-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein geschlossenes dynamisches Drucklager.
-
Es
steht derzeit ein geschlossenes dynamisches Drucklager zur Verfügung, das
ein drehendes Element, welches aus einem Wellenkörper und einem an einem Ende
des Wellenkörpers
vorgesehenen Flansch gebildet ist, und ein Gehäuse zum Aufnehmen des Flansches
des drehenden Elements im geschlossenen Zustand aufweist, wobei
Nuten zum Erzeugen eines dynamischen Drucks an beiden axialen Stirnflächen des
Flansches ausgebildet sind.
-
Bei
diesem herkömmlichen
geschlossenen dynamischen Drucklager senkt sich, wenn das drehende
Element vertikal eingebaut wird, das drehende Element vor der Aktivierung
aufgrund der Schwerkraft ab, so dass die abgesenkte Stirnfläche des Flansches
und die Aufnahmefläche
des Gehäuses, die
der unteren Stirnfläche
des Flansches gegenüberliegt,
miteinander in Kontakt oder in einen Zustand gebracht werden, in
dem nur eine extrem dünne Membran
aus Arbeitsfluid zwischen diesen Flächen vorhanden ist. In diesem
Zustand versuchen bei aktiviertem drehenden Element beispielsweise
die V-förmigen Nuten
zum Erzeugen eines dynamischen Drucks, das Arbeitsfluid in Richtung
eines radialen Zentrums dieser Nuten gleichzeitig zu beiden axialen Stirnflächen des
Flansches zu transportieren. Da jedoch das Gehäuse im geschlossenen Zustand
den Flansch enthält,
besteht ein Problem darin, dass ein Unterdruck zwischen der oberen
Stirnfläche
des Flansches und dem Gehäuse
erzeugt wird, wodurch es unmöglich
ist, das Arbeitsfluid in ausreichendem Maße an eine Stelle, insbesondere
einen radial inneren Teil, zwischen der Aufnahmefläche des
Gehäuses
und der unteren Stirnfläche
des Flansches einzubringen, wo ursprünglich nur eine kleine Menge
des Arbeitsfluids vorhanden ist. Dabei stellt sich zum Zeitpunkt
der Aktivierung des drehenden Elements ein Zustand ein, in dem eine
unzureichende Menge an Arbeitsfluid zwischen der unteren Stirnfläche und
der Aufnahmefläche
vorhanden ist. Folglich besteht ein weiteres Problem darin, dass
kein ausreichender dynamischer Druck zum Lagern des Flansches erzeugt werden
kann, wodurch das dynamische Drucklager seine Funktion als dynamisches
Drucklager nicht erfüllen
kann und die Stirnfläche
des Flansches beschädigt
wird.
-
In
US 5,433,529 ist ein offenes
dynamisches Drucklager beschrieben, bei dem die Welle über den Flansch
hinaus vorsteht. Der Flansch weist Löcher auf, die axial durch den
Flansch verlaufen. Die Löcher
sind radial innerhalb einer ringförmigen Region ausgebildet,
in der Nuten zum Erzeugen eines dynamischen Drucks vorgesehen sind.
-
ZUSAMMENFASSENDER ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geschlossenes
dynamisches Drucklager bereitzustellen, das in der Lage ist, einen
ausreichenden dynamischen Druck zum axialen Lagern des Flansches
zu Beginn der Aktivierung zu erzeugen, wobei die Stirnfläche o. dgl.
niemals beschädigt werden.
-
Das
erfindungsgemäße geschlossene
dynamische Drucklager ist in Anspruch 1 definiert.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt ein geschlossenes dynamisches Drucklager
bereit, das aufweist: ein drehendes Element mit einem Wellenkörper und
einem Flansch an einem Ende des Wellenkörpers; und ein Gehäuse zum
Aufnehmen des Flansches des drehenden Elements im geschlossenen
Zustand, wobei Nuten zum Erzeugen eines dynamischen Drucks an einer
Stirnfläche
des Flansches oder an einer Aufnahmefläche des Gehäuses gegenüber der Stirnfläche ausgebildet
sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch min destens ein Loch
aufweist, das axial durch den Flansch verläuft und radial in einer ringförmigen Region
ausgebildet ist, in der die Nuten zum Erzeugen eines dynamischen
Drucks vorgesehen sind.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen geschlossenen dynamischen
Drucklager durchläuft,
wenn sich das drehende Element in denjenigen Zustand dreht, in dem
der Wellenkörper
des drehenden Elements vertikal angeordnet ist, das zwischen der
oberen Stirnfläche
des Flansches und der Aufnahmefläche
des Gehäuses
befindliche Arbeitsfluid die durch den Flansch verlaufenden Löcher, um
zwischen die untere Stirnfläche
des Flansches und die Aufnahmefläche
des Gehäuses
zu gelangen, so dass eine ausreichende Menge an Arbeitsfluid zu
den Nuten zum Erzeugen eines dynamischen Drucks geliefert werden kann.
Daher wird ein ausreichender dynamischer Druck zum axialen Lagern
des Flansches erzeugt, wodurch das dynamische Drucklager seine Funktion als
dynamisches Drucklager erfüllen
kann und die Möglichkeit
einer Beschädigung
der unteren Stirnfläche
des Flansches und der dieser gegenüberliegenden Aufnahmefläche des
Gehäuses
eliminiert wird.
-
Erfindungsgemäß macht
die Gesamtsumme der Querschnittsflächen des Lochs oder der Löcher mindestens
1/30 der Fläche
der ringförmigen
Region aus.
-
Bei
dem geschlossenen dynamischen Drucklager gemäß dieser Ausführungsform
macht die Gesamtsumme der Querschnittsfläche der Löcher mindestens 1/30 der ringförmigen Region
aus, so dass eine ausreichende Menge an Arbeitsfluid bei einer spezifizierten
Drehzahl zu der unteren Stirnfläche
des Flansches geliefert wird, wodurch ein ausreichender dynamischer
Druck erzeugt werden kann. Dies wurde experimentell verifiziert.
-
Bei
einer Ausführungsform
ist ein Ölsumpf an
der Aufnahmefläche
des Gehäuses
oder an der Stirnfläche
des Flansches derart vorgesehen, dass der Ölsumpf zumindest teilweise
der ringförmigen Region
gegenüberliegt
oder diese überlappt.
-
Bei
dem geschlossenen dynamischen Drucklager gemäß dieser Ausführungsform
erfolgt, da ein Ölsumpf
an der Aufnahmefläche
des Gehäuses
oder an der Stirnfläche
des Flansches derart vorgesehen ist, dass der Ölsumpf zumindest teilweise der
ringförmigen
Region gegenüberliegt
oder diese überlappt,
die Zufuhr des Arbeitsfluids zu der unteren Stirnfläche des
Flansches bei der Aktivierung des drehenden Elements auch von dem Ölsumpf aus. Dies
ermöglicht
eine zuverlässigere
Erzeugung eines dynamischen Drucks durch die Nuten zum Erzeugen eines
dynamischen Drucks.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Die
vorliegende Erfindung wird anhand der nachstehenden detaillierten
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen, die nur erläuternder
Natur sind, besser verständlich.
Es zeigen:
-
1A eine
Schnittansicht eines dynamischen Drucklagers gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
-
1B eine
Draufsicht der oberen Stirnfläche
eines Flansches; und
-
2 das
Gleit-Maß eines
drehenden Elements im Vergleich zu dem Verhältnis einer Gesamtfläche der
Löcher
zu einer ringförmigen
Region.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Im
folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand einer Ausführungsform
der Erfindung, die in den beliegenden Zeichnungen dargestellt ist,
näher erläutert.
-
1A zeigt
eine Schnittansicht einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
Gemäß 1A weist
ein drehendes Element 3 einen Wellenkörper 4 und einen an
einem Ende des Wellenkörpers
befestigten Flansch 1 auf. Der Wellenkörper 4 und der Flansch 1 werden
von dem Gehäuse 2 radial
und axial getragen. Der Flansch 1 ist im geschlossenen
Zustand in dem Gehäuse 2 aufgenommen.
Sowohl an der oberen als auch an der unteren Stirnfläche 5, 6 des
Flansches 1 sind V-förmige
Nuten 8 zum Erzeugen eines dynamischen Drucks in einer
ringförmigen
Region 7 ausgebildet, wie in 1A, 1B gezeigt.
Diese ringförmige
Region 7 ist eine Region zwischen einem Kreis 9 und
einem Kreis 10, wie in 1B dargestellt.
-
Radial
in der ringförmigen
Region 7 des Flansches 1 sind acht Durchgangslöcher 11 äquidistant
am Umfang ausgebildet. Die Gesamtsumme der Querschnittsflächen dieser
Durchgangslöcher 11 macht
mindestens 1/30 der Fläche
der ringförmigen Region
aus.
-
An
einer der unteren Stirnfläche 6 des
Flansches 1 gegenüberliegenden
Aufnahmefläche 12 sind
mehrere Ölsümpfe 13 vorgesehen,
die teilweise der ringförmigen
Region 7 gegenüberliegen.
Diese Ölsümpfe 13 sind
an ihrer radialen Innenseite sanft derart gebogen, dass ein Arbeitsfluid 14 leicht
aus diesen in Richtung der Nuten 8 zum Erzeugen eines dynamischen
Drucks strömen
kann.
-
Nuten 15 zum
Erzeugen eines dynamischen Drucks sind derart an dem Wellenkörper 4 ausgebildet,
dass der Wellenkörper 4 von
einem dynamischen Druck radial getragen wird.
-
Wenn
bei dem geschlossenen dynamischen Drucklager mit der oben beschriebenen
Konfiguration das drehende Element 3 vertikal eingebaut
wird, senkt sich der Flansch 1 vor dem Start aufgrund seines
Eigengewichts ab, so dass die untere Stirnfläche 6 des Flansches 1 und
die der unteren Stirnfläche 6 des
Flansches 1 gegenüberliegende
Aufnahmefläche
des Gehäuses 2 miteinander in
Kontakt oder in einen Zustand gebracht werden, in dem nur eine extrem
dünne Membran
aus Arbeitsfluid 14 zwischen diesen Flächen vorhanden ist. In diesem
Zustand versuchen bei aktiviertem drehenden Element 3 die V-förmigen Nuten 8 zum
Erzeugen eines dynamischen Drucks, das Arbeitsfluid 14 in
Richtung eines radialen Zentrums dieser Nuten 8 zu transportieren. Dabei
stehen ein zwischen der oberen Stirnfläche 5 des Flansches 1 und
der Aufnahmefläche 12 des
Gehäuses 2 gebildeter
Raum und ein zwischen der unteren Stirnfläche 6 des Flansches 1 und
der Aufnahmefläche 12 des
Gehäuses 2 gebildeter
Raum über die
radial in der ringförmigen
Region 7 in den Flansch 1 gebohrten Löcher 11 miteinander
in Verbindung. Daher strömt
das Arbeitsfluid 14 wie durch Pfeile E, F in 1A dargestellt
derart durch die Löcher 11, dass
das Arbeitsfluid 14 zwischen die untere Stirnfläche 6 des
Flansches 1 und die Aufnahmefläche 12 des Gehäuses 2 geliefert
wird. Folglich wird, selbst wenn das Gehäuse 2 den Flansch 1 in
geschlossenem Zustand enthält,
kein Unterdruck zwischen der oberen Stirnfläche 5 des Flansches 1 und
dem Gehäuse 2 erzeugt.
Somit kann eine ausreichende Menge an Arbeitsfluid 14 zwischen
die Aufnahmefläche 12 des
Gehäuses 2 und
die untere Stirnfläche 6 des Flansches 1 und
insbesondere zu dem radial inneren Teil geliefert werden, wie durch
Pfeile D, E, F angezeigt, so dass ein dynamischer Druck von Beginn
der Aktivierung an erzeugt werden kann.
-
Wie
oben beschrieben, wird bei Start des drehenden Elements 3 eine
ausreichende Menge an Arbeitsfluid 14 der ringförmigen Region 7 der
unteren Stirnfläche 6 des
Flansches 1 derart zugeführt, dass ein ausreichender
dynamischer Druck zum axialen Tragen des Flansches 1 in
der ringförmigen
Region 7 erzeugt werden kann, in welcher die Nuten 8 zum
Erzeugen eines dynamischen Drucks ausgebildet sind. Somit kann das
geschlossene dynamische Drucklager seine Funktion als dynamisches
Drucklager erfüllen.
-
Ferner
transportieren die Nuten 8 zum Erzeugen eines dynamischen
Drucks des Flansches 1 das Arbeitsfluid 14 aus
den Ölsümpfen 13.
Das heißt, die
Nuten 8 zum Erzeugen eines dynamischen Drucks transportieren
das Arbeitsfluid 14 aus den Ölsümpfen 13, die bei
Drehung des Flansches 1 unmittelbar unter den Nuten 8 zum
Erzeugen eines dynamischen Drucks angeordnet sind. Daher wird, im
Vergleich zu dem Fall, in dem keine Ölsümpfe 13 vorgesehen
sind, das Arbeitsfluid 14 auf noch einfachere Weise zwischen
die untere Stirnfläche 6 des
Flansches 1 und die Aufnahmefläche 12 des Gehäuses 2 geliefert.
-
2 zeigt
die Beziehung des Gleit-Maßes des
drehenden Elements 3 im Vergleich zu dem Verhältnis der
Gesamtfläche
sämtlicher
Löcher 11,
durch die das Arbeitsfluid 14 zu der Fläche der ringförmigen Region 7 zirkulieren
kann. Insbesondere zeigt 2 die Beziehung des Gleit-Maßes des
drehenden Elements 3 im Vergleich zu dem Verhältnis der
Gesamtfläche
sämtlicher
Löcher 11 für das Arbeitsfluid 14 zu der
Fläche
der ringförmigen
Region 7 in einem Fall, in dem die Drehzahl des drehenden
Elements 3 auf 1000 UpM, 3000 UpM und 5000 UpM verändert wird. Bei
einem Verhältnis
von 1/30 oder mehr der Gesamtfläche
der Löcher 11 zu
der Fläche
der ringförmigen
Region 7 bei Veränderung
der Drehzahl des drehenden Elements 3 auf 1000 UpM, 3000
UpM und 5000 UpM beträgt
das Gleit-Maß des
drehenden Elements 3 ungefähr 5 μm, 5,5 μm und 6 μm und unterschreitet nicht ein
vorbestimmte Gleit-Maß von
5 μm. Entsprechend
kann, wenn das Verhältnis
der Gesamtfläche
der durch den Flansch 1 gebohrten Löcher 11 für das Arbeitsfluid 14 zu
der Fläche
der ringförmigen
Region 7 mindestens 1/30 beträgt und wenn die Drehzahl des
drehenden Elements 3 mindestens 1000 UpM beträgt, das
drehende Element 3 ein Gleit-Maß von mindestens dem vorbestimmten Gleit-Maß von 5 μm gewährleisten.
-
Obwohl
bei der oben beschriebenen Ausführungsform
die Nuten 8 zum Erzeugen eines dynamischen Drucks an den
oberen und unteren Stirnflächen 5, 6 des
Flansches 1 ausgebildet sind, können die Nuten zum Erzeugen
eines dynamischen Drucks alternativ an der den Stirnflächen gegenüberliegenden
Aufnahmefläche
des Gehäuses
ausgebildet sein.
-
Ferner
können,
obwohl nicht dargestellt, die Ölsümpfe an
den Stirnflächen
dieses Flansches vorgesehen sein. Diese Ölsümpfe können der ringförmigen Region
gegenüberliegen,
in welcher die Nuten zum Erzeugen eines dynami schen Drucks ausgebildet
sind, oder diese ringförmige
Region teilweise überlappen.
Ferner sind bei dieser Ausführungsform zwar
mehrere Ölsümpfe 13 an
dem Außenumfangsteil
der Aufnahmefläche 12 des
Gehäuses 2 vorgesehen,
sie können
jedoch auch an dem Innenumfangsteil der Aufnahmefläche des
Gehäuses
angeordnet sein. Die Ölsümpfe können ferner
als Rundloch, Kreisbogen oder Ring ausgebildet sein.
-
Wie
aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, weist das dynamische
Drucklager auf: ein drehendes Element mit einem Wellenkörper und einem
Flansch an einem Ende des Wellenkörpers; und ein Gehäuse zum
Aufnehmen des Flansches des drehenden Elements im geschlossenen
Zustand, wobei Nuten zum Erzeugen eines dynamischen Drucks an einer
Stirnfläche
des Flansches oder an einer Aufnahmefläche des Gehäuses gegenüber der Stirnfläche ausgebildet
sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch mindestens ein Loch
aufweist, das axial durch den Flansch verläuft und radial in einer ringförmigen Region
ausgebildet ist, in der die Nuten zum Erzeugen eines dynamischen
Drucks vorgesehen sind.
-
Daher
kann eine ausreichende Menge an Arbeitsfluid durch das Loch zwischen
die untere Stirnfläche
des Flansches und die der unteren Stirnfläche des Flansches gegenüberliegende
Fläche
des Gehäuses
geliefert werden. Folglich kann ein ausreichender dynamischer Druck
zum axialen Lagern des Flansches erzeugt werden, wodurch das dynamische Drucklager
beim Start seine Funktion als dynamisches Drucklager erfüllen kann
und eine Beschädigung
der Stirnfläche
des Flansches und der Aufnahmefläche
des Gehäuses
verhindert wird.
-
Ferner
macht bei dem dynamischen Drucklager gemäß dieser Ausführungsform
der Erfindung die Gesamtsumme der Querschnittsflächen des Lochs oder der Löcher mindestens
1/30 der ringförmigen Region
aus. Daher kann eine ausreichende Menge an Arbeitsfluid zwischen
die untere Stirnfläche
des Flansches und die dieser gegenüberliegende Aufnahmefläche des
Gehäuses
geliefert werden, so dass das Einhalten des vorbestimmten Gleit-Maßes gewährleistet
werden kann.
-
Ferner
ist bei einer Ausführungsform
des dynamischen Drucklagers ein Ölsumpf
derart an der Aufnahmefläche
des Gehäuses
oder an der Stirnfläche
des Flansches vorgesehen, dass der Ölsumpf zumindest teilweise
der ringförmigen
Region gegenüberliegt
oder diese überlappt.
Daher kann das Arbeitsfluid auf zuverlässigere Weise zwischen die
untere Stirnfläche
des Flansches und die dieser gegenüberliegende Aufnahmefläche des
Gehäuses
geliefert werden.