DE2126197A1 - Hydrodynamisches Wellenlager - Google Patents

Description

TELEFON COS1O Ö93682 ^{L υ} ' ^ ' BA 3740.3 JF München, 2 6, Mai 1971

CP 378/951 Dr.M./foa

CG 378/951a

Commissariat ä I¹Energie Atoraique in Paris, Prankreich

Hydrodynamisches Wellenlager (Zusatz zu P 17 50 490.4-12)

Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Wellenlager mit glatter Bohrung, welches mit einem erheblichen Spiel zwischen der drehbaren VeIIe und dieser Bohrung arbeiten kann·

Das hydrodynamische Wellenlager, welches Gegenstand der Patentanmeldung P 17 50 490.4-12 ist, weist eine zylindrische Hülse mit glatter Innenbohrung auf, in der sich eine Welle dreht, die an ihrer Außenfläche im Bereich der Hülse eine Reihe von regelmäßig um ihre Achse verteilten wannenförmigen Ausnehmungen aufweist. Die Hülse ist mit dem Lagergehäuse mittels einer elastischen Vorrichtung verbunden, welche ihre Radialbewegungen dämpft. Infolge dieser Anordnung kann ein erhebliches Spiel augelassen werden, ohne daß die in den bisher bekannten hydrodynamischen Wellenlagern bei Wahl eines erheblichen Spiels bei einer Zwischengeschwindigkeit üblichen Wirbelerscheinungen auftreten.

Die Erfindung bezweckt insbesondere die weitere Verbesserung von hydrodynamischen Wellenlagern des erwähnten Typs, insbesondere

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durch eine Vereinfachung ihres Aufbaus, ohne ihre Vorteile zu bewein tr acht igen,

Diese Aufgabe vird erfindungsgemäß durch ein hydrodynamisches Wellenlager gemäß der Patentanmeldung P 17 50 490.4-12 gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist» daß die Hülse mit dem Gehäuse durch eine Membran aus biegsamem Material verbunden ist, die einer« seits an einem Ende der Hülse und andererseits an einem in axialer Richtung in der Nähe der Hülse befindlichen Teil des Gehäuses befestigt ist, wobei die Elastizität der Membran radiale Wände, von denen eine an der Hülse und die andere am Gehäuse ausgebildet ist, in Berührung hält.

Durch diese Ausbildung kann ein einziges Element, die Membran aus biegsamem Material, mehrere Funktionen erfüllen, die in dem hydrodynamischen Wellenlager gemäß deia Hauptpatent von gesonderten Elementen erfüllt wurden. Die an einem Ende der Hülse und am Gehäuse im wesentlichen dicht befestigte Membran bildet damit die materielle Trennwand, welche die Verbindung zwischen den einander entgegengesetzten Seiten der Hülse mit dem zwischen der. Welle und der Bohrung bestehenden Spiel begrenzte Infolge ihrer radialen Biegsamkeit drückt die Membran die Hülse elastisch in eine bezüglich des Gehäuses zentrierte Stellung zurück. Schließlich drückt die Membran wegen ihrer axialen Elastizität die miteinander zusammenwirkenden radialen Flächen der Hülse und des Gehäuses gegeneinander und bewirkt so die Dämpfung der radialen Schwingungen,

Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung einer nur als Beispiel angegebenen Ausführungsform eines hydrodynamischer. Wellenlasers· Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen. Hierin zeigern

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Fig. 1 schematisch die wesentlichen Elemente des hydrodynamischen Wellenlagers im Schnitt längs einer durch seine Achse gehenden Ebene;

Fig. 2 einen Schnitt-der Welle gemäß der Linie IX-XI der Fig· 1.

Das Lager A (Fig.1) weist ein Gehäuse 10 auf, von dem nur ein Teil gezeigt ist, und eine darin angeordnete, als Drehkörper geformte Hülse 12, die durch ein Spiel j von der Welle B getrennt ist.

Der die Hülse 12 aufnehmende Sitz im Gehäuse 10 ist durch eine Drehfläche 14 und eine Radialfläche 16, welche eine Reibstrecke mit einer veiter unten erläuterten Aufgabe/sowie durch eine Vertiefung 17 mit einem geringeren Durchmesser als die Drehfläche 14 begrenzt.

Die gezeigte Hülse 12 ist T-förmig ausgebildet und man kann sie sich aufgebaut denken aus einem Ringflansch 13 und einem Ring 20, dessen einer Arm in die Vertiefung 17 mit einem genügenden radialen Spiel eingesetzt ist. Die eine Politur von hoher Qualität besitzende Bohrung des Ringes 20 ist mit einer Gleitschicht 22 überzogen, deren Dicke aus Gründen der Klarheit in Fig. 1 stark übertrieben ist. Diese Gleitschicht 22 besteht aus einem Material

PoIymit geringem Reibungskoeffizienten, wie/tetrafluoräthylen,in Form einer Schicht von ungefähr 0,5 mm Dicke* Der Ringflansch 18 weist gegenüber der Reibstrecke 16 eine bezüglich der Achse der Hülse radiale ebene Fläche auf, die ebenfalls mit einer Gleitschicht 24, z.B. eine 0,5 mm dicke Schicht von Polytetrafluoräthylen, tiberzogen ist. Zwischen einer im Rand des Ring-flansches 18 ausgebildeten Nut und der Bohrung 14 des Gehäuses 10 ist eine Ringdichtung 26 eingelegt, die im normalen Betrieb keine Rolle spielt. Diese

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Dichtung tritt nur beim Anlaufen und Anhalten sowie bei einem Zwischenfall in Funktion und übt dann auf die Hülse 12 eine Zentrierwirkung aus«

Die Hülse 12 ist mit dem Gehäuse 10 durch eine Membran 28 aus biegsamem Material, im allgemeinen aus einem synthetischen Elastomer, verbunden. Die gezeigte Membran 28 -besitzt die Form einer Ringes, dessen beide entgegengesetzte WuIstrander in sich erveiternde Nuten 30 und 32 eingesetzt sind, die jeweils im unteren Endabschnitt des Ringes 20 und in der äußeren radialen Endfläche des Gehäuses 10 ausgebildet sind. Wie Fig· 1 zeigt besitzt der Endabschnitt des Ringes 20, in den die Nut 30 eingeschnitten ist, einen etwas größeren Innendurchmesser als der die Gleitschicht 22 tragende Teil, um jede Berührung zwischen der Membran 28 und der Welle zu vermeiden. Die Membran ist knieförmig geformt, damit sie im Betrieb nicht übermäßigen Spannungen unterworfen ist. Statt einen Querschnitt mit 90° Biegung aufzuweisen, kann die Membran selbstverständlich von dem Bereich an, wo sie den Ring verläßt, ausgeweitet sein. Die Form des Gehäuses ist dann entsprechend verändert.

Die Membran 28 spielt eine dreifache Rolle. Infolge ihrer Form, die ihr eine gewisse Elastizität in der radialen Richtung verleiht, wirkt sie auf eine Zentrierung der Hülse 12 im Gehäuse 10. Infolge der axialen Elastizität ihres zur Achse parallelen Abschnitts, der in Berührung mit dem Ring und dem Endabschnitt von gleichem Durchmesser des Gehäuses ist und unter einer geringen Spannung gehalten wird, drückt sie die Gießbeschichtung des Ring-flansches 18 gegen die Reibstrecke 16 und entwickelt damit Kräfte, welche Radialschwingungen dämpfen* Schließlich verhindert die Membran 28 jeden Gasaustausch zwischen dem unterhalb des Gehäuses liegenden

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Raum 34 der Kammer 36, velche durch Bohrungen 38 mit dem oberhalb

des Gehäuses liegenden Raum in Verbindung steht, um das Auftreten einer Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Ring/lansches 18 zu vermeiden. Die einzige» zwischen dem unteren und obenan Raum bestehende Verbindung bleibt also das zwischen der Hülse 12 und der drehbaren Welle vorhandene Spiel j (Fig.2).

Die drehbare Welle B (Fig. 1 und 2) weist in ihrer Außenfläche über eine geringfügig kleinere Länge als die Länge der Gleitschicht 22 eine Mehrzahl von wannenförmigen Ausnehmungen (in dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel 3 Ausnehmungen) auf, die in gleichmäßigen Winkelabständen verteilt sind· Diese wannenförmigen Ausnehmungen 40 weisen jede die Form eines keiles von in der Drehrichtung allmählich zunehmender Tiefe auf« Die optimale Tiefe der Ausnehmungen im tiefsten Bereich hängt von zahlreichen Parametern ab, liegt jedoch im allgemeinen zwischen 0,02 und 0,03 mm, mindestens für einen Betrieb als Gaslager bei Atmosphärendruck· Die Ausnehmungen können entweder direkt in die Welle eingeschnitten oder in einem Stück 42 ausgebildet sein, das an der eigentlichen Welle durch nicht gezeigte Einrichtungen eingebracht ist.

Ein hydrodynamisches Wellenlager des oben angegebenen Typs wurde zum Zentrieren einer Welle von 45$5rom Durchmesser benutzt, die sich mit hoher Geschwindigkeit (über 20 000 Umdrehungen pro Minute) in Luft drehte. Die Gleitschicht 24 bestand aus Polytetrafluoräthylen, dessen Reibungskoeffizient auf der Reibstrecke 16 aus poliertem AU 8 in der Größenordnung von 0,2 war. Die Membran 28 drückte den Ringflansch 18 mit einer Iraft von etwa 2,3 kg auf die Reibstrecke 16· Das diametrale Spiel zwischen der Welle B und der

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Hülse 12 betrug größenordnungsmäßig 50 yum. Trotz des hohen Wertes dieses Spiels, der veit über dem bei üblichen, mit Gas arbeitenden hydrodynamischen Wellenlagern liegt, bei denen das Spiel im allgemeinen einige Mikrometer beträgt, vurde bei verschiedenen Betriebsgeschwindigkeiten und Temperaturen keinerlei hydrodynamische Instabilität beobachtest. Dieses Ergebnis ist vahrscheinlich auf die Stabilisierungswirkung der Membran 28 zurückzuführen, welche zu der Wirkung der in die Welle eingeschnittenen wannenf örmigen Aus nehmungen 40 hinzutritt»

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Claims (5)

Patentansprüche

1.) Hydrodynamisches Wellenlager, welches eine zylindrische Hülse mit glatter Innenbohrung und eine sich darin drehende Welle mit an ihrer Außenfläche im Bereich des Lagers regelmäßig um ihre Achse verteilten vannenförmigen Ausnehmungen aufweist, in dem die Hülse mittels eines Radialflansches mit einer ihre Radial- und gegebenenfalls Axialbevegungen bezüglich des Lagergehäuses dämpfenden elastischen Dämpfungseinrichtung zusammenwirkt! gemäß Patentanmeldung P 17 50 490.4-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung eine Membran (28) aus biegsamem Material aufweist,die einerseits an einem Ende der Hülse (12) und andererseits an einem in axialer Richtung in der Nähe der Hülse befindlichen Teil des Gehäuses (10) befestigt ist, wobei die Elastizität der Membran die an der Hülse (12) und am Gehäuse (1O) ausgebildeten radialen Wände (16,24) miteinander in Berührung hält.

2.) Hydrodynamisches Wellenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus einem Ring aus Elastomermaterial besteht, der zwischen seiner einen Kante, die in einer Ringnut (32), die in einer Radialfläche des Gehäuses ausgebildet ist, festgehalten ist, und der anderen Kante, die in einer Ringnut (30) festgehalten ist, velche in einem Abschnitt der Hülse, welcher einen größeren Durchmesser als der mit der Welle zusammenwirkende Abschnitt aufweist, ausgebildet ist, einen zurückgebogenen Querschnitt aufweist.

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3.) Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse einen T~förmigen Querschnitt aufweist und die Membran das Ende des einen . Armes des T mit dem Gehäuse verbindet.

4·} Lager nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ausgehend von einer Vertiefung (17) zur Aufnahme des mit der Membran verbundenen Arms des T eine Bohrung mit einem Durchmesser im wesentlichen gleich dem des Endabschnitts der Hülse, velcher den Rand der Membran aufnimmt, und die Hadialflache aufweist und da6 die Membran (28) diese Bohrung des Gehäuses und die Verbindung zwischen der Bohrung und der Radialfläche abdeckt.

5.) Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet, durch eine elastischen Ringdichtung (26), die zwischen eine Bohrung (14) des Gehäuses und den Umfang der Hülse (12) eingesetzt ist.

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