DE2118077A1

DE2118077A1 - Fluidlager hoher Tragfähigkeit

Info

Publication number: DE2118077A1
Application number: DE19712118077
Authority: DE
Inventors: Kunihiko Kariya Aichi Unno (Japan)
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1970-04-21
Filing date: 1971-04-14
Publication date: 1971-11-04
Also published as: DE2118077B2; BE765680A; JPS4833297B1; CH537535A; NL7104944A; DK137868C; CA939424A; NL150559B; ES390242A1; DE2118077C3; GB1305165A; US3726573A; NO132702C; NO132702B; SE371267B; FR2089653A5; DK137868B

Description

BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHÄUSER

Case 71-513

Toyoda Koki Kabushiki Kaisha, Aichi-ken, Japan

Fluidlager hoher Tragfähigkeit

Die Erfindung betrifft ein Fluidlager hoher Tragfähigkeit, das für die Spindel einer Werkzeugmaschine oder dergleichen verwendet wird.

Im Vergleich zu einem Gleitlager hat ein Fluidlager, das den hydrostatischen Druck eines unter Druck befindlichen Fluids verwendet, den Vorteil, daß dabei keine Berührung von Metallen zwischen der Welle und dem Lagermetall stattfindet, und daß sich die Welle stabil mit hoher Drehzahl drehen kann, da sie auf einem Fluidfilm schwimmt und von diesem bei einem vergrösserten Abstand getragen wird.«

Im einzelnen sind entsprechend Fig. 1 bis 3 bei einem typischen, bekannten Fluidlager eine Anzahl von Fluidtaschen oder Aussparungen 3a bis 3d, gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt,

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in der Lageroberfläche 2 des Lagermetalls 1 ausgebildet, und ein unter Druck befindliches Fluid wird in diese Taschen durch Durchlässe 4a bis 4d eingelassen. Das Druckfluid in den Taschen 3a bis 3d fließt aus diesen Taschen durch Spalte oder Abständen zwischen der Lageroberfläche 2 und der Welle 5 in Abzugsnuten 7a bis 7d zwischen nebeneinanderliegenden Taschen und wird sodann in einen nicht gezeigten Behälter über die Umfangsnuten 8a und 8b, die mit den gegenüberliegenden Enden der Abzugsnuten 7a bis 7d in Verbindung stehen, abgezogen.

Die Tasche 3a wird beispielsweise von den Nuten7a, 7d, 8a und 8b umgeben, und zwischen der Tasche und diesen Nuten befindet sich ein rechteckiger, vorspringender Bereich 2a, in dem der Abstand zwischen der Welle und der Lageroberfläche 2 gering ist, wie Fig. 3 zeigt. Die innere Oberfläche des vorspringenden Bereiches 2a ist eine bogenförmige Fläche, die den äußeren Umfang der Welle mit kleinem Abstand umgibt. Das Druckfluid fließt aus der Tasche 3a in alle Richtungen, wie durch die Pfeile in Fig. 3 angedeutet ist, und gelangt in die Nuten 7d, 7a, 8a und 8b, so daß die Verteilung des statischen Druckes in der Tasche gleichmäßig ist, jedoch bis hin zum " Atmosphärendruck in Richtung der umgebenden Nute abgebaut wird. Die übrigen Taschen 3b, 3c und 3d sind mit ähnlichen vorspringenden Bereichen 2b, 2c und 2d versehen. Das heißt, die Lageroberfläche besteht aus einer Anzahl von im Abstand angeordneten Fluidtaschen oder Aussparungen, die von vorspringenden Bereichen umgeben werden, und einer Anzahl von Abzugsnuten, die die vorspringenden Bereiche trennen. Es ist bekannt, daß dann, wenn die Achse 5 radial verschoben wird, die vorspringenden Bereiche 2a bis 2d dem Ausströmen des Druck fluids einen Widerstand entgegensetzen und den hydrostatischen Druck in den Taschen auf der Seite erhöhen, auf der der

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stand zwischen der Welle und dem Lagermetall 1 zu genommen hat, so daß ein Druckdifferential zwischen den Taschen, bei denen sich der Abstand erhöht hat, und den Taschen, bei denen sich der Abstand verringert.hat, entsteht, durch das die Abweichung der VielIe korrigiert wird.

Der Aufbau der bekannten Fluidlager muß jedoch unter folgenden Gesichtspunkten betrachtet werden. Es ist üblich, die Lager so zu gestalten, daß bei den vorspringenden Bereichen·die gegenüberliegenden Breiten gleich sind ((I, = Ip)» axiale Breite und 1» = 1- (Umfangsbreite)), wie in Fig. 3 gezeigt ist. Wenn bei dieser Bauart eine radiale Belastung F, auf die Welle auf der linken Seite entsprechend Fig. 2 aufgebracht wird, neigt sich die Welle, so daß sich der Abstand auf der oberen Seite der Welle auf der Lastseite von h auf h, vergrößert, während der*Abstand auf der unbelasteten Seite von h auf hp abnimmt. Da jedoch die Verschiebung von h auf ho sehr gering ist, ist die Veränderung der Strömungsmenge des Fluids aufgrund der Veränderung des Abstandes unter Last im Lastseitenbereich des vorspringenden Bereiches mit einer Breite von 1, oder Ip am größten. Da jedoch 1, = Ip ist, ist die Strömungsmenge, die über den Abschnitt des vorspringenden Bereiches mit der Breite 1, oder 1„ auf der lastfreien Seite hinwegströmt, relativ gering in bezug auf die Gesamtmenge. Entsprechend ist die Veränderung des Lagerdruckes aufgrund der Ablenkung der Welle relativ gering. Daher ist es notwendig, den Lagerbereich zu vergrößern, damit die Tragfähigkeit und Stabilität des Fluidlagers erhöht wird.

Die Erfindung bezweckt daher die Schaffung eines verbesserten, tragfähigen Lagers, bei dem die Veränderung des Lagerdruckes gegenüber bekannten Lagern vergrößert ist, wenn die Welle abgelenkt oder geneigt wird, so daß die Stabilität des Lagers verbessert wird.

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Das erfindungsgemäße Lager mit hoher Tragfähigkeit, das für die drehbare Unterstützung einer sich drehenden Welle vorgesehen ist, die einer radialen Belastung unterworfen ist, unddas eine Lagerfläche aufweist, die mit einer Anzahl von Fluidtaschen versehen ist, die im Abstand voneinander in Umfangsrichtung angeordnet sind, und das eine Anzahl von vorstehenden Bereichen aufweist, die jeweils die Taschen umgeben und einen schmalen Abstand zwischen der Welle und der Lager— oberfläche besitzen, wobei das Druckfluid in die Taschen eingelassen wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Breite der vorstehenden Bereiche auf der Lastseite geringer als auf der lastfreien Seite ist, so daß mehr Druckfluid aus den Taschen der vorspringenden Bereiche der Lastseiten als aus den vorspringenden Bereichen der lastfreien Seite ausfließt.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jede Fluidtasche mit erhöhten Auslaßvorsprüngen in der Tasche versehen, wobei jeder der erhöhten Auslaßvorsprünge einen schmalen. :Abstand zwischen sich und der Welle aufweist und mit einem Auslaß zum Ausfließen des größten Teiles des Druckfluids versehen ist.

Im folgenden sind beispielsweise, bevorzugte Ausführungs— formen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein unbelastetes, herkömmliches Fluidlager;

Fig. 2 zeigt das Fluidlager gemäß Fig. 1 in belastetem Zustand ;

Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht der abgewickelten Lagerfläche des in Fig. 1 und 2 dargestellten Fluidlagers;

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Fig. 4 ist ein Längsschnitt einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch das Lager der Fig. 4 entlang der Linie V-V und

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht der Lageroberfläche des erfindungsgemäßen Lagers.

In den Fig. 4 bis 6 ist ein erfindungsgemäßes Fluidlager dargestellt, das ein Gehäuse 10 und zylindrische Lagermetalle und 12, die von entgegengesetzten Seiten in das Gehäuse eingefügt sind, aufweist, wobei die dünnen Endflansche an den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses befestigt und die inneren Enden zusammengefügt sind. Die Lagermetalle 11 und 12 sind mit Lageroberflächen oder Bohrungen 11a und 12a zur Aufnahme der Welle 15 versehen. Die Welle 15 erstreckt sich durch die Bohrungen 11a und 12a mit geringen Abständen, und eine Schleifscheibe 35 und eine Riemenscheibe 36 sind beispielsweise auf die Endbereiche der Welle 15 außerhalb des Gehäuses 10 aufgebracht, wie in Fig. 4 strichpunktiert dargestellt ist. Zwischen den inneren Enden der Lagermetalle 11 und 12 ist mit schmalem Abstand eine ringförmige Schulter oder ein Flansch 15a eingefügt, der mit der Welle in deren Mittelbereich ein Stück bildet. Weiterhin sind ringförmige Taschen 38 und 39 in den inneren Endflächen der Lagermetalle 11 und 12 vorgesehen, und diese Taschen 38 und 39 stehen über axiale Durchlässe 40 und 41 und Engstellen 42 und 43 mit ringförmigen Nuten 21 und 22 in Verbindung. Die ringförmigen Nuten 21 und 22 sind mit den Druckfluiddurchlassen 23 und 24 im oberen Bereich des Gehäuses 10 verbunden. Auf nicht gezeigte Art werden diese Durchlässe 23. und 24 mit inkompressiblem Fluid, beispielsweise Schmieröl, das sich unter Druck befindet, mit Hilfe einer Pumpe über ein Druckbegrenzungsventil versorgt.

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Wie die Fig. 4 und 6 zeigen, sind die Lageroberflächen lla und 12a mit einer Anzahl von Fluidtaschen 13 und 14 versehen, die im gleichen Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sind, und die mit den ringförmigen Nuten 21 und 22 über Drosselventile 16 und Γ7 in Verbindung stehen.

Weiterhin sind die Lageroberflächen mit ringförmigen Nuten und 19 versehen, die mit der Außenseite der Lagermetalle 11 und 12 über Auslässe 25 und 26, die sich radial durch die Lagermetalle erstrecken, in Verbindung äcehen.

Wie in Fig. 5 und 6 gezeigt ist, sind an den äußeren oder Lastenden der Taschen 13 und 14 eine Anzahl von im Abstand voneinander angeordneten, vorspringenden Bereichen 20 und 27 angeordnet, die mit dem Lagermetall 11 und 12 aus einem Stück bestehen. Diese Vorsprünge sind in ihren Mittelpunkten mit radialen Auslassen 28 und 29 versehen, die mit den äußeren Durchlässen 34a und 34b am Boden des Gehäuses 10 über ringförmige Aussparungen 30 und 33, die sich auf dem äußeren Umfang der Lagermetalle 11 und 12 befinden, in Verbindung stehen. Die axiale Breite 1, der Vorsprünge 44 und 45 auf der Lastseite gegenüber den Vorsprüngen 31 und 32 auf der lastfreien Seite der Lagerflächen lla und 12a beträgt weniger als 1/2 der axialen Breite der Vorsprünge 31 und 32 der lastfreien Seite, wie in Fig. 6 gezeigt ist.

Die Deckel 46 und 47, die an den äußeren Enden der Lagermetalle 11 und 12 befestigt sind, sind mit ringförmigen Aussparungen 46a und 47a versehen, und die Lagermetalle 11 und enthalten Auslässe 48 und 49, die mit den ringförmigen Aussparungen 46a und 47a und den ringförmigen Aussparungen 30 und 33 in Verbindung stehen.

Bei diesem Aufbau wird das in das Gehäuse eingebrachte Druckfluid über die ringförmigen Nuten 21 und 22 und die Drossel—_

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stellen 16 und 17 in die Fluidtaschen 13 und 14 geleitet. Nur ein geringer Teil des in die Tasche 13 eingeleiteten Fluids kann über den Abstand der Vorsprünge 32 und 45 austreten. Das über diese Stellen ausgetretene Fluid wird durch die Aussparung 19 und den Auslaß 26 und durch die ringförmige Aussparung 47a und den Auslaß 49 in den Behälter 50 geleitet. Der größte Teil des Fluids in der Tasche 14 läuft durch den Abstand über dem vorspringenden Bereich 27 und gelangt über den Auslaß 29 in den Behälter 50. Auf dieselbe Art gelangt nur ein kleiner Teil des in die Tasche 14 gebrachten Druckfluids durch den Abstand der Vorsprünge 31 und 44 und wird nach Passieren dieses Durchlasses über die Aussparung 18 und den Auslaß 25 sowie die ringförmige Aussparung 46a und den Auslaß 48 in den Behälter 50 geleitet. Der verbleibende Teil des Fluids in der Tasche 13 gelangt durch den Abstand <if»s Lastseitenvorsprunges 20 und durch den Auslaß 28 in den Behälter 50.

Die hydrostatischen Drücke der durch den Strömungswiderstand der Drosselstellen 16 und 17 und die Abstände zwischen der Welle und den Lagerflächen 11a und 12a bestimmten Höhe werden in den Taschen 13 und 14 erzeugt, damit die Welle 15 im Zentrum der Lagermetalle 11 und 12 gehalten wird, ohne daß sie die Lagermetallflächen 11a und 12a berührt. Da die axiale Breite der Vorsprünge 44 und 45 auf der belasteten oder äußeren Seite geringer als diejenige der lastfreien Vorsprünge 31 und 32 auf der Innenseite ist, fließt das Druckfluid bei Lastfreien oder inneren Bedingungen aus den Taschen 13 und 14 hauptsächlich über die Lastseitenvorsprünge 44 und 45. Wird nun eine Last F„ über die Schleifscheibe 35 auf die Welle 15 ausgeübt, wie Fig. 4 zeigt, so wird die Welle 15 auf die oben beschriebene Art geneigt, so daß der Abstand der Lastseitenvorsprünge 44 und 45 sich stärker ändert als derjenige der VorSprünge 31 und 32 auf der lastfreien Seite. Da die axiale Breite der Vorsprünge

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44 und 45 auf der Lastseite enger ist als diejenige der Vorsprünge 31 und 32 auf der lastfreien Seite, führt diese Veränderung der Abstände zu einer größeren Veränderung der Ausflußmenge des Druckfluids aus den Taschen 13 und 14. Folglich verändert sich der Druckunterschied vor und hinter den Drosselstellen 16 und 17 erheblich. Darüberhinaus wird die Strömungsmengedes Fluids, das aus den Taschen 13 und 14 über die lastsei tigen Vorsprünge bei lastfreienBedingungen ausströmt, durch die Auslässe 28 und 29 der Auslaßvorsprünge 20 und 27 vergrößert, so daß die Drücke in den Taschen 13 und 14 stärker verändert werden, wenn die Welle 15 auf die angegebene Art geneigt wird.

Erfindungsgemäß wird also die axiale Breite der lastseitigen Vorsprünge schmaler als diejenige der Vorsprünge auf der lastfreien Seite gehalten, so daß ein größerer Anteil des Druckfluids in den Lagertaschen über die lastseitigen Vorsprünge ausströmt, so daß die Veränderung des Lagerdruckes bei Verschiebung oder Kippen der Welle vergrößert wird, wodurch die Stabilität des Fluidlagers erheblich verbessert wird.

Da weiterhin erfindungsgemäß Vorsprünge mit Auslässen in der Lagertasche nur auf der Lastseite vorgesehen sind, wird die Strömungsmenge' des Druckfluids, die auf der Tasche aus der Lastseite ausströmt, erhöht, so daß die Stabilität des Lagers gegenüber einer Neigung der Welle verbessert wird.

Wenn andererseits die axiale Breite der Vorsprünge auf der Lastseite und auf der lastfreien Seite verringert würde, würde der Verbrauch an Druckfluid in unwirtschaftlicher Weise steigen.

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Claims

2113077 _ 9 — Patentansprüche

1. Fluidlager mit hoher Tragfähigkeit, das für eine drehbare Unterstützung einer sich drehenden Welle vorgesehen ist, die einer Radialbelastung unterworfen ist, und das eine Lageroberfläche aufweist, die mit einer Anzahl von Fluidtaschen versehen ist, die im Abstand voneinander in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei eine Anzahl von vorspringenden Bereichen, deren Abstand zu der Welle hin gering ist, die Taschen umgeben, und wobei ein unter Druck befindliches Fluid durch eine Drossel stelle in die Taschen eingelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß Auslaßvorsprünge (20, 27)auf der Lastseite der Taschen vorgesehen sind, daß jeder der Auslaßvorsprüng (20, 27) einen geringen Abstand zu der Welle (15) hin aufweist und mit einem Auslaß(28, 29)zum Auslassen eines großen Teiles des Druckfluids versehen ist, und daß die axiale Breite (1-, , 1„) der Vorsprünge (31, 32, 44, 45) so bemessen ist, daß mehr Druckfluid von dem verbleibenden Fluid über die Abstände über den VorSprüngen (44, 45) auf der Lastseite abströmt, als über die Vorsprünge (31, 32) auf der lastfreien Seite.

2. Fluidlager-nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Breite (I₁) der Vorsprünge (44, 45) auf der Lastseite geringer als diejenige der Vorsprünge (31, 32) auf der lastfreien Seite ist.

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3. Fluidlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckfluid in die Taschen (13, 14) durch Drosselstellen (16, 17) eingelassen wird.

4. Fluidlager nach Anspruch 1,; dadurch gekennzeichnet, daß das Lager ein Paar koaxialer Lagermetalle (11, 12) aufweist, die auf den gegenüberliegenden Seiten eines Flansches (15a) der Welle (15 )· mit geringem Abstand zwischen den inneren Enden der Lagermetalle (II,¹ 12) und dem Flansch (15) angeordnet sind, daß jedes der Lagermetalle (11, 12) mit einer Anzahl von Fluidtaschen (13, 14) versehen ist, die im Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei eine Anzahl von Vorsprüngen (31, 32, 44, 45) die Fluidtaschen (13, 14) umgibt, daß die axiale Breite (1,) der Vorsprünge (44, 45) auf der Lastseite geringer ist als diejenige der Vorsprünge (31, 32) auf der !astfreien Seite, daß eine Anzahl von irn Umfang verteilten Auslaßvorsprüngen C20, 27) mit Auslassen (28, 29) auf der Lastseite jeder Fluidtasche vorgesehen ist, und daß sich ein Umfangsvorsprung (11a, 12a) auf der inneren Seite der Lagermetalle in der Nähe des Flansches (15a) befindet.

5. Fluidlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Aussparung (18, 19) zwischen der lastfreien Seite der Vorsprünge (lla, 12a) und den Vorsprüngen (31, 32) vorgesehen ist, und daß ein Auslaß (25, 26) an der ringförmigen Aussparung angebracht ist, durch den das Druckfluid, das durch den Abstand zwischen der Welle (15) und den Vorsprüngen (31, 32) gelangt ist, abgeleitet wird.

BAD ORIGINAL

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