DE923821C

DE923821C - Wellenlager

Info

Publication number: DE923821C
Application number: DER6462A
Authority: DE
Inventors: Robert Annen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-08-11
Filing date: 1951-08-03
Publication date: 1955-02-21
Also published as: US2688521A; FR1047942A; GB700532A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 21. FEBRUAR 1955

R 6462 XII/ 47 b

Wellenlager

Die Erfindung betrifft ein Wellenlager, bei welchem die Welle durch einen mit einem ihn verschließenden Ölfilm gefüllten, kapillaren Spalt von einem sie umgebenden, am Außenring hermetisch dicht befestigten Deckel getrennt ist, der zu einer das Lager mittels des Ölfilms gasdicht abschließenden Vorrichtung gehört.

Ein derartiges Lager ist durch die USA.-Patentschrift 2 ooo 276 bekanntgeworden, von dem sich dasjenige gemäß der Erfindung dadurch unterscheidet, daß der kapillare Spalt den engsten Teil einer Ringkammer bildet, deren Querschnitt gegen außen wegen einer entsprechenden Abnahme ihres Innendurchmessers stetig zunimmt, und zwar genügend stark, damit die Ringkammer eine Ausweichkammer bildet, in welcher sich der Ölfilm bei Zunahme des Druckes im Innern der Vorrichtung gegenüber dem Außendruck aus dem Spalt zurückzieht, entgegen der Wirkung der durch die Querschnittszunahme bedingten Kapillarkräfte, die ihn wieder in den Spalt zurückbringen, sobald sich die beiden Drücke wieder einander angleichen.

In der Tat ist beim amerikanischen Lager die innere Wandung des Kapillarraumes zylindrisch (der stark divergierende Endteil ist nur einer Abrundung der Kante zuzuschreiben), dafür ist die äußere Wandung konisch, was bei sich drehendem Außenring und Teller ein Herausschleudern des Öls durch Zentrifugalwirkung nach sich zieht; beim amerikanischen Lager ist die Querschnittszunahme, bei einem Winkel von 3 bis 4⁰, so gering, daß sich ganz einfach der ganze Raum mit öl füllt, so daß von einer Entweichemöglichkeit bzw. von einem Hinundherwandern eines Ölfilms in der Ringkammer nicht die Rede sein kann. Wenn eine Reißfeder (drawing pen) mit den Spitzen an die Ober-

fläche von Tinte gehalten wird, so saugt sie diese bis zu einem gewissen Betrag auf, und in ähnlicher Weise saugt sich der Kapillarraum des amerikanischen Lagers einfach voll öl.

Das Ansteigen des Innendruckes gegenüber dem Außendruck kann besonders dann vorkommen, wenn das Wellenlager einen Teil eines Motors oder eines Gerätes bildet, das in einem Flugzeug eingebaut ist, denn in diesem Fall ist der Außendruck gleich dem ίο atmosphärischen Druck, der bei steigenden Flughöhen beträchtlich abnimmt, wogegen der Innendruck nicht abnehmen kann, da ja das Lager in einer Vorrichtung eingeschlossen ist, aus welcher die Luft nicht entweichen kann. Der Innendruck hat daher praktisch mindestens den Wert des atmosphärischen Druckes am Ort der Montage des Lagers, nimmt aber im Betrieb mehr oder weniger zu wegen Temperaturerhöhungen, die zum Beispiel von der Reibung herrühren können, was eine Erhöhung des Druckes der in der Vorrichtung eingeschlossenen Luft hervorruft.

Die Zeichnung stellt einige Ausführungsbeispiele des Wellenlagers gemäß der Erfindung dar.

Fig. i, 2 und 3 sind Längsschnitte einer ersten, zweiten bzw. dritten Ausführungsform, wobei es sich jedesmal um ein Kugellager handelt;

Fig. 4 und 5 sind ähnliche Längsschnitte einer Äderten bzw. fünften Ausführungsform, wobei es sich im ersten Fall um ein Rollenlager und im zweiten Fall um ein Gleitlager handelt, und

Fig. 6 ist eine Seitenansicht eines Innendeckels, wie er z. B. im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 Verwendung findet.

Das in Fig. 1 gezeigte Wellenlager ist ein Kugellager mit einem Außenlaufring 1, Kugeln 2, einem Käfig 3, dessen innere Lauffläche 5 aus der zu lagernden Welle 4 selbst herausgearbeitet ist. Ein Deckel 6 wird durch eine Ringscheibe 7, deren Außenrand umgebogen und radial geschlitzt ist und sich auf den Außenring 1 abstützt, gegen eine Schulter 9 dieses Außenringes gedrückt unter Zwischenlegung eines Abdichtungsringes 10. Diese Anordnung ist an beiden Enden des Lagers vorgesehen. Ein jeder der Deckel 6 besitzt einen wenigstens angenähert hohlzylindrischen Ansatz 11, der sich einwärts erstreckt. Das innere Ende dieses Ansatzes ist von demjenigen Lagerteil, der sich dadurch erstreckt, es handelt sich hier um den Wellenteil 4, durch einen Kapillarspalt 12 getrennt, der durch einen Ölfilm geschlossen ist. Jeder dieser Kapillarspalte 12 bildet den engsten Teil eines Ringraumes 13, dessen Querschnitt nach außen stetig zunimmt, so daß sich der Ölfilm bei Zunahme des Druckes im Innern der das Lager einschließenden, aus dem Außenring 1 und den Deckeln 6 gebildeten Vorrichtung gegenüber dem Außendruck aus dem Spalt 12 zurückziehen kann, aber von selbst in diesen Spalt zurückkommt, sobald sich die beiden Drücke wieder einander angleichen. Bei Stillstand der Welle 4 erfolgt das Zurückfließen des Ölfilms in den Kapillarspalt 12 unter der Wirkung von Kapillarkräften. Bei sich drehender Welle werden diese Kapillarkräfte noch durch die kombinierte Wirkung der Zentrifugalkraft der Oberflächenspannung unterstützt, die längs desjenigen Wellenteiles wirksam ist, der den Ringraum 13 an seinem Innenumfang abgrenzt. Dieser Wellen- oder Lagerteil wird nämlich durch eine kegelige Fläche 14 gebildet, die sich in Längsrichtung des Lagers von außen nach innen erweitert.

Es sind besondere Maßnahmen getroffen, um den hohlzylindrischen Ansatz 11 eines jeden der Deckel 6 beständig mit öl benetzt zu halten. Im bisher beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel besteht diese Maßnahme in Länigssohlitzen 15, welche Kapillarräume bilden, die sich bis in die unmittelbare Nähe des kapillaren Spaltes 12 erstrecken.

Wie stark die Oberfläche 14 kegelig zu sein hat, hängt von der Drehgeschwindigkeit des beweglichen Lagerteiles und von der Viskosität des zur Schmierung des Lagers und zum Auffüllen der Kapillarräume und Spalte 13 bzw. 12 benutzten Öls ab. Versuche haben gezeigt, daß der halbe Spitzenwinkel der Kegelmantelflächen 14 vorzugsweise einen zwischen 8 und 20° gelegenen Wert haben soll.

Die in den Fig. 2 und 6 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersteren nur dadurch, daß die Längsschlitze 15 durch einen Innendeckel 16 ersetzt worden sind, der ebenfalls einen hohlzylindrischen Ansatz besitzt und der wegen an ihm vorgesehenen Beulen oder sonstigen Erhöhungen in einem sehr kleinen Abstand längs des Deckels 6 verläuft. Die Deckel 6 und 16 bilden paarweise Kapillarräume 17, die sich bis in unmittelbare Nähe der entsprechenden Kapillarspalte 12 erstrecken. Der Innendeckel 16 bildet also in Zusammenarbeit mit dem Deckel 6 ein Mittel, das gestattet, durch Kapillarität eine gewisse ölmenge über dem Ansatz 18 des Deckels 19 verteilt zu halten, der dem Deckel 6 der ersten Ausführungsform entspricht.

Im übrigen sind Teile der zweiten Ausführungsform, die solchen der ersten Ausführungsform ent- sprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 lediglich dadurch, daß es sich hier um ein Kugellager mit einem äußeren Laufring 20, Kugeln 22, einem Käfig 23 und den bereits im Zusammenhang mit der Fig. 1 genannten Teilen 6, 7 und 10 der Vorrichtung zum Einschließen des Lagers handelt. Der Ringraum 13, dessen engste Stelle durch den Kapillarspalt 12 gebildet wird, wird an seinem Innenumfang durch eine kegelige Außenoberfläche 24 des inneren Laufringes 21 gebildet. Dieser innere Laufring bildet in diesem Fall denjenigen Lagerteil, der sich durch die Deckel 6 hindurch erstreckt.

Die Ausführungsform nach Fig. 4 unterscheidet sich ihrerseits von derjenigen nach Fig. 3 lediglich dadurch, daß es sich bei ihr um ein Rollenlager mit einem Außenring 25, einem inneren Laufring 26, Rollen 27 und den gleichen Teilen 6, 7 und 10 der Vorrichtung zum Einschließen des Lagers handelt, wie in der ersten und der dritten Ausführungsform.

Man findet auch hier wieder die kapillaren Schlitze 15 und die Kapillarspalte 12, welch letztere die engsten Stellen der Ringräume 13 bilden, die an ihrem Innenumfang durch die kegeligen Oberflächen 28 gebildet werden, welche den kegeligen Flächen 14 der ersten und der zweiten Ausführungsform entsprechen.

Die Ausführungsform nach Fig. 5 bildet ein Gleitlager für einen Wellenzapfen 29. Dieses Lager weist einen Außenring 30 auf, in dessen Bohrung 31 ein Lagerring 32 angepreßt ist. Man stößt auch wieder auf die Teile 6, 7 und 10 der Vorrichtung zum Einschließen des Lagers. Die Längsnuten 33 in der äußeren Mantelfläche des Lagerringes 32 gestatten dem öl, das die Gleitflächen des Lagerringes 32 und des Zapfens 29 geschmiert hat, wieder nach unten zu fließen. In diesem Fall bildet der Zapfen 29 denjenigen Lagerteil, der die kegeligen Flächen 34 aufweist, die den kegeligen Flächen der ersten Ausführungsform entsprechen und die Ringräume 13 an deren Innenumfang abgrenzen.

Es versteht sich von selbst, daß man die Ausführungsbeispiele der Fig. 3, 4 und 5 mit den gleichen Abänderungen versehen könnte, die aus der Ausführungsform nach Fig. 1 diejenige nach Fig. 2 machen. In anderen Worten, man könnte den mit den Schlitzen 15 versehenen Deckel 6 durch einen Deckel 19 ersetzen, an dem ein Innendeckel 16 gehalten ist. Außerdem ist es auch wichtig, zu erwähnen, daß die entweder durch die Schlitze 15 oder durch die zwischen den Deckeln 16 und 19 gebildeten Kapillarräume nicht über deren ganze Ausdehnung die gleiche Weite zu haben brauchen. Sie können sich nämlich z. B. mit zunehmendem Abstand vom Kapillarspalt 12 ganz schwach verengen, um durch Kapillarität eine kleine Saugwirkung auf das sich im Spalt 12 befindende öl auszuüben. Sie könnten sich aber auch mit zunehmendem Abstand vom Kapillarspalt erweitern, um durch Kapillarität mehr öl zu diesem Spalt zu bringen.

Die Oberflächen 14, 24, 28 und 34 brauchen nicht unbedingt kugelig zu sein; sie können sich auch in anderer Weise unregelmäßig, aber stetig mit einer mittleren Neigung von 8 bis 20⁰ von außen nach innen erweitern.

Alle dargestellten Lager und ihre obenerwähnten Varianten können in irgendeiner Stellung im Raum arbeiten. In der Stellung, die in den Fig. 1, 2, 4 und 5 gezeigt ist, bildet der untere Deckel ein ölreservoir, von dem Öl durch Kapillarität zum benachbarten Kapillarspalt 12 gebracht wird, welchen es ausfüllt, sobald das Lager auch nur einmal gestürzt worden ist, was z. B. beim Einpacken geschieht. Von da kommt es zu den zu schmierenden Flächen, sobald das Lager im Betrieb ist, und zwar ohne daß besondere Maßnahmen getroffen werden müssen, wie sich in vielfachen Versuchen unter sehr mannigfaltigen Bedingungen eindeutig erwiesen hat.

Die Anwendung der Erfindung beschränkt sich nicht auf Wellenlager, aus welchen die Welle an beiden Enden hervorragt, sondern kann auch auf Wellenlager ausgedehnt werden, die am einen Ende vollständig abgeschlossen sind.

Man sieht dann an diesem Ende anstatt des Deckels 16 oder 19 einen Deckel ohne jegliche Öffnung vor, der entweder steif oder elastisch sein kann. Im letzteren Fall hat man es mit einer elastischen Membran zu tun, die in einem gewissen Maß nachgibt unter dem Einfluß eines Unterschiedes zwischen dem Innen- und dem Außendruck.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Wellenlager, bei welchem die Welle durch einen mit einem ihn verschließenden Ölfilm gefüllten, kapillaren Spalt von einem sie umgebenden, am Außenring hermetisch dicht befestigten Deckel getrennt ist, der zu einer das Lager mittels des Ölfilms gasdicht abschließenden Vorrichtung gehört, dadurch gekennzeichnet, daß der kapillare Spalt den engsten Teil einer Ringkammer bildet, deren Querschnitt gegen außen wegen einer entsprechenden Abnahme ihres Innendurchmessers stetig zunimmt, und zwar genügend stark, damit die Ringkammer eine Ausweichkammer bildet, in welcher sich der Ölfilm bei Zunahme des Druckes im Innern der Vorrichtung gegenüber dem Außendruck aus dem Spalt zurückzieht, entgegen der Wirkung der durch die Querschnittszunahme bedingten Kapillarkräfte, die ihn wieder in den Spalt zurückbringen, sobald sich die beiden Drücke wieder einander angleichen.

2. Wellenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum an seinem Außenumfang durch einen wenigstens ungefähr hohlzylindrischen Ansatz des Deckels abgegrenzt wird, welcher Ansatz dank besonderen Mitteln oder Vorkehrungen beständig mit Öl benetzt ist, und daß der Ringraum an seinem Innenumfang durch einen sich kegelig von außen nach innen verdickenden Lagerteil abgegrenzt ist.

3. Wellenlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Mittel aus einem Innendeckel bestehen, der sich in einem sehr kleinen Abstand längs des erwähnten Deckels erstreckt, um mit ihm zusammen einen Kapillarraum zu bilden, der sich bis in die unmittelbare Nähe des kapillaren Spaltes erstreckt.

4. Wellenlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Vorkehrungen aus Längsschlitzen im hohlzylindrischen Ansatz des Deckels bestehen, welche Längsschlitze Kapillarräume bilden, die sich bis in unmittelbare Nähe des Kapillarspaltes erstrecken.

5. Wellenlager nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß der halbe Spitzenwinkel des kegeligen Lagerteiles 8 bis 20⁰ beträgt.

Angezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 000 276.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen