DE1775519C3

DE1775519C3 - Hydrostatisches Axial-Radiallager

Info

Publication number: DE1775519C3
Application number: DE1775519A
Authority: DE
Inventors: Harold Elias Grant Minneapolis Minn. Arneson (V.St.A.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-09-05
Filing date: 1968-08-22
Publication date: 1980-10-16
Also published as: GB1228636A; CH512019A; FR1577916A; DE1775519B2; US3472565A; DE1775519A1

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Axial-Radiallager mit vom Druckmittel durchströmten Lagerspalten, mit einem durchbohrten Lagerkörper, dessen beide Stirnseiten als Axiallagerflächen dienen und dessen Bohrung zwei durch eine an einen Abströmkanal angeschlossene Ringnut voneinander getrennte Rädiällagerflächen für einen Wellenzapfen bildet, der an seinen beiden Enden Radialflansche mit den Stirnseiten des Lagerkörpers zugeordneten und diesen einfassenden Axiallagerflächen aufweist.

Das in dieser Weise aufgebaute, bekannte Lager (US-PS 32 23 463), von dem die Erfindung ausgeht, besitzt zwar Tragfähigkeit, Stabilität und liefert ein Rückstellmoment, doch sind hierfür eine Vielzahl von in den Lagerflächen angeordneten Taschen erforderlich, die einzeln über vorgeschaltete Drosselstellen mit Druckmittel versorgt werden müssen. Dies führt zu einem verhältnismäßig komplizierten Aufbau. Außerdem werden die Taschen nicht mit dem vollen Strömungsmitteldruck beaufschlagt

Bekannt ist es auch, ein hydrostatisches Lager als Stufenlager auszubilden (FR-PS 13 48315), wooei aus

ίο einer ringförmigen Kammer im Lagerkörper zwei beidseitig anschließenden Radiallagerspalten im wesentlichen ungedrosseltes Strömungsmittel zugeführt wird. Nahe den jeweiligen Abströmstellen des Druckmittels sind Stufen vorgesehen, die eine Drosselung des Druckmittels verursachen. Im Hinblick auf diese Lösung könnte sich anbieten, dem Radiallager gegebenenfalls beidseitig je ein Axiallager nachzuschalten, dessen Lagerspalte durch Druckmittel aus den Radiallsgerspalten versorgt werden. Ein solches Lager hätte jedoch geringe Rückstellkräfte, da in den Axiallagerspalten nicht mehr der volle Druckmitteldruck und in den Radiallagerspalten nicht das volle Druckgefälle wirksam wären.

Demzufolge besteht die der Erfindung zugrunde

2j liegende Aufgabe darin, ausgehend von einem hydrostatischen Axial-Radiallager der eingangs geschilderten Art ein Lager zu sehe (fen, das eine einfache Bauweise in der Art des bekannten Stufenlagers besitzt, jedoch gute Rückstellmomente erzeugt und hohe Tragfähigkeit aufweist

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Lagerkörper am Übergang zwischen seinen Axial- und Radiallagerflächen je eine ungedrosselt mit Druckmittel beschickte Ringaussparung aufweist, daß die an die Ringaussparungen anschließenden und aus ihnen heraus ungedrosselt mit Druckmittel versorgten Axial- und Radiallagerspalte, in denen das sie durchströmende Druckmittel eine Drosselung erfährt, zur Verstärkung der Drosselung nah? der jeweiligen Abströmslelle des Druckmittels jeweils durch eine Stufe des Wellenzapfens verengt sind oder aber von der zugeordneten Ringaussparung weg in der Höhe abnehmen.

Ringaussparungen sind bei einem anderen hydrostat'!- sehen Axial-Radiallager bekannt (US-PS 29 41 851), bei dem die Axiallagerflächen axial zwischen zwei Radiallagerflächen liegen. Dabei sind die Ringaussparungen am Übergang zwischen den Axial- und Radiallagerflächen vorgesehen. In die Ringaussparungen strömt

5« ungedrosselles Druckmittel ein, das dann jedoch über Drosselstellen in Drucktaschen der Lagerflächen eingeführt wird. In diesem Fall können Rückstellkräfte im Bereich der Radiallagerflächen erzeugt werden. Trotz der gemeinsamen Druckmittelzufuhr über die Ringaussparungen ist das Lager jedoch verhältnismäßig aufwendig, da die in die Lagerflächen eingearbeiteten Drosselstellen und Dfucktaschen verschiedene Tiefe aufweisen und schwierig herzustellen sind. Auch kommt in den Drucktaschen nicht der volle Zuströmdruck zur Wirkung.

Demgegenüber zeichnet sich das erfindüngsgemäße Lager durch einen einfachen Aufbau aus sowie dadurch, daß hohe Rückstellmomente erzeugt und große Kräfte aufgenommen werden können, da sowohl in den Radial-

⁶S als auch in den Axiallagerspalten der volle Leitungsdruck des Druckmittels wirksam ist. In den Radiallagerspalten werden Rückstellkräfte erzeugt, die in der gleichen Richtung wirken und sich somit ergänzen. Die

Axiallager erzeugen die Rqekstellmomente und nehmen die Axialkrsfte auf. Auch hat das erfindungsgemäße Lager den Vorteil, daß seine axiale Baulänge verhältnismäßig gering gehalten werden kann.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind s mögliche Kippbewegungen des Wellenzapfens gegenüber dem Lagerkörper allein durch die Axiallagerflächen des Wellenzapfens begrenzt Falls es zu Beschädigungen der Axiallagerflächen durch Anlaufen kommt, können diese leichter ersetzt bzw. nachgearbeitet w werden, als wenn die Radiallagerflächen durch Anlaufen beschädigt werden.

Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 3 und 4 gekennzeichnet

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung teilweise im Schnitt, eines Axial-Radiallagers in einer ersten Ausführungsform,

F i g. 2 und 3 der F i g. 1 entsprechende Darstellungen weiterer Ausführungsformen,

F i g. 4 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Wirkung des Lagers.

In Fig. 1 ist an einem Lagerträger 12 des Axial-Radiallagers 10 ein Lagerkörper 14 befestigt, der in der Längsebene einen rechteckigen Querschnitt und eine verhältnismäßig kurze Baulänge hat, sowie eine zylindrische Bohrung 16 aufweist

In der Mitte der Bohrung 16 ist in der Oberfläche des Lagerkörpers 14 eine Ringnut 17 gebildet, an die ein Abströmkanal 20 angeschlossen ist, der zu einem Auslaß 21 führt. Die Ringnut 17 ist verhältnismäßig schmal und weist zwei dicht beieinander liegende Ränder 18 und 19 auf.

Auf jeder Seite der Ringnut 17 befinden sich Radiallagerflächen 25 und 26. In der Zeichnung besitzen diese Lagerflächen gleiche Länge, doch können sie auch unterschiedliche Länge haben.

An den gegenüberliegenden Enden der Bohrung, innerhalb der Stirnseiten 28 und 29 des Lagerkörpers befinden sich Ringaussparungen 32 und 33. Diese versorgen die Radiallager- und Axiallagerspalte mit dem vollen Leitungsdruck.

Zu den Ringaussparungen 32 und 33 führen Zufuhrkanäle 34 und 35 im Lagerkörper, die an eine Druckmittelquelle (beispielsweise Druckluftkanäle) angeschlossen sind.

Innerhalb des Lagerkörpers ist der Wellenzapfen 37 einer Welle 36 gelagert. Der zwischen den Radiallagerflächen 25 und 26 und dem Wellenzapfen 37 gebildete Lagerspalt ist bezüglich der entsprechenden Längen der Lageiflächen derart bemessen, daß die auf das Druckmittel wirkenden Trägheitskräfte im Vergleich zu den Reibungskräften vernachlässigbar sind. Diese Bedingung ist dann erfüllt, wenn die Länge einer 5s Radiallagerfläche mindestens das 500fache des Lagerspiels beträgt Der Lagerspalt zwischen dem Wellenzapfen 37 und den Radiallagerflächen bildet primäre Strömungskanäle P\.

In der Mitte des Lagerspaltes ist eine Stufe vorgesehen, die von einem Wellenbund 40 gebildet wird, Der Wellenbund 40 bildet gemeinsam mit entsprechenden Abschnitten der Radiallagerflächen 25, 26 Drosselstellen P₃ bezüglich der Ringnut 17, insbesondere bezüglich der Ränder 18 und 19 der Ringnut. Die Länge jeder Drosselstelle P₃ sollte mindestens 20mal so groß sein wie das radiale Spiel zwischen dem Wellenbund 40 und c!?!· Bohrung 16.

An jedem Ende des Wellenzapfens 37 ist ein Radialflansch 43 bzw. 44 befestigt Die Axiallagerflächen 45 bzw. 46 der Radialflansche bilden zusammen mit den Stirnseiten 28 und 29 des Lagerkörpers 14 jeweils einen Axiallagerspalt, also jeweils einen Strömungskanal Pi. Auch in diesen Lagerspalten sind zusätzliche Drosselstellen Pi vorgesehen, die durch am Umfang der Axiallagerflächen 45 und 46 vorgesehene Stufen 49 und 50 gebildet sind.

Die Spalthöhe der Strömungskanäle P₁ und P₃ einerseits sowie der Drosselstellen Pj und Pj andererseits kann einander entsprechen.

Die Radialflansche haben einen Durchmesser, der vorzugsweise größer als die Länge des Wellenzapfens 37 ist. Sie haben vorzugsweise eine solche Abmessung, daß der Kippwinkel der Welle 36 kleiner ist als der Kippwinkel, der sich aus der Länge des Wellenzapfens 37 zwischen den Axiallagerflächen und dem axialen Lagerspiel ergibt Somit hängt die radiale Bemessung der Radkilflansche sowohl von der Länge des Wellenzapfens als auch vom ra.i^tlen und axialen Lagerspiel ab.

An dem Radialflansch 43 ist ein üblicher Werkzeughalter 55 befestigt

Die Lagerspiele sind in allen Zeichnungen der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellt.

Bei dem Lager wird der volle Strömungsmitteldruck durch die Ringaussparungen 32 und 33 sowohl den Radial- wie auch den Axiallagerspalten zugeführt Dementsprechend wird die maximale Üelastbarkeit für einen gegebenen Leitungsdruck erreicht Die Anordnung entspricht einer Parallelschaltung.

In Fig.4 ist ein Kräftediagramm dargestellt, das die Wirkungsweise des Lagers und die Beziehung zwischen den Radiallagerteilsn und den Axiallagerteilen darstellt

Die auf das Lager ausgeübte Belastung F läßt sich schematisch durch ein Kräftepaar A, A und eine Kraft Fa, die im Mittelpunkt M des Wellenzapfens angreift, darstellen. Diese Art der Belastung tritt beispielweise bei Drehbänken auf, bei denen das Lager besonders gut verwendbar ist.

Das Kräftepaar A,A versucht die Weile 36 um eine Achse zu .kippen, die zur Ebene des Kräftepaars senkrecht verläuft. Ihm wirkt ein Rücksteilkräftepaar R,R entgegen, das bei zu den Axiallagerflächen 45, 46 schräg stehenden Radialflanschen 43, 44 durch den zunehmenden Druck im verengten Bereich und den abnehmenden Druck im erweitsrten Bereich der Strömungskanäle Pi und der Drosselstellen Pi erzeugt wird. Bei der Bemessung des Durchmessers der Radialflansche 43 und 44 ist daher auch die Größe der erforderlichen Rückstellkräfte bzw. des erforderlichen Rückstellmoments zu berücksichtigen.

D:-: Kraft Fa bewirkt, daß sich der Mittelpunkt M nach unten bewegt und das Lagerspiei an den dicht beianderliegenden Rändern 18 und 19 im Bereich E\ abnimmt, während das Lagerspiel im Bereich E₂ zunimmt, so daß der Druck im Bereich E\ ansteigt und im Bereich E₂ abnimmt; dies führt zur Erzeugung der Rückstellkräfte t\ und F₂, die der Kraft Fa das Gleichgewicht halten, Liegen die Ränder 18 und 19 der Ringnut 17 nahe beieinander, so ist der Unterschied irr· Lagerspiel bezüglich der beiden Ränder beim Kippen der Welle vernachlässigbar.

Die Axiallager nehmen somit das gesamte Kippmoment auf, während die Radiallager lediglich die Radialkraft aufnehmen müssen.

Es werden nun weitere Ausführungsformen erläutert.

In F i g. 2 ist ein Lager 80 mit sich in Strömungsrichtung konisch verengenden Lagcrspalten und in Fig. 3 ein Lager 100 mit in den Lagerflächen des Wellenzapfens und der Radialflansche vorgesehenen Nuten dargestellt.

Das Lager 80 weist einen Lagerkörper 81 auf. der Radiallagerflächen 82 und 83 zu beiden Seilen einer Ringnut 84 aufweist. Die Ringnut 84 weisl dicht bcieinanderliegende Ränder 85 und 86 auf. Der Lagerkörper 81 ist mit Ringaussparungen 87 und 88 an den entgegengesetzt liegenden Finden der Radiallagerflächen versehen. In der Bohrung des Lagerkörpers ist der Wellenzapfen 90 einer Welle 89 gelagert, deren Riuliairianschc91 und 92 Axiallagcrflächcn aufweisen.

Die Druekmiitcl/uführkanäle liefern ilen vollen l.citungsdruck sowohl in die Radiallagerspaltc 94 und 95 als auch in die Axialiaff rspalic 96 und 97. die alle von der ihnen zugeordneten Ringanordnung 87 b/w. 88 weg in der Höhe abnehmen. Die Druekmiltelabströmung erfolgt am äußeren Umfang der Lagerspalte, wie durch Pfeile angedeutet ist.

Das in F-' i g. 3 dargestellte Lager 100 besteht aus einem Lagerkörper 101 mil Radiallagerflächcn 102 und 103 auf jeder Seite der Ringnut 104. die dicht beieinandcrliegcnde Ränder 105 und 106 aufweist.

An den cntgegcngeselzten F.ndcn der Radiallagerspallc befinden sich Ringausspanmgcn 107 und 108. Das Lager dient zur Aufnahme einer Welle 109 mil einem Wellenzapfen UOund Radialflansehcn III und 112.

Fine primäre Drosselung im Radiallagcrspalt erfolgt in zu den Ringausspariingen 107 bzw. 108 offenen Nuten 1Π die zu beiden Seilen eines mittleren nutfreien Wcllentcilcs 114 am Umfang des Wellenzapfens verteilt sind. Der nutfreie Wcllentcil 114 bilde! gemeinsam mil

ίο den Rändern 105 und 106 der Ringnut 104 eine zusätzliche Drosselstclle für das Strömungsmittel im I .agcrspalt anschließend an den Hercicli der Nuten.

Die l.agerflächcn der Kadialllansche III. 112 sind ebenfalls mit zu ilen Kingiiiissparungen 107 bz\s. 108

is- offenen Nuten 115 und 116 versehen, in denen das sie durchströmende Druckmittel eine Drosselung erführt. Diese Nuten enden an zusätzlichen Drosselstellen 117 und 118. und ein jeweils nutfreier Lagcrflächenleil 119 h/v.. 120 am Umfang der Radialflanschc bildet in den durch sie gebildeten Stromungskanaicn eine Stufe.

Die Länge des Wellenzapfens, das Lagerspiel und die Radialflansche sind bei den Lagern 80 und 100 entsprechend dem Ausführungsbcispicl der F ig. I zu bemessen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Hydrostatisches Axial-Radiallager mit vom Druckmittel durchströmten Lagerspalten, mit einem durchbohrten Lagerkörper, dessen beide Stirnseiten als Axiallagerflächen dienen und dessen Bohrung zwei durch eine an einen Abströmkanal angeschlossene Ringnut voneinander getrennte Radiallagerflächen für einen Wellenzapfen bildet, der an seinen beiden Enden Radialflansche mit den Stirnseiten des Lagerkörpers zugeordneten und diesen einfassenden Axiallagerflächen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper (14,81,10) am Obergang zwischen seinen Axial- und Radiallagerflächen je eine ungedrosselte mit Druckmittel beschickte Ringaussparung (32,33; 87,88; 107,108) aufweist, daß die an die Ringaussparungen anschließenden und aus ihnen heraus ungedrosselt mit Druckmittel versorgten Axial- und Radiallagerspalte (Strömungskanäle Pu Ps), in denen das sie durchströmende Druckmittel eine Drosselung erfährt, zur Verstärkung der Drosselung nahe der jeweiligen Abströmstelle des Druckmittels jeweils durch eine Stufe (49, 50; 119, 120; Wellenbunde 40, 114) des Wellenzapfens (37, 90, 110) verengt sind oder aber von der zugeordneten Ringaussparung weg in der Höhe abnehmen.

2. Hydrostatisches Axial-Radiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dcß mögliche Kippbewegungen des Wellenzapfens (37, 90, 110) gegenüber dem Lagerkörper (14, 81, 101) allein durch die Axiallagerilächen des Wellenzapfens begrenzt sind.

3. Hydrostatisches Axial-Ra iallager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Axiallagerflächen (45, 46) des Wellenzapfens größer als die Länge des Wellenzapfens (37) zwischen seinen Axiallagerflächen ist.

4. Hydrostatisches Axial· Radiallager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit nahe der jeweiligen Abströmstelle stufenartig verengten Lagerspalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Axiallagerflächen des Wellenzapfens und der zwischen ihnen liegenden Wellenzapfenteil mit zur jeweiligen Ringaussparung (107, 108) offenen, nahe der jeweiligen Abströmstel'.e des Druckmittels blind endenden Nuten (113, 115, 116) versehen sind, die in den Axiallagerflächen radial und zwischen ihnen axial verlaufen.