DE2356817B2

DE2356817B2 - Selbstdruckerzeugendes Radialgleitlager

Info

Publication number: DE2356817B2
Application number: DE2356817A
Authority: DE
Inventors: Francois Garches Pruvot (Frankreich)
Original assignee: Regie Nationale des Usines Renault
Current assignee: Regie Nationale des Usines Renault
Priority date: 1973-07-20
Filing date: 1973-11-14
Publication date: 1980-03-13
Also published as: US3934948A; FR2250401A5; DE2356817C3; DE2356817A1

Description

Die Erfindung betrifft ein selbstdruckerzeugcndes Radialgleitlager für eine in einer Richtung umlaufende Welle, mit mehreren in Lagerumfangsrichtung verlaufenden und über den Lagerumfang verteilten, als Viskositätspumpe dienenden Schmierrnittelfördernuten und drucksseitig jeweils an eine Fördernut angeschlossenen Drucktaschen in dem die Welle aufnehmenden Lagerteil, dessen Lagerfläche von Stegen gebildet ist, die jeweils eine Fördernut und die ihr zugeordnete Drucktasche einfassen.

Ein selbstdruckerzeugendes Radialgleitlager dieser Art ist aus der DE-OS 22 51 062 bekannt Eei einem solchen Lager nehmen der Druck und die Temperatur des flüssigen Schmiermittels, d.h. Schmieröls, in den Drucktaschen mit steigender Drehzahl der Welle zu. Vor allem der Temperaturanstieg des Schmiermittels begrenzt die maximale Wellendrehzahl, für die das Lager verwendet werden kann. Das Lagerspiel muß nämlich bei niedriger Drehzahl klein gehalten werden, um die notwendige Steifigkeit des Lagers zu gewährleisten; es bleibt damit auch bei hoher Drehzahl klein, bei der mit Rücksicht auf die Schmiermitteltemperatur ein höherer Schmiermitteldurchsatz erforderlich wäre.

Bei einem anderen aus der DE-OS 20 58 259 bekannten Radialgleitlager ist die Anordnung derart getroffen, daß das Lager bei kleiner Wellendrehzahl mit verhältnismäßig kleinem Lagerspiel läuft, so daß die notwendige Steifigkeit gegeben ist während mit zunehmender Wellendrehzahl das Lagerspiel vergrößert wird, um damit das Lager auch für hohe Drehzahlen geeignet zu machen. Zu diesem Zwecke ist die Welle mit kegelstumpfförmigen Lagerflächen versehen, die mit entsprechend gestalteten, kegelstumpfförmigen Lagerflächen von Lagerteilen zusammenwirken, welche schmiermittelbeaufschlggte Drucktaschen enthalten. Um das Lagerspiel zu verändern, können die die Drucktaschen enthaltenden Lagerteile axial veischoben werden, wozu über ein Umsteuerventi! den Lagerteilen zugeordnete Verstellkammern von außen her mit einem Steuerdruckmittel beaufschlagt werden. Die Veränderung des Lagerspieles durch eine eigene solche Steuereinrichtung ist aufwendig und insbesondere dann unzweckmäßig, wenn die Wellendrehzahl sich in einem größeren Bereich dauernd ändert. Außerdem sind kegelstumpfförmige Lagerflächen bei einem Radialgleitlager bei der erforderlichen Genauigkeit teuer in der Herstellung.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein selbstdruckerzeugendes Radialgleitlager zu schaffen, bei dem die Temperaturerhöhung des aus dem Lager austretenden flüssigen Schmiermittels auch bei höheren Wellendrehzahlen mit einfachen Mitteln selbsttätig in zulässigen Grenzen gehalten wird.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Fördernuten und Drucktaschen in einer dünnwandigen Buchse angeordnet sind, die in einer Gehäusebohrung zentriert ist, mit ihrem die Fördernuten und Drucktasehen aufweisenden Teil mit radialem Spiel in die Gehäusebohrung ragt und unter dem Druck des Schmiermittels radial elastisch dehnbar ist

Das Radialgleitlager kann sich durch entsprechende radiale Verformung der dünnwandigen Buchse und dadurch hervorgerufene Veränderung des Lagerspieles selbsttätig auf die jeweilige Drehzahl der Welle einstellen, so daß das Lager für einen großen Drehzahlbereich eingesetzt werden kann, in dem es ohne eine unzulässige Erwärmung des flüssigen Schmiermittels bei hohen Drehzahlen und ohne eine zu große Abnahme der Steifigkeit des Lagers bei kleinen Drehzahlen arbeitet. Die Einstellung des Lagerspieles erfolgt dabei ohne äußeren Eingriff selbsttätig.

In einer bevorzugten praktischen Ausführungsform kann die Anordnung derart getroffen sein, daß der die Buchse umgebende Ringspalt nach außen mittels Dichtringe abgedichtet, mit unter geringem Druck stehendem Schmiermittel beaufschlagt und über Boh-

rungen zur Versorgung der Fördernuten mit dem Buchseninneren verbunden ist Um auf einfache Weise die Buchse in der Gehäusebohrung zentrieren zu können, kann diese einstückig mit einem Befestigungsflansch ausgebildet sein. Auch kann die Buchse an ihrem freien Ende eine ringförmige Verlängerung aufweisen, die sich über den die Drucktaschen und die Fördernuten aufweisenden Teil hinaus erstreckt Durch diese Maßnahme kann vermieden werden, daß die an einem Ende eingespannte Buchse sich bei der radialen Verformung leicht konisch aufweitet

Wenn das Lager für sehr hohe Belastung ausgelegt werden soll, kann die Anordnung derart getroffen werden, daß die jeweils einander benachbarten Drucktaschen zugeordneten Fördernuten wechselseitig zu verschiedenen Drucktaschenseiten liegen und sich jeweils über zwei Drucktaschenbereiche erstrecken. Damit werden die wirksame Länge der den einzelnen Drdcktaschen zugeordneten Fördernuten verdoppelt und der Schmiermitteldruck in den Druckta-chen selbst erhöht, ohne daß die Verlängerung der Fördernuten dazu führen würde, daß die Zahl der längs des Umfanges der dünnwandigen Buchse angeordneten Drucktaschen herabgesetzt werden müßte.

Schließlich kann das Radialgleitlager in einer Ausführungsform auch zur gleichzeitigen Aufnahme von Axialbelastungen eingerichtet werden. Zu diesem Zwecke kann die Buchse an ihrem den Befest gungsflansch tragenden Ende zusätzlich mit einem radial nach innen gerichteter., ar. beiden Stirnflächen Fördernuten und Drucktaschen aufweisenden Ringflansch versehen sein, dessen eine Stirnfläche gemeinsam mit einer Ringschulter der Wel'e und dessen andere Stirnfläche gemeinsam mit einer gegen die Welle axial federnd abgestützten Ringscheibe ein doppelt wirkendes, selbstdruckerzeugend^s Axiallager bildet.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfihdung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen teilweisen und schematischen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines selbstdruckerzeugenden Radiallagers gemäß der Erfindung, in einen Schnitt entsprechend der Linie IH-IIl der F i g. 2,

F i g. 2 eine schematische Ansicht der zylindrischen lnnenumfangsfläche des Lagers nach F i g. 1, im Schnitt längs einer Erzeugenden sowie in abgewickelter Darstellung und

F i g. 3 eine teilweise Schnittdarstellung eines anderen Ausführungsbeispiels eines selbstdruckerzeugenden Lagers gemäß der Erfindung, zur Aufnahme axialer und radialer Belastungen.

In den F i g. 1 und 2 ist jeweils ein Ausführungsbeispiel eines selbstdruckerzeugenden Radialgleitlagers dargestellt.

Wie in Fig. 1 dargestellt, enthält das Lager ein Lagerelement, das aus einer dünnwandigen Buchse 5 besteht, die durch einen radialen Befestigungsflansch 6 und Schrauben 7 starr mit einem Lagerkörper 8 verbunden ist. Es ist zu bemerken, daß die radiale Dicke der Buchse 5 in den Darstellungen der Figuren stark übertrieben ist, um das Verständnis zu erleichtern. Die Buchse 5 ist mit Hilfe eines kurzen Zentrierstückes 9 in dem Lagergehäuse 8 zentriert. Die Buchse 5 ist mit radialem Spiel in einer Zylinderbohrung 10 des Lagergehäuses 8 eingesetzt, wobei die Abdichtung in radialer und axialer Richtung durch Dichtringe 11 und 12 gewährleistet ist.

Demnach befindet sich ein abgedichteter Ringspalt 13 zwischen der dünnwandigen Buchse 5 und der Zylinderbohrung 10 des Lagergehäuses 8. Der Ringspalt 13 kann über einen in den Ringspalt 13 führenden Zuführkanal 14 in dem Lagergehäuse 8 mit flüssigem Schmiermittel versorgt werden. Der Dichtring 12, der die Abdichtung in axialer Richtung gewährleistet, liegt in einer Nut 15 des Lagergehäuses 8, deren Ränder nicht mit der Außenfläche der Buchse 5 in Berührung stehen, so daß diese sich radial verformen kann.

Drucktaschen 16 und Fördernuten 17 und insbesondere aus Fig.2 zu ersehen, die eine Abwicklung der dünnwandigen Buchse 5 der F i g. 1 darstellt; sie sind an der Buchse 5 vorgesehen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält das Lager vier Drucktaschen, die mit 16a, 16fc, 16c und

ι > 16c/ bezeichnet sind. Jede Drucktasche wird über eine Fördernut die entsprechend mit 1 7a, 176, 17c und \7d bezeichnet ist mit flüssigem Schmiermittel versorgt wobei sich die Flüssigkeit in Richtung der in Fig.2 dargestellten Pfeile bewegt Die Drucktaschen 16 und die Fördernuten 17 sind durch abdichtende Stege 18 begrenzt, die bis zu einem sehr geringen Abstand ei (aus Fig. 1 ersichtlich) an die Welle 19 heranreichen. In F i g. 2 sind axiale Nuten 20 und sich in Umfangsrichtung erstreckende Nuten 21 dargestellt, denen das Schmiermittel über Bohrungen 22 zugeführt wird. Die Bohrungen 22 stehen mit dem Ringspalt 13 in Verbindung, der seinerseits über den Zuführkanal 14 versorgt wird.

Wie aus F i g. 2 zu erkennen ist, sind die Fördernuten

i'j !7 der Drucktaschen 16 so geführt, daß sie nicht nur an die jeweils entsprechende Drucktasche sondern auch an die unmittelbar vorhergehende Drucktasche angrenzen. Um diese besondere Anordnung zu ermöglichen, sind die Fördernuten abwechselnd an der einen und der

i> anderen Seite der Drucktaschen 16 angeordnet. So liegt die Fördernut 17a der Drucktasche J3a im unteren Teil der F i g. 2, während die Fördernut 1 Tb der Drucktasche 166 im oberen Teil der F i g. 2 verläuft. Auf diese Weise wird eine doppelte Länge der Fördernuten 17 erreicht.

Wegen dieser besonderen Anordnung wird eine Verdoppelung des in den Drucktaschen 16 herrschenden Druckes erzielt.

Das Lager arbeitet auf folgende Weise: Mit zunehmender Drehzahl der Welle 19 wächst der Druck

•fi in den Drucktaschen 16 des selbstdruckerzeugenden Lagers. Die ausreichend dünnwandige Buchse 5 verformt sich radial, wodurch das Spiel ei zwischen den abdichtenden Stegen 18 und der Umfangsfläche der umlaufenden Welle 19 zunimmt. Dadurch ergeben sich

w eine Zunahme des Schmiermittelflusses und eine Verminderung der auftretenden Verlustleistung. Die Austrittstemperatur des tragenden Schmiermittels nimmt demnach nicht mehr oder zumindest nur sehr wenig zu.

v> Im übrigen nimmt mit wachsender Drehzahl der Welle 19 und damit steigendem Druck die Steifigkeit des Lagers zu oder verringert sich zumindest nicht.

Ein Wachsen des Innendurchmessers der dünnwandigen Buchse 5 ist mit einem leicht konischen Aufweiten

κι derselben verbunden, weil ihr eines Ende durch den radialen Befestigungsflansch 6 im Lagerkörper 8 praktisch eingespannt ist. Es ist möglich, diese Aufweitung dadurch auszugleichen, daß die dünnwandige Buchse 5 mit einer ringförmigen Verlängerung 23,

ιλ wie in F i g. 1 mit getrichelten Linien dargestellt, versehen wird. Da das Material dieser Verlängerung 23 nicht unter der radialen Belastung steht, die von dem in den Drucktaschen 16 des Lagers herrschenden Druck

ausgeübt wird, setzt sie sich der Verformung der dünnwandigen Buchse 5 entgegen. Durch entsprechende Wahl der Länge der Verlängerung 23 kann leicht erreicht werden, daß die Verformung der dünnwandigen Buchse 5 genau symmetrisch in bezug auf ihre Mittelebene 24 erfolgt.

Die Rechnung zeigt, daß es zur Beseitigung der als Funktion der Drehzahl der Welle auftretenden Temperaturerhöhung theoretisch notwendig wäre, daß der Druck in den Drucktaschen 16 des selbstdruckerzeugenden Lagers unabhängig von der Drehzahl der Welle 19 konstant bleibt. Mit anderen Worten, es müßte die radiale Steifigkeit der dünnwandigen Buchse 5 eigentlich Null sein, was natürlich praktisch nicht zu verwirklichen ist. Man wird daher unter Berücksichtigung der gewünschten radialen Steifigkeit eine Buchse möglichst geringer Stärke wählen.

Zum Beispie! wird bei einem Durchmesser der Welle 19 von 70 mm die Tiefe der Drucktaschen 16 in der Größenordnung von 1 mm und die Stärke des Drucktaschenbodens in der Größenordnung von 2 mrn sein. Der Außendurchmesser der dünnwandigen Buchse 5 wird demnach etwa 76 mm sein. Unter der Annahme, daß die dünnwandige Buchse 5 aus Stahl gefertigt ist, wird sie sich bei einem Druck in den Diuckiaschen ίο von etwa 20 bar um 0,01 mm im Durchmesser verformen. Man wird daher den Durchmesser beim Druck η im Hinblick auf diese Verformung wählen. So wird z. B. das Spiel ei bei der Drehzahl 0 gleich 0,01 mm gewählt. Bei einer Drehzahl der Welle 19 von 6000 Umdrehungen pro Minute ist dann das Spiel ei bei einem Druck in den Drucktaschen von ungefähr 20 bar etwa 0,02 mm.

Es kann leicht gezeigt werden, daß die Temperatur des Schmiermittels über einen sehr großen Drehzahlbereich praktisch konstant ist. Darüber hinaus sieht man, daß das Lager in radialer Richtung von sehr kompakter Bauweise ist.

Wenn auch das Lager eine so gering wie mögliche radiale Steifigkeit haben soll, um sich leicht in radialer Richtung zu verformen, so muß es dennoch in seiner Gesamtheit eine große Biegefestigkeit aufweisen. Unter Beachtung dieser Umstände ist es leicht, ein Lager praktisch zu verwirklichen und für jedes gestellte Problem eine entsprechende Konstruktion zu finden.

In Fig.3 ist in Teilansicht ein anderes Ausführungsbeispiel eines Lagers dargestellt, das gleichzeitig radiale und axiale Lasten aufnehmen kann.

In Fig.3 ist eine Welle 25 mit der Achse 26 dargestellt Die Welle 25 hat einen ersten Absatz, der eine Ringschulter 27, und einen zweiten Absatz, der eine Ringschulter 28 bildet; die axiale Länge des Absatzes zwischen den Stirnflächen 27 und 28 sei /.

Die Welle 25 ist radial in einem selbstdruckerzeugenden Lager gelagert, das in seiner Funktion und in seinem allgemeinen Aufbau dem Lager der F i g. 1,2 entspricht Dieses Radiallager enthält eine dünnwandige Buchse 29, die auf ihrer Innenseite mit durch Fördernuten 31 versorgten Drucktaschen 30 versehen ist, wobei das Schmiermittel über Zuführkanäle 32, einen Ringspalt 33 und einen im Lagergehäuse 35 angeordneten Zuführkanal 34 zugeführt wird. Der Ringspalt 33 ist durch zwei Dichtungsringe 36 abgedichtet Wie bei dem vorausgegangenen Beispiel ist die Wandstärke der dünnwandigen Buchse 29 in F i g. 3 stark übertrieben dargestellt, um das Verständnis zu erleichtern.

Bei Zunahme der Drehzahl der Welle 25 nimmt der Druck in den Drucktaschen 30 ebenfalls zu, was eine radiale Verformung der Buchse 29 und damit eini Vergrößerung des Spieles ei zwischen abdichtende!

Stegen 37 und der Oberfläche der Welle 25 hervorruft.

Die dünnwandige Buchse 29 ist an dem Lagerkörpe 35 mittels eines Befestigungsflansches 38 und mittel:

Schrauben 39 befestigt. Der Befestigungsflansch 38 is im wesentlichen in der gleichen Ebene durch einei Ringflansch 40 radial nach innen verlängert, der au seiner der Ringschulter 27 des Absatzes der Welle 2!

in gegenüberliegenden Stirnfläche 41 mindestens eini Drucktasche 42 aufweist, die durch eine Fördernut 4; und die Leitungen 44,45 und 45a, die in den Ringspalt 3; münden, versorgt wird. Das aus der Drucktasche 4: entweichende Schmiermittel dringt in eine ringförmigi Kammer 54 ein und kann daraus über einen Kanal 55 ii den Ringspaii 33 entweichen. Es ist zu beachten, dal eine einzige Drucktasche 42 auf dieser Stirnfläche 4 des als axialer Anschlag dienenden Ringflansches 4< genügt, weil die Achse 26 der Welle 25 durch da Radiallager, bestehend aus der dünnwandigen Buchsi 29 und den Drucktaschcn 30, genau in ihrer gcomctri sehen Lage definiert ist.

Die andere Stirnfläche 47 des Ringflansches 40 trag ein selbstdruckerzeugendes Lager, das in seine

ι¹, Funktionsweise den vorher beschriebenen entsprich und mehrere Drucktaschen enthält, die über Fördernu ten 46 und eine Leitung 49, die mit den erwähnte! Leitungen 45 und 45a in Verbindung stehen, versorg werden. Es empfiehlt sich, drei Drucktaschen 48 in de

jo Stirnfläche 47 des Ringflansches 40 vorzusehen.

Die Gesamtstärke des Ringflansches 40 ist etwa kleiner als die Länge / des Absatzes der Welle 2i gewählt. Auf diese Weise kann eine Ringscheibe 50 ai der Ringschulter 28 der Welle 25 in geringem Abstanc

J5 zu der Stirnfläche 47 des Ringflansches 40 in Anschlaj gehalten werden. Dieser Abstand bzw. dieses Arbeits spiel ist durch die Betriebsbedingungen der Well· festgelegt und kann dadurch eingestellt werden, dal man die Länge / des Absatzes entsprechend veränden welcher bei einem anderen in F i g. 3 nicht dargestellte! Ausführungsbeispiel auf die Welle 25 heruntergezogei sein kann.

Die Ringscheibe 50 wirkt über eine ihrer Stirnfläche! mit der Stirnfläche 47 des Ringflansches 40 derar

•4 5 zusammen, daß sie mit den Drucktaschen 48 eil selbstdruckerzeugendes Axiallager bildet

In einem durch einen Sprengring 53 oder ein andere Mittel axial auf der Welle festgehaltenen Käfig 5: angeordnete Federn 51 üben auf die andere Stirnflächi

so der Ringscheibe 50 eine axial gerichtete Kraft aus. Win die Steifigkeit der Federn 51 klein gewählt bleibt dii Andruckkraft etwa konstant.

In dieser Ausführungsform hat das Axiallager trot: der großen Weichheit der Federn 51 eine genügendi Steifigkeit, weil das aus den Drucktaschen 42 und de Stirnfläche 27 des Absatzes der Welle 25 gebildet! Lager von großer Steifigkeit ist

Bei dieser Ausführungsform arbeitet das Lager ii folgender Weise: Bei einer Drehzahlerhöhung de Welle 25 erfolgt zunächst eine radiale Verformung de dünnwandigen Buchse 29 des Radiallagers, wodurch dii Erhöhung der Temperatur des Schmiermittels, wii weiter oben festgestellt, begrenzt wird. Die Drehzahler höhung der Welle 25 bewirkt ebenso eine Druckerhö hung in den Drucktaschen 42, 48, unter deren Einflul sich die Welle 25 in bezug auf F i g. 3 derart leicht nacl rechts bewegt, da das durch den axialen Anschlag-Ring flansch 40 definierte Axialspiel als Funktion de

Drehzahl der Welle zunimmt, was, wie bei dem vorhergehenden Beispiel, erlaubt, eine konstante Temperatur der Schmiermittelflüssigkeit aufrechtzuerhalten.

Auf diese Weise wurde ein selbstdruckerzeugendes Lager geschaffen, das die erwähnten Vorteile aufweist und zur Aufnahme radialer und axialer Lasten geeignet ist. Die neuen Radiallager können z. B. bei Werkzeugmaschinen zur Lagerung von Werkzeugmaschinenspindeln angewandt werden, deren Drehzahl sich in einem sehr großen Drehzahlbereich bis zu sehr hohen Drehzahlen ändert, wobei das Verhältnis zwischen Maximal- und Minimaldrehzahl bei 10 : I oder selbst bei 20 :1 liegen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Selbstdruckerzeugendes Radialgleitlager für eine in einer Richtung umlaufende Welle, mit mehreren in Lagerumfangsrichtung verlaufenden und über den Lagerumfang verteilten, als Viskositätspumpe dienenden Schmiermittelfördernuten und druckseitig jeweils an eine Fördernut angeschlossenen Drucktaschen in dem die Welle aufnehmenden Lagerteil, dessen Lagerfläche von Stegen gebildet ist, die jeweils eine Fördernut und die ihr zugeordnete Drucktasche einfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördernuten (17) und Drucktaschen (16) in einer dünnwandigen Buchse (5) angeordnet sind, die in einer Gehäusebohrung zentriert ist, mit ihrem die Fördernuten und Drucktaschen aufweisenden Teil mit radialem Spiel in die Gehäusebohrung ragt und unter dem Druck des Schmiermittels radial elastisch dehnbar ist

2. Radialgleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Buchse (5) umgebende Ringspalt (13) nach außen mittels Dichtringe (11,12) abgedichtet, mit unter geringem Druck stehendem Schmiermittel beaufschlagt und über Bohrungen (22) 2^r> zur Versorgung der Fördernuten mit dem Buchseninneren verbunden ist.

3. Radialgleitlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (5) einstückig mit einem Befestigungsflansch «' (6) ausgebildet ist.

4. Radialgleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (5) an ihrem freien Ende eine ringförmige Verlängerung (23) aufweist, die sich über den die Drucktaschen (16) i^r> und die Fördernuten (17) aufweisenden Teil hinaus erstreckt.

5. Radialgleitlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchre (5) an ihrem den Befestigungsflansch (38) tragenden Ende zusätzlich mit einem radial nach innen gerichteten, an beiden Stirnflächen (41, 47) Fördernuten (42, 48) und Drucktaschen (43,46) aufweisenden Ringflansch (40) versehen ist, dessen eine Stirnfläche (41) gemeinsam mit einer Ringschulter (27) der Welle (25) und dessen « andere Stirnfläche (47) gemeinsam mit einer gegen die Welle (25) axial federnd abgestützten Ringscheibe (50) ein doppeltwirkendes, selbstdruckerzeugendes Axiallager bildet.

6. Radialgleitlager nach einem der vorhergehen- w den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einander benachbarten Drucktaschen (16a, b, ^zugeordneten Fördernuten (17a, b, ς) wechselseitig zu verschiedenen Drucktaschenseiten liegen und sich jeweils über zwei Drucktaschenbereiche er- Vi strecken.