DE1750490A1 - Hydrodynamisches Wellenlager - Google Patents

Description

PATENTANWALT

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B.2356-3 PÖ München, 7. Mai 1968

— Dr.M./Eh

CP 215/603
CG 215/603a

Commissariat ä !-Energie Atomique in Paris / Frankreich

Hydrodynamisches Wellenlager

Die Erfindung betriff« ein hydrodynamisches Lager mit glatter Bohrung, daß mit einem erheblichen Spiel zwischen der Welle und dieser Bohrung arbeiten kann, ohne daß, wie bei üblichen Wellenlagern dieser Art,das Auftreten von Wirbeleracheinungen bei halber Geschwindigkeit zu befürchten ist.

Bekanntlich ist bei üblichen hydrodynamischen Lagern eine der Bedingungen nur Ausbildung und Erhaltung des tragenden flüssigkeitafilxna zwischen der Welle und dem Lager die Einhaltung eines sehr geringen Spiels in der Größenordnung von einigen Mikron. Aus diesem Grund wird der Betrieb derartiger Lager durch Wärmeausdehnungen erheblich beeinflußt und erschwert, während außerdem die wegen der einzuhaltenden Spiel* und Ausrichtungstoleranzen unabdingbare Präzision der Bearbeitung die Herstellungskosten derartiger Lager stark erhöht.

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Die Erfindung bezweckt ein hydrodynamisches Lager, welches diese Nachteile vermeidet und einen einwandfreien Betrieb mit einem Spiel ermöglicht, das von der glelohen Größenordnung wie das gewöhnlich bei hydrostatischen Lagern vorgesehene Spiel ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein hydrodynamisches Wellenlager gelöst, das eine zylindrische Hülse mit glatter Innen» bohrung besitzt, In der die Welle läuft, welche an ihrer Außenfläche im Bereich des Lagers in regelmäßiger Verteilung um ihre Achse wannenartige Ausnehmungen besitzt, und das ferner eine elastische Dämpfungsvorrichtung zur radialen Dämpfung der zylindrischen Hülse bezüglich des Lagergehäuses aufweist.

Die in der Welle ausgearbeiteten Wannen, welche die Form von Ausnehmungen mit längs des Wellenumfange gleichmäßig abnehmender Tiefe besitzen, führen so im Zusammenwirken mit der glatten Bohrung der zylindrischen Hülse zur Ausbildung von Flüssigkeitskeilen, welche den Auftrieb und infolgedessen die hydrodynamische Steifheit des Lagere erhöhen, so daß dieses mit einem erheblichen Spiel arbeiten kann. Außerdem und in Kombination mit diesem Merkmal dient die elastische Dämpfungsvorrichtung zur Verhinderung von Schwingungen oder Abprallbewegungen der Welle, welohe in einem gewissen Grad wegen der von den Wannenjftrzeugten Flüssigkeitswirbel oder infolge zufälliger exzentrischer oder Winkelbewegungen der Welle bezüglich der Achse der glatten Hülse des Lagers auftreten könnten. Vorzugsweise kann eine solche elastische Dämpfungsvorrichtung so ausgeführtverden, wie es in der deutschen Patentschrift (Az. 41 210 XIl/47f vom 13.1.1967)

des Anmelders beschrieben ist.

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BAO ORiGiNAL

Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung einer nur als Beispiel angeführten Ausführungsform, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt 1st. Hierin zeigen« Fig. 1 einen schematischen axialen Schnitt des hydrodynamischen

Wellenlagers j
Fig. 2 einen Querschnitt der zu diesem Lager gehörenden Welle in größerem Maßstab.

Wie in Fig. 1 gezeigt, besitzt das Wellenlager eine zylindrische Hülse 1, deren Innenbohrung vollkommen glatt und vorzugsweise A mit einer reibungsvermindernden Schicht (Gleitschicht) 2 geeigneter Dicke, insbesondere auf der Grundlage von Polytetrafluor=* iithylen (Teflon e.Wz.), versehen ist, die zur Verringerung der Reibungskräfte beim Anlaufen zwischen der sich drehenden Welle 3 und der Bohrung der Hülse dient. Die Hülse 1 ist im Inneren ©Ines Lagergehäuses 4 gehalten, das insbesondere aus einem Träger 5 besteht, an dem mit Schrauben 6 und 7 zwei Kappen und 9 befestigt sind, welche die Hülse 1 von oben und unten einschließen und mit der äußeren Oberfläche derselben auf der einen bzw. anderen Seite eines einen Teil der Hülse bildenden ι

bilden. Radialflansches 10 zwei benachbarte Kammern 11 und 12/ Die Kammer 11 ist gegenüber der das Lager umgebenden Atmosphäre

der Kappe 8 mittels eines zwischen das Ende/des Gehäuses 4 und die Hülse eingelegten Dichtungsrings 13 isoliert, während die Kammer über einen Durchlaß 14 mit dem zwischen der Welle 3 und der HlOse bestehenden Spiel j in Verbindung steht. Verbindungsbohrungen 15 sind im Radialflansch 10 der Hülse vorgesehen, um die Verbindung ßwischen den Kammern 11 und 12 herzustellen.

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Die in Fig. 2 in größerem Maßstab im Querschnitt geseilte Drehwelle 3 beeitet an ihrer Außenflache bei dem geeeigten Aue» führungsbeisplel drei wannenartige Vertiefungen· Die·· Wannen 16,17 bzw. 18 sind rings um die Aohse der Drehwelle 3 In gleich« mäßigen Abständen verteilt, und ihre Höhe ist im wesentlichen gleich der Höhe der Hülse 1, jedoch etwas kleiner. Jede dieser Wannen besitet die Form einer Ausnehmung in der Oberfläche der Welle 3 längs einer axialen Mantellinie derselben, wobei die Tiefe dieser Ausnehmung über den gesamten Bereich der betreffenden Wanne gleichmäßig abnimmt und sich schließlich In die Außenfläche der Welle verläuft.

Außerdem und in Verbindung mit den Wannen in der Drehwelle 3 ist das erfindungsgemäße lager mit einer elastischen Dämpfungsvorrichtung versehen, die, wie bereits oben angegeben, vorzugsweise von der Art der Dämpfungsvorrichtung der deutschen Patentschrift (As. C 41 210) des Anmelders ist. Wie in Fig. 1 geseigt, besteht in diesem FalMie elastische Dämpfungsvorrichtung aus einem Dichtungsring 19 aus einem geeigneten nachgiebigen Material, insbesondere Kautschuk, der »wischen das Ende des Radialflansohes 10 der Hülse 1 und das Lagergehäuse in der Weise eingelegt ist, daß er gegen den Träger 5 drückt, und andererseits swei Gleitplatten 20,21, gegen welche die Seitenflächen des Hadialflansches 10 reiben, welohe sweokmä8igerweise einen geeigneten Obersug 22 bew. 23 eines geeigneten reibungeverringernden Material·, insbesondere auf der Grundlage von Polytetrafluoräthylen, besiteen. Die Qleitplatten 20 und 21 bestehen voreugeweise aus poliertes Stahl oder Bronse und werden gegen den Radialflansoh 10 mit einem genau bestimmten Druck angedrückt, der mittels einee Federring·

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24 erhalten wird, der unter der Wirkung eines in der Kappe 8 angebrachten und in der gewünschten Stellung mittels einer Stellschraube 26 gegenüber der Kappe blockierten EinatellringS

25 gegen die Gleitplatte 20 gedrückt wird. Die zweite Gleit* platte 21 ruht unmittelbar auf der zweiten Kappe 9» welche das Lager abschließt. Wie in der oben angegebenen deutschen Patentschrift beschrieben» wird die Lagerdämpfung durch Einstellung des Drucks der Gleitplattan gegen den Badialflansch 10 der Hülse 1 geregelt, wobei diese Dämpfung durch Vorversuohe bestimmt wird, um praktisch jede Möglichkeit von Schwingungen des m Lagere infolge zufälliger Exzentrizitäten oder Winkelbewegungen der Drehwelle 3 in der Bohrung der Hülse 1.auszuschließen.

Das so ausgebildete hydrodynamische Lager vermeidet infolge der Kombination von Wannen der Drehwelle mit der Dämpfungsvorrichtung der Hülse, in deren Bohrung sich diese Welle dreht, voll» ständig alle Wirbelerscheinungen bei halber Geschwindigkeit, und zwar unabhängig von der Größe des Spiels j, das in jedem Fall erheblich größer als bei den üblichen hydrodynamischen g Lagern ist. Beispielsweise gewährleistet bei einem derartigen erfindungsgemäßen Lager ein Spiel j von 30 Mikron (statt der bei üblichen Lagern gewöhnlich zulässigen 8 Mikron) eine»|einwandfreien Betrieb. Die elastische Dämpfungsvorrichtung eraöglfcht außerdem die Verhinderung von Prallwirkungen der ilüeeigkeitekeile in den Wannen auf die Welle, wodurch die Stabilität gesteigert und eine erheblich höhere kritische Geschwindigkeit ermöglicht wird*

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— D <=»

Ein weiterer besonderer Vorteil des erfindungsgemäBen hydro«· dynamischen Lagers ergibt sich aus der Anordnung der benachbarten Kammern 11 und 12 im Inneren des Gehäuses 4. Im Betrieb stellt sich über die gesamte Länge der Bohrung des Lagers im Spiel J ein Druckgradient ein. Insbesondere im Fall, dafl die Kammer 12 mit einer äußeren Pumpe verbunden ist, um in ihr und infolgedessen in der Kammer 11 einen sehr geringen Druck zu erzeugen, kann dieser Druck gegenüber der Umgebung leicht gehalten werden. Das Lager wirkt so im Betrieb, abgesehen vonjselner Bolle als Abstützung der Drehwelle, als Labyrinthdichtung, wodurch unabhängig von der Größe des Spiels die Pumpleistung in den Kammern auf einem sehr geringen Wert gehalten werden kann.

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Claims (3)

4b J ·_* Patentansprüche

1.) Hydrodynamisches Wellenlager, gekennzeichnet durch di« Korabination einer zylindrischen Hülse (1) mit glatter Innen» bohrung, in der sich die Drehwelle (5) dreht, welche an ihrer Außenfläche im Bereich des Lagers und regelmäßig um ihre Aohae verteilt wannenförmige Ausnehmungen (16,17,18) besitzt, und einer elastischen Dämpfungsvorrichtung (19) zur radialen Dämpfung der zylindrischen Hülse bezüglich des Lagergehäuses (4)·

2.) Hydrodynamisches Wellenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der wannenförmigen Ausnehmungen (16,17,18) der Drehwelle im wesentlichen gleich der Höhe der Hülse (1) des Lagers ist.

3.) Hydrodynamisches Wellenlager nach Anspruch 1, dadurch gekenn«* zeichnet, daß jede wannenförmige Ausnehmung (16,17,18) die Form einer Ausnehmung in der Oberfläche der Drehwelle länge einer Mantellinie derselben besitzt, wobei die liefe dieser Ausnehmung gleichmäßig über die Umfangserstreckung der wannenförmigen Ausnehmung abnimmt, bis sie bei der Einmündung in die Außenfläche der Drehwelle den Wert Hull erreicht·

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