DE2158179C2 - Hydrostatisch druckausgeglichenes Stützlager für drehende Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisch druckausgeglichenes Stützlager für drehende Wellen, insbesondere für Wellen von Hydraulikpumpen gemäß dem Oberbc · griff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges Stützlager ist aus der DE-PS 8 63 880 bekannt. Dort ist eine nach allen Richtungen und damit auch radial zu einem Achsschenkel beweglich gelagerte Lagerschale vorgesehen, deren Körper an seiner zur Welle hingewandten Seite der Form der Welle angepaßt ist, d. h. eine zylindrische Ausnehmung besitzt, die eine Lauffläche bildet. Die Oberfläche der Lauffläche des Lagerschuhs ist in der Mitte rückspringend ausgebildet zur Erzeugung eines Dichtsteges, welcher auf der entsprechenden Fläche der Welle trägt Der von dem Dichtsteg umgebene Mittelbereich des Lagerschuhs ist mit Hochdruckmedium beaufschlagbar.

Der Dichtsteg dieses Stützlagers ist — wie gesagt — an den Außenumfang einer zylindrischen Welle angepaßt Bei hohen Lagerdrücken führt dies zu ungleichförmiger Verformung der Dichtstege und damit DruckmittelLeckverlusten. Auch führt eine ungleichmäßige Verformung der Dichtstege — insbesondere bei hohen Drehzahlen — zu erheblicher Lagererwärmung.

Bei diesem bekannten Lager wird Schmiermittel ständig unter Hochdruck gefördert, wobei als Druckbegrenzung ein Überströmventil vorgesehen ist. Die ständige Förderung von Schmiermitteln führt dabei zu unnötigem Energieaufwand.

Aus der US-PS 29 98 999 ist ein hydrostatisch druckausgeglichenes Stützlager bekannt, daß aus mehreren Lagerschalen besteht, die in einem ortsfesten Gehäuse unverschiebbar angeordnet sind. Jede Lagerschale weist eine teilweise hohlkugelförmige Oberfläche auf, die auf einer teilweise kugelförmigen Fläche lastet welche an einer Welle um deren Rotationsachse ausgebildet ist Eine Druckregelung ist hierbei nur über externe Einrichtungen möglich, die die Druckbeaufschlagung des Lagers ändern. Der extern eingestellte Hydraulkdruck muß für eine einwandfreie Funktion dieses Lagers proportional der Lagerbelastung sein. Auch hier ergeben sich bei ungleichförmiger Verformung der Dichtstege hohe Leckverluste, insbesondere, da die einzelnen Lagerschalen ortsfest gehalten sind. Primärer Zweck der dortigen, vollständig sphärischen Dichtstege bzw. Lagerringe ist die Selbst-Zentrierung des Lagers.

Die DE-PS 33 727 beschreibt ein hydraulisches Entlastungskissen für Wellen. Der dortige Lagersite hat im Prinzip die gleiche Form wie der der DE-PS 8 63 880. Er ist also der Außenkontur einer zylindrischen Welle angepaßt

Aufgabe der Erfindung ist es, das Stützlager der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine Deformation unter Last gleichmäßig erfolgt und nicht zu Leckverlusten an dem Dichtsteg führt

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst Eine vorteilhafte Weiterbildung, die für eine automatische Druckregelung in Abhängigkeit von der Belastung des jeweiligen Lagerschuhes sorgt, ist im Anspruch 2 angegeben.

Im Normalfall ist die Welle mittels anderer Lager festgelegt, und das hydrostatisch druckausgeglichene Gleitlager ist so angeordnet, daß es die Hauptlagerlast aufnimmt In einigen Anwendungsfällen ist die Hauptlagerlast konstant In diesen Fällen kann die Druckzuffhr auf einen Wert entsprechend der Last und der wirksamen Fläche der Lagerschale eingestellt werden. In anderen Anwendungsfällen, wie beispielweise bei den Lagerzapfen von Axialkolbenpumpen oder Motoren fester Verdrängung, ist die Lagerlast proportional zu dem Druck in Steueröffnungen. In diesen Fällen kann der Druck an den Steueröffnungen bzw. Einlaßöffnungen direkt zu einer Lagerschale geleitet werden. In anderen Anwendungsfällen kann die Lagerlast auf verschiedene Variable ansprechen. Beispielsweise bei Axialkolbenpumpen variabler Verdrängung kann die Lagerlast proportional dem Produkt aus dem Druck an den Steueröffnungen und der Pumpenverdrängung sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigt

F i g. 1 bis 3 Schnittansichten verschiedener Ausbildungen des Stützlagers nach der Erfindung;

F i g. 4 das Stützlager nach der Erfindung im Anwendungsfall an der Antriebswelle einer Axialkolbenpumpe variabler Verdrängung; und

F i g. 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer aus mehreren Teilen aufgebauten Lagerschale.

In F i g. 1 weist eine Welle 2 einen teilweise kugelig ausgebildeten Lagerteil, der in den teilweise kugelig ausgebildeten Dichtstegen 3 der Lagerschale 4 gleitet, auf. Die Lagerschale, die in der Endansicht kreisförmig ist, weist einen mit einer Dichtung 5 ausgestatteten zylindrischen Abschnitt auf und ist in dem ortsfesten Zylinder 6 radial frei gleitbar, wobei die wirksame Fläche der Lagerschale im wesentlichen gleich der wirksamen vorspringenden Fläche des Dichtsteges an der Gleitfläche

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ist. Eine Feder 7 gewährleistet einen vergleichsweise nen eine Anzahl von Lagerschalen winklig um den Lastniedrigen Anfangsandruck und spannt die Lagerschale mittelpunkt, wie in F i g. 5 veranschaulicht, angeordnet gegen den Lagerzapfen vor. Eine Bohrung 8 stellt eine werden. Vorzugsweise haben die Lagerschalen in diesen Verbindung zwischen dem Zylinder 6 und dem rück- Fällen eine ungerade AnzahL Die in der Mitte liegende springenden Mittelbereich der Lagerschalenfläche her. 5 Lagerschale kann von dem dargestellten Typ oder von Die Hochdruckzufuhr erfolgt über die Leitung 9. einem der in den F i g. 2 und 3 veranschaulichten Typen

Die in F i g. 1 gezeigte Ausbildung der Lagerschale ist sein, und die anderen Lagerschalen können von dem in geeignet, eine bekannte Lagcrlast gegen eine konstante F i g. 1 veranschaulichten Typ sein mit der Ausnahme, Druckzufuhr auszugleichen oder für Anwendungsfälle, daß die Leitung 9 weggelassen ist Der erforderliche in denen die Lagerlast proportional dem Zufuhrdruck io hydrostatische Druck würde durch die in der Mitte anist, wie dies der Fall ist, wenn das Lager in Verbindung geordnete Lagerschale bestimmt werden, und dieser mit Axialkolbenpumpen fester Verdrängung verwendet Druck würde über Leitungen 17 und 18 den anderen wird und der Zufuhrdruck der auf der Hochdruckseite Lagerschalen zugeführt werden, an den Steueröffnungen der Pumpe herrschende Druck In vielen Anwendungsfällen ist die Lagerlast eine

ist Für in beide Richtungen fördernde Pumpen dieser 15 Funktion des Antriebsdrehmomentes, wie dies bei vie-Art kann ein Selektorventil verwendet werden, um zu len Hydraulikpumpen der Fall ist In diesen Fällen äst der bestimmen, welches jeweils der höhere Druck an den hydrostatische Ausgleichsdruck proportional dem An-Steueröffcungen ist und diesen als Zufuhrdruck zu der triebsdrehmoment, und dies ist von Vorteil, indem es als Leitung 9 zu leiten. Wenn beide Auslässe oder Steuer- Mittel zum Erfassen des Drehmomentes oder zur VerÖffnungen auf hohem Druck sein können, kann ein Ven- 20 wendung in Verbindung mit einem Drehmomentsbetil Verwendung finden, das einen Druck wählt der das grenzer herangezogen werden kann, .«dem entweder Mittel zwischen den beiden Drücken ist und diesen dacn die Kraftzufuhr oder die Verdrängung eine · angetriebeals Druck zu der Leitung 9 leitet nen Pumpe gesteuert wird.

In den anderen Lagerausbildungen nach den F i g. 2,3 In F i g. 4 ist die Erfindung an der Antriebswelle einer

und 5 sind die Einzelteile mit gleichen Funktionen durch Z5 Axialkolbenpumpe variabler Verdrängung veranschaugleiche Bezugszeichen, wie in F i g. !,gekennzeichnet licht, der ?n Hinterende in einem Kugellager 19 ange-

Die Lagerlast kann nicht proportional dem Zufuhr- ordnet ist und wobei der teilweise kugelförmige Lagerdruck an der Leitung 9 sein. Beispielsweise bei der An- zapfen in einer teilweise hohlkugelförmig ausgebildeten wendung in Axialkolbenpumpen variabler Verdrängung Hülse 20 angeordnet ist Die Gleitlagerschale kann von ist die Lagerlast proportional dem Produkt aus der Ver- 30 dem in den F i g. 2 oder 3 veranschaulichten Typ sein drängung und den Drücken an den Steueröffnungen oder eine Anzahl von Gleitlagerschalen, wie in F i g. 5 oder Einlassen. In derartigen Fällen ist es notwendig, veranschaulicht aufweisen. Das dargestellte Ausfüh-Einrichtungen zur selbsttätigen Regulierung des hydro- rungsbeispiel zeigt eine der äußeren Lagerschalen gestatischen Ausgleichsdruckes an der Lagerschale vorzu- maß F i g. 5, die ähnlich der in F i g. 1 veranschaulichten sehen, und die verschiedenen Einrichtungen dieser Art 35 Bauweise ist sind in den F i g. 2 und 3 veranschaulicht

Ansteile die Gesamtfläche innerhalb der Dichtstege, Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

wie dies in F i g. 1 gezeigt ist rückspringend auszubil-

den, kann die wirksame Fläche durch eine Ringnut bestimmt werden, die mit dem Ausgleichdruck, wie in 40
Fig.2 veranschaulicht beaufschlagt wird. Bei diesem
Ausführungsbeispiel ist ein kleines, mittels einer Feder
geschlossenes Ventil 12 in die Hochdruckzufuhrleitung
eingepaßt, um die Radiallage der Lagerschale im Arbeitszustand zu bestimmen. Jede Änderung der Lager- 45
last bewegt die Lagerschale in radialer Richtung, um die
öffnung des Ventiles 12 zu ändern, um den gewünschten
Druckausgleich aufrechtzuerhalten, wobei ein geringer
Leckverlust an der Oberschale der Lagerschale an den
gleitenden Dichtstegen 3 auftritt 50

In F i g. 3 ist eine Lagerschale ähnlich F i g. 1 veranschaulicht m't der Ausnahme, daß sie ein Spulenventil 13
aufweist, welches in radialer Richtung durch die Lagerschale über ein Halbkugelgelenk 14 bewegt wird. Das
Gehäuse des Spulen/entiles weist einen Hochdruckein- 55
laß von der Leitung 9 und einen Auslaß zu der Leitung
15 auf. Von einer mittigen Bohrung weist das Ventil
einen Durchlaß auf, welcher an dem Zylinder der Lagerschale angeschlossen ist In diesem Falle bewirkt jegliche Änderung der Lagerlast eine Bewegung des Spulen- 60
ventiles, worauf die relativen öffnungen der Hochdruck- und Niederdrucköffnungen zur Aufrechterhaltung des Entlastungsdruckes entsprechend der Last variiert werden.

In einigen Anwendungsfällen kann es unpraktisch 65
sein, eine Lagerschale ausreichend großen Durchmessers zur Aufnahme der L.i<=:erlast von der vorhandenen
Druckzufuhr zu verwenden. In derartigen Fällen kön-

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hydrostatisch druckausgeglichenes Stützlager für drehende Wellen, insbesondere für Wellen von Hydraulikpumpen, mit mindestens einem hydrostatisch ausgeglichenen, in deren Endansicht kreisförmigen Lagerschuh, der in einem ortsfesten Gehäuse radial verschiebbar gehalten ist, wobei der Lagerschuh eine gekrümmte Oberfläche aufweist, die auf einer entsprechenden Fläche, die an einer Welle um deren Rotationsachse ausgebildet ist lastet, wobei die Oberfläche jedes Lagerschuhs in der Mitte rückspringend ausgebildet ist oder darin ausgebildete Wüten aufweist zur Bildung eines schmalen Dichtsteges, welcher auf der entsprechenden Fläche der Welle trägt, und wobei der Mittelbereich des Lagerschuhs mit Hochdruckmedium beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerschuh (4) eise hohlkugelförmige Oberfläche aufweist, daß die Welle (2) eine entsprechend angepaßte kugelförmige Fläche aufweist und daß der Lagerschuh im wesentlichen symmetrisch zu seiner radialen Mittellinie ausgebildet ist

2. Stützlager nach Anspruch 1, wobei der Lagerschuh (4) mit einem radial verschiebbaren Teil (12, 13) gekoppelt ist, das mit einem Ventil verbunden oder als Ventil ausgebildet ist und durch radiale Verschiebung des Lagerschuhs (4) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet daß die radial nach außen gerichtete Verschiebung des Lagerschuhs (4) das Ventil zu einer externen Druckwelle öffnet, worauf Hochdruckfluid zu dem Stützlager gelangt wodurch der Druck innerhalb des Stützb^ers zum Ausgleich der Lagerlast regelbar ist