DE7729292U1

DE7729292U1 - Dynamisch gasgeschmiertes Radiallager

Info

Publication number: DE7729292U1
Application number: DE7729292U
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1977-09-02
Publication date: 1979-07-12

Description

Ri/dh 70/77

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri. & Cie., Baden (Schweiz)

Dynamisch gasgeschmiertes Radiallager

Die Erfindung bezieht sich auf ein dynamisch gasgeschmiertes Radiallager, das im wesentlichen aus einer zylindrischen Lagerschale mit einer zentrischen Bohrung besteht, wobei die zentrische Bohrung auf jeder Seite nahe dem Lagerende mit mindestens einer Ringnut versehen ist.

Aus der DT-PS 1 223 628 ist bereits ein dynamisch gasgeschmiertes Radiallager für grossen Drehzahlbereich bekannt, dessen kreiszylindrische Lauffläche der Lagerschale nahe den beiden Lagerenden mit über den Umfang verteilt ange- or jeten, an der Anlaufseite jeweils in eine Axialnut übergehenden flachen Aussparungen versehen ist. Jeder der Aussparungen ist eine eigene Axialnut zugeordnet, die sich über die Breite der Aussparung erstreckt und gemeinsam mit der Aussparung, vom Lagerspiel abgesehen, eine in sich geschlossene Tasche bildet.

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Derartige Lager sind in grossen Drehzahlbereichen funktionsfähig und gestatten Drehzahlen von mehr als 100.000 min Bei tiefen Drehzahlen übernehmen die mit den Aussparungen versehenen Lagerenden einen Teil der Belastung. Bei hohen Drehzahlen, bei denen die Tragfähigkeit des glatten Mittelteils allein genügt, übernehmen die beiden Lagerenden die äussersi; wichtige Funktion der Wellenstabilisierung. Diese Wellenstabilisierung ist notwendig, da bei gasdynamischer Schmierung die sogenannte Halbfrequenz-In^tabilität auftritt, bei der das Wellenzentrum mit halber Drehzahl um das Lagerzentrum kreist.

Das bekannte Lager erfüllt alle Bedingungen bezüglich guter Schmierung, grossem Drehzahlbereich und Wellenstabilität. Für Serienmaschinen kleiner Dimensionen, bei denen ein niedriger Herstellungspreis angestrebt wird, sind derartige Lager jedoch zu teuer, da deren Bearbeitung sehr aufwendig und schwierig ist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein dynamisch gasgeschmiertes Radiallager der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das in einem grossen Drehzahlbereich und auch bei hohen Drehzahlen sehr sicher und stabil arbeitet und das einfach und billig herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird bei einem dynamisch gasgeschmierten

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Radiallager der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Lagerschale in der bezüglich der Einbaulage des Lagers oberen Hälfte beiderseits der Vertikalachse und in einem Winkelbereich von Ί5 -60 von dieser versetzt mindestens je eine annähernd in radialer Richtung verlaufende Bohrung aufweist, in der unteren Hälfte der Lagerschale annähernd in der Vertikalachse mindestens eine Leckstelle angeordnet ist und erste Mittel zum Ausgleich der in den Bohrungen auftretenden Druckunterschiede und zweite Mittel zur Druckverminderung an der Leckstelle vorgesehen sind.

Al3 Mittel zum Ausgleich der Druckunterschiede sind die Bohrungen und die Leckst eile mit den Ringnuten verbindende Oeffnungen geeignet. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung, bei der die Mittel zum Ausgleich der Druckunterschiede einen gegen aussen abgedichteten Ringraum, in den die Bohrungen und die Leckstelle münden, sowie den Ringraum mit den Ringnuten verbindende Oeffnungen umfassen. Der Ringraum ist zweckmässigerweise zwischen der Lagerschale und einem Lagergehäuse angeordnet und mittels elastischen Ringen abgedichtet.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus einem nachstehend anhand der Zeichnurg näher erläuterten Ausführungsbeispiel .

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In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen radialen Schnitt durch ein dynamisch gasgeschmiertes Radiallager

Fi₁ ¹^. 2 einen axialen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1

Fig. 3 eine Variante der Fig. 2

Fig. 4 die Enden eines Elektromotors mit dynamisch gasgeschmierten Radiallagern und Mitteln zur Fixierung der Axiallage des Rotors.

In Fig. 1 ist ein Lager 1 dargestellt, das im wesentlichen aus einer zylindrischen Lagerschale 2 mit einer zentr:.-schen Bohrung 3 besteht, und einem in der Bohrung 3 befindlichen Lagerzapfen 4.

In der oberen Hälfte der Lagerschale 2 ist eine zur Vertikalachse um 45 in Drehrichtung versetzte, radial verlaufende erste Bohrung 5 angeordnet. Eine in radialer Richtung verlaufende zweite 3ohrung 6 ist so angeordnet, dass sie zur Vertikalachse einen Winkel von 45° gegen die Drehrichtung aufweist. In der unteren Hälfte der Lagerschale ist eine auf der Vertikalachse liegende dritte Radialboh-

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rung 7 vorgesehen. Der Pfeil gibt die Drehrichtung des Lagerzapfens an. Das bei Betrieb des Lagers 1 in der ur.teren Hälfte der Lagerschale 2 entstehende Druckprofil hat die in Fig. 1 gezeigte Form.

Fig. 2 zeigt einen axialen Schnitt nach der Linie H-II der Fig. 1. Dabei ist das im wesentlichen aus der Lagerschale 2 mit der zentrischen Bohrung 3 bestehende Lager in einem Lagergehäuse 8 eingesetzt.

Die Lagerschale 2 ist mittels Gummiringen 9, 9*₅ die in Umfangsnuten 10, 10* der Lagerschale 2 angeordnet sind, in dem Lagergehäuse 8 abgestützt. Zwischen der Lagerschale 2 und dem Lagergehäuse 8 verbleibt ein Spalt 11. Durch eine an der Mantelfläche der Lagerschale 2 angeordnete Vertiefung wird zwischen dem Lagergehäuse 8 und der Lagerschale 2 ein Ringraum 12 gebildet, der mittels der Gummiringe 9, 9* gegen aussen abgedichtet ist. Die zweite Radialbohrung 6 und die dritte Radialbohrung 7 reichen von der zentrischen Bohrung 3 bis in den Ringraum 12. In der zentrischen Bohrung 3 sind jeweils nahe dem Ende Ringnuten 13, 13* vorgesehen, die durch Oeffnungen l'-l, 1^* mit dem Ringraum 12 verbunden sind.

Fig. 3 zeigt eine Variante der Fig. 2, diese ist ebenfalls ein axialer Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1. Dabei

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ist die zylindrische Lagerschale 2 mittels Gummiringen 9, 9* in einem Lagergehäuse 8 abgestützt. Die Gummiringe 9,9* befinden sich in Umfangsnuten 10, 10* der Lagerschale Die zentrische Bohrung 3 ist auf jeder Seite nahe dem Lagerende mit einer Ringnut 13, 13* versehen. In der Lagerschale ist eine parallel zur zentrischen Bohrung 3 verlaufende Bohrung 15, 15* angeordnet, deren Enden in die Ringnuten 13, 13* münden. Diese Bohrung 15, 15* schneidet die in radialer Richtung verlaufende zweite Bohrung 6 und verbindet dadurch die Ringnuten 13, 13* mit der zweiten Bohrung 6. Die Bohrung 6 ist gegen die Aussenseite der Lagerschale 2 mittels eines Verschlussstückes luftdicht abgeschlossen. In der Lagerschale 2 ist eine weitere parallel zur zentrischen Bohrung 3 verlaufende Bohrung 16, 16* angeordnet, deren Enden in die Ringnuten 13, 13* münden. Diese Bohrung 16, 16* schneidet die in radialer Richtung verlaufende dritte Bohrung 7 und verbindet damit die Ringnuten 13, 13* mit der Bohrung J. Die Bohrung 7 ist gegen die Aussenseite der Lagerschale 2 mittels eines Verschlussstückes luftdicht abgeschlossen.

Pig. Jj zeigt einen Elektromotor 17, bestehend aus einem Stator 18 und einem Rotor 19. Der Stator umfasst ein Gehäuse 20, zwei Lagerschilde 21, 22 und eine in einem Statorblechpaket 23 angeordnete Statorwicklung 24. In die Lagerschilds 21, 22 ist jeweils eine Lagerschale 2 eines

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dynamisch gasgeschmierten Radiallagers 1 (gemäss Fig. 1 und 2) eingebaut. Der Rotor 19 umfasst eine Welle 25, deren Enden als Lagerzapfen 4 ausgebildet sind, und eine Kurzschlusswicklung 26. Die Lagerzapfen Ί befinden sich in den Lagerschalen 2. Eine jeweils in den Lagerschilden 21, 22 angeordnete Bohrung 27 mit einer Hohlschraube 28 dient zum Anschliessen einer Unterdruckleitung an den Ringraum Zur Fixierung der Axiallage des Rotors 19 dienen zwei Magnetpaare 29, 30 und 31, 32, wobei die Magnete 29, 30, 31 und ringförmig ausgebildet und axial magnetisiert sind. Die Magnetringe 29 und 31 sind an den Stirnseiten in den Rotorkörper eingelegt. Die Magnetringe 30 und 32 sind an den dem Rotor 17 zugewandten Stirnseiten der Lagerschalen 2 befestigt und derart angeordnet, dass sich gleichnamige Pole eines Magnetpaares 29, 30 und 31, 32 gegenüberstehen.

Die Funktion des erfindungsgemässen Lagers wird wie folgt beschrieben:

Die Drehung der Welle bzw. des Lagerzapfens 4 erzeugt im Schmiermittel dynamische Druckkräfte, welche den Lagerzapfen Ί von der Lagerschale 2 zu trennen vermögen, sobald eine bestimmte Drehzahl erreicht ist. Das Gas bildet einen tragfähigen Schmierfilm wodurch metallische Berührung der Lagerteile vermieden wird. Im konvergenten Schmierspalt der belasteten Lagerhälfte wird positiver Schmiermittel-

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druck entwickelt. In der unbelasteten Lagerhälfte, wo der Scbmierspalt divergent verläuft, stellt sich ein negativer Schmiermitteldruck ein, der ebenfalls zur Tragfähigkeit des Lagers beiträgt. Diese Wirkung wird durch die erste und die zweite Bohrung 5,6 vermindert, da diese über den Ringraum und die Oeffnungen 14, 14* sowie die Ringnuten 13, 13* einen Druckausgleich gestatten. An der durch die dritte Padialbohrung 7 gebildeten Lsckstelle ergibt sich eine Verminderung des Schmiermitteldruckes, wie dies aus dem in Pig. I gezeigten Druckdiagramm ersichtlich ist. Dies hat eine Vergrösserung des Abstandes zwischen dem Wellenzentrum und dem Lagerzentrum zur Folge, wodurch die Stabilisierung des Lagers gegeben ist.

Das erfindungsgemässe dynamisch gasgeschmierte Radiallager erfüllt die Bedingungen, die an Lager für schnell umlaufende Körper gestellt werden, und hat gegenüber dem Bekannten den Vorteil, dass eine wesentlich einfachere und erheblich billigere Herstellung gegeben ist. Dadurch ist die Verwendung von dynamisch gasgeschmierten Radiallagern auch in kleinen Serienmaschinen möglich und in allen anderen Verwendungsbereichen wirtschaftlicher als bei den bisher bekannten Lagern.

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Bezeichnungsliste

1	Lager
2	Lagerschale
3	zentrische Bohrung in der Lagerschale 2
ι*	Lagerzapfen
5	erste Radialbohrung
6	zweite Radialbohrung
7	dritte Radialbohruiig (Leckstelle)
8	Lagergehäuse
9	Gummiring
9*	Gummiring
10	Umfangsnut
10*	Umfangsnut
11	Spalt zwischen Lagerschale 2 und
	Lagergehäuse 8
12	Ringraum
13	Ringnut
13*	Ringnut
14	Oeffnung
IU*	Oeffnung
15	achsparallele Bohrung
15*	achsparallele Bohrung
16	achsparallele Bohrung
16*	achsparallele Bohrung
17	Elektromotor • . · · · ' ' ' . *

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Bezeichnungsliste

18 Stator des Elektromotors

19 Rotor des Elektromotors

20 Gehäuse des Motors 18

21 Lagerschild

22 Lagerschild

23 Statorblechpaket

24 Statorwicklung

25 Welle

26 Kurzschlusswicklung

27 Bohrung im Lagerschild

28 Hohlschraube

2S Magnetring")

γ Magnetpaar

30 MagnetringJ

31 Magnetring j

γ Magnetpaar

32 Magnetring I

Claims

25.4.79 Wi/ah Neue Schutzansprüche

1. Dynamisch gasgeschmiertes Radiallager, das im wesentlichen aus einer zylindrischen Lagerschale mit einer zentrischen Bohrung besteht, wobei die zentrische Bohrung auf jeder Seite nahe dem Lagerende mit mindestens einer Ringnut versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (2) in der bezüglich der Einbaulage des Lagers oberen Hälfte beidseits der Vertikalachse und in einem Winkelbereich von 45 -60 von dieser versetzt mindestens je eine annähernd in radialer Richtung verlaufende Bohrung (5, 6) aufweist, in der unteren Hälfte der Lagerschale (2) annänernd in der Vertikalachse mindestens eine Leckstelle (7) angeordnet ist, die Leckstelle (7) und die Bohrungen (5, 6) über Ausgleichs-Bohrungen (14, 14*, 15, 15*, 16, 16*) mit den Kingnuten (13, 13*) verbunden sind.

2. Radiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (5₃ 6) bzw. die Leckstelle (7) in einen die Lagerschale (2) umgebenden Ringraum (12) münden, welcher Ringraum seinerseits über dia Ausgleichs-Bohrungen (14, 14*) mit den Ringnuten (13, 13*) verbunden ist (Fig. 2).

3· Radiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Bohrungen (5, 6) bzw. von der Leckstelle (7) ausgehenden Ausgleichs-Bohrungen (15, 15*; 16, 16*) unmittelbar in die Ringnuten (13, 13*) münden (Fig. 3).

G 77 29 292.

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25.4.79 Wi /dh

4. Radialläger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (12) zwischen der Lagerschale (2) und einem Lagergehäuse (8) angeordnet und mittels elastischen Ringen (10, 10*) abgedichtet ist.