem höheren Umgebungsdruck ausgesetzt ist.

6. Eine Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit ein Schmiermittel ist und dass die Durchtrittsrate Q der Flüssigkeit auf ein zum Schmieren des Lagers ausreichende Rate begrenzt ist.

7. Eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das teilweise wirksame Dichtelement (15) auf der Seite der Rollelemente (13) angeordnet ist, die dem niedrigeren Umgebungsdruck ausgesetzt ist.