DE2440699A1

DE2440699A1 - Schmieranordnung

Info

Publication number: DE2440699A1
Application number: DE2440699A
Authority: DE
Inventors: Robert H Tuffias
Original assignee: Litton Industries Inc
Current assignee: Litton Industries Inc
Priority date: 1973-12-12
Filing date: 1974-08-24
Publication date: 1975-06-19
Also published as: US3891282A; JPS5090840A; FR2254733B1; FR2254733A1

Description

Litton Industries, Inc., 360 Horth Crescent Drive, Beverly EiIls, California 90210, USA.

Schmi eranordnung.

Die Erfindung "bezieht sich auf geschmierte Anordnungen und insbesondere auf geschmierte Lager der Art, die häufig als Spinlager bzw. Lauflager bezeichnet werden, wobei die Drehbewegung bei verhältnismäßig hohen Winkelgeschwindigkeiten des Hotors des Lagers verwendet wird, um ein Schmiermittel in den Lagerspalt zwischen dem ilotor und dem Stator des Lagers zu drücken.

Spinlager der angegebenen Art, die unter Betriebsbedingungen verhältnismäßig hoher Winkelgeschwindigkeiten verwendet werden, sind in der Vergangenheit für viele Anwendungsfälle entwickelt worden. Diese Lager sind mit Abschlußvorrichtungen versehen, die häufig als Druckplatten bezeichnet werden und die spiralförmig verlaufende Kanäle, üblicherweise in Form von Nuten, oder äquivalente Konfigurationen besitzen, so daß die Bewegung des Rotors bei einer Drehung mit hohen Drehzahlen das Schmiermittel in den Lagerspalt einführt. Dies ergibt einen Druckaufbau im

B09825/02B9

Konto: Bayerische Vereinsbank (BLZ 750 200 73) 5 804248 Postscheckkonto München 893 69-801

Gerichtsstand Regensburg

L/p 7926 -2- 22. August 1974 W/We

Schmiermittel. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß solche spiralförmig verlaufenden Nuten auf Druckplatten mit spiralförmig verlaufenden Nuten auf der Lager oberfläche ö.es j-iotors oder dec Stators kombiniert werden können, so daß ein System von Kanälen dargestellt wird, durch das das Schmiermittel in das Lager eingedrückt wird. Dieser Effekt ist an sich bekannt und wird aufgrund der inneren Reibung im Schmiermittel in Verbindung mit der Viskosität des Schmiermittels erläutert. Ein Leispiel für Spinlager mit Druclrplatten und spiralförmig verlaufenden Hüten gibt die US-PS 3.282.633·

Spinlager der vorbeschriebenen Art haben, wenn sie nach bekannten Prinzipien ausgelegt sind, einen Nachteil insoferne, als eine einwandfreie Schmierung nur dann erreicht wird, wenn der Rotor sich in einem vorbestimmten Richtungssinne dreht. Soll er sich im entgegengesetzten Richtungssinn drehen, wird kein Schmiermittel in den Lagerspalt eingedrückt, was zur Zerstörung des Layers bei Fehlen des Schmiermittels führt. Anders ausgedrückt heißt dies, daß der Richtungssinn der Drehung dieser bekannten Lager nicht reversibel ist. Dies wird klar, wenn mann bedenkt, daß der Richtungssinn, in welchem die Spiralen der Kanäle, die mehr oder weniger breite Nuten sind, auf einer Druckplatte orientiert sind, e.-inen baiilichen Parameter darstellt, der von iaibegiiui an in das Lager eingeführt ist und somit von einem Ledienenden nicht geändert werden kann. Auf vielen Anwendungs~ gebieten derartiger Lager stellt dio fehlende Reversibilität einen Nachteil dar, obgleich es zutreffen mag, daß in bestimmten Fällen hierin ein Nachteil nicht erblickt wird, urn nur einige Beispiele zu erwähnen, sei darauf hingewiesen, daß es außerordentlich erwünscht ist, Spinlager der vorbeschriebenen Art zur Verfugung zu haben, die auf Anwendungsgebieten verwendet worden können, bei denen die Reversibilität der Drehrichtung eine notwendige I'Orderung darstellt. So ist es klar, daß dann, trenn solche Lager zur VeX¹W en&ung bei einer Drehung in jedem

B09825/0259

L/p 7926 -3- 22. August 1974 W/We

Hichtungssinn gebaut werden können, diese Lager besonders zweckmäßig werden, beispielsweise in Verbindung mit elektrischen Motoren, Werkzeugmaschinen und natürlich in einer großen Anzahl von anderen technologischen Anwendungsgebieten.

Es ist somit wesentliches Ziel vorliegender Erfindung, reversible Lager der Art zu schaffen, bei denen Schmiermittelkanäle verwendet v/erden, um Schmiermittel in den Lager spalt einzubringen.

"Vorliegende Erfindung bertiht auf der Erkenntnis, daß ein reversibles Lager oder eine andere geschmierte Anordnung, die unabhängig _vom PLichtungssinii der Bewegung betätigbar ist, üb-

f ür
licherweise/eine Drehung eines Elementes gegenüber dem anderen, unter Verwendung eines verschiebbaren Elementes, das nachstehend als Trennvorrichtung bezeichnet wird, welches im Spalt zwischen den Elementen einer solchen Anordnung, z.B. dem Stator und dem Rotor eines Lagers, befestigt ist, aiisgelegt werden kann.

Mit vorliegender Erfindung wird bei einer Schmieranordnung mit ersten und zweiten Elementen, die so befestigt sind, daß sie eine Drehbewegung in bezug aufeinander wahlweise im einen Richtungssinn oder im entgegengesetzten Richtungssinn ausführen können, wobei die Elemente einen Spalt dazwischen ausbilden, in welchem Schmiermittel aufrechterhalten werden kann, vorgeschlagen, daß eine Trennvorrichtung innerhalb des Spaltes vorgesehen ist, derart, daß ein erster Raum in der Nähe des ersten Elementes und ein zweiter Raum in der Nähe des anderen Elementes gegeneinander verschiebbar angeordnet sind, und daß Drucksteuerelemente vorgesehen sind, die an der Trennvorrichtung einen Druckabfall erzeugen, dessen Orientierung von dem Richtungssinn der Drehbewegung abhängt, wodurch eine selektive Verschiebung der Trennvorrichtung gegen das erste oder gegen das zweite Element abhängig von dem Richtungssinn der Drehbewegung erfolgt.

Insbesondere in bezug auf die Ausführungsformen nach vorliegender

B09825/0259

L/p 7926 -4- 22. August 1974 W/We

Erfindung in D'orm von Lagern wird darauf hingewiesen, daß eine solche trennvorrichtung einen Raum in dor ITähe des Rotors von einem Raun in der liähe des Stators trennt. Die !Trennvorrichtung ist soait innerhalb des Lagerspaltes vorgesehen und VeX¹SChXebbai", vorzugsweise vollständig freischwebend zwischen Stator und Rotor ausgebildet.

Zusätzlich macht eine geschmierte Anordnung oder speziell ein Lager, das nach vorliegender Erfindung aufgebaut ist, auch Verwendung von spiralförmigen Kanälen oder einer äquivalenten Anordnung, um den Druck des Schmiermittels zu steuern, derart, daß ein Druckabfall an der Trennvorrichtung während des Betriebes erzeugt wird. Diese spiralförmigen Kanäle oder anderen Drucksteuerelemente sind auf Oberflächen in solchen Bereichen vorgesehen, daß die Orientierung des Druckabfalles von dem Drehsinn abhängt. Dies bedeutet, daß bei' einer Drehung in einem Richtungssinn die Größe des Druckes in dem Raum in der Nähe des Rotors die Größe des Druckes in dem Raum in der ITähe des Stators übersteigt. Druckbedingungen werden mit entgegengesetztem Drehrichtungssinn umgekehrt. Die Trennvorrichtung wird infolgedessen gegen den Stator oder gegen den Rotor verschoben, abhängig von der Orientierung des Druckabfalles. Wenn das Lager sich einmal bei der normalen hohen Winkelgeschwindigkeit dreht, kann angenommen werden, daß die Trennvorrichtung in Berührung mit dem Stator oder dem Rotor oder wenigstens sehr nahe dem Stator oder Rotor ist. Durch Verwendung der Trennvorrichtung in Verbindung mit einer in geeigneter Weise gewählten Anordnung von Schmiermittelkanälen, die in vorliegender Beschreibung als Drucksteuervorrichtung allgemein bezeichnet werden, wird Schmiermittel in den Lagerspalt unabhängig von Drehrichtungssinn eingeführt.

Bei der nachstehenden, ins Einzelne gehenden Beschreibung werden die Prinzipien vorliegender Erfindung in Verbindung mit Lagern

509825/0259
copy

L/pV'926 -51 22. August ?4 W/v/e

erläutert, diese irr in zip ion sine jedoch in gleicher Weise anwendbar auf >jeschmierte Anordnungen, die nicht notwendigerweise Lager sind, beispielsweise kann eine solche geschmierte Anordnung, bei der Prinzipien nach vorliegender Erfindung zweckmäßig angewendet werden, eine Schwenkaliordnung sein, bei der keine vollständige Drehung auftritt. Eine solche geschmierte Anordnung kann als eine Anordnung bezeichnet werden,, bei der ein erstes Element so angeordnet ist, daß es eine Helativdrelibewegung in bezug auf das anöere Element ausführen kann, und der Spalt, der zwischen diesen Elementen ausgebildet ist, nimmt das Schmiermittel auf.

Die Ausdrücke "Stator" und "Rotor" wie sie in vorliegeno.er Beschreibung verwendet werden, sind gegeneinander austauschbar. In nahezu jeder Konstruktion eines Lagers ist es möglich, ein Lager in solcher weise zu verwenden, daß die Anordnung, die in einem Anwendungsfall der Rotor ist, in einem anderen Anwendungsfall der Stator ist, und umgekehrt. Deshalb werden zu Zwecken der einfacheren, und verständlicheren Erläuterung der Erfindung diese Ausdrücke in dem herkömmlichen Sinne verwendet, wobei aber eine Austauschbarkeit gegeben ist.

Nachstehend, wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 teilweise in a::ialer Schnittansicht eine schematische Darstellung einer Ausftunrungsf orm eines geschmierten Lagers nach vorliegender Erfindung,

iigur 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 der IPigur 1,

3 eine schematische, perspektivische 'reilansicht den Rotors und der Trennvorrichtung einer gegenüber der Darstellung nach iMg. 1 abgeänderten Ausführtmgsforra,

509825/0259

COPY BAD ORIGiNAL

L/p 7926 -β- 22. August 74- U/We

Figur 4 teilweise in aid. al er Schnittansicht eine schenatische Darstellung einer weiteren Ausführungsforia eines geschnierten Layers nach, vorliegender Erfindung,

Fi^.ir ^xj eine Aufsicht auf den Stator des Layers nach Fig. 4- und

x>er-

1'¹I[JUr 6 eine/spektivisclie Ansicht einer abgeänderten Aus führung si'orm der 'trennvorrichtung des Lagers nach den Figuren M- und 5.

Aus der Beschreibung der dargestellten Ausführungsbeispiele ergibt sich, daß diese Ausführungsbeispiele sich- auf die Klasse von in sich geschlossenen Lagern, bei denen die erforderliche Menge an Schmiermittel in dem Lager abgedichtet eingeschlossen ist, das Prinzip vorliegender Erfindung kann jedoch auch auf Lager angewendet werden, deren Lagerspalte mit äußeren Schmiermittelquellen verbunden sind.

In Figur 1, die lediglich, schematisch eine Ausführungsform eines Lagers nach der Erfindung zeigt, wobei alle nicht unbedingt notwendigen Einzelheiten weggelassen sind, ist eine Welle 10 dargestellt, die entsprechend vorliegender Erfindung entweder in Pfeilriclitung 12 oder in der entgegengesetzten Hichtung gedreht werden kann. Die Welle 10 ist mit dem Rotor 14-verbunden, der als kreisförmige Scheibe dargestellt ist und der in einem Gehäuse aufgenommen ist, das in Figur 1 als aus einem zylindrischen Gehäuseteil 16 und einem Eodenteil zusammeiigesetst ist; der Bodenteil ist als kreisförmige Platte dargestellt und enthält den Stator 18 des Lagers. Die Kombination aiiß Gehäuseteil 1G und Stator 13 kann eine beliebige I'Oria annehmen. Sie kann einen einteiligen Aufbau haben, in der Praxis jedoch ist die Anordnung komplizierter. L'ei der Darstellung nach Figur 1 erstreckt sich die Welle 10 in

* beziehen,

5 0 9825/0259

-copy

L/p 7926 -ψ- 22. Au[JHGt y-Ί- W/We

vertikaler Richtung, so daß das Lager nach, dieser Ausführungsform axiale Lasten in vertikaler Richtung nach abwärts aufnehmen kann. Ein in gleicher oder in ähnlicher Weise konstruiertes Lager kann am anderen Ende der Welle 10 vorgesehen sein, ferner kann die Welle 10 sich in horizontaler Richtung erstrecken, und das andere, identische Lager befindet sich am anderen Ende, das in Figur 1 nicht gezeigt ist. Die Kombination zweier solcher ■ Lager stellt ein Drucklager dar, das Lasten in jeder der zwei entgegengesetzt orientierten axialen bzw. horizontalen Richtungen aufnehmen kann. Das Lager kann mit einem oder mehreren Gleitlagern kombiniert oder in Kombination mit diesen verwendet werden, wobei die Gleitlager die Welle 1C an einer oder mehreren Zwischenstellen zwischen den beiden Endlagern aufnehmen. Eine derartige kombinierte Anordnung ist in der Zeichnung nicht dargestellt; es ergibt sich jedoch für den Fachmann aus vorliegender Erfindung, daß verschiedene Arten von Lagerkombinationen verwendet werden können, falls dies für spezielle Anwendungsfälle erwünscht ist.

Das durch den Stator 18 und den zylindrischen Gehäuseteil 16 gebildete Gehäuse nach Figur 1 enthält ein Schmiermittel (in der Zeichnung nicht dargestellt) in allen offenen Räumen einschließlich eines Reservoirs 15 oberhalb des Rotors 14, und ist durch eine Magnetdichtung abgedichtet, weil in dem dargestellten Ausführungsbeispiel unterstellt ist, daß das Schmiermittel ein magnetisierbares Strömungsmittel ist. Das abdichtende Strömungsmittel kann magnetisch' sein und das Lagerschmiermittel nicht magnetisch (z.B. eine Flüssigkeit oder ein Gas), oder die Dichtung kann beispielsweise eine Oberflächenspannungsdichtung sein. Derartige magnetisierbare Strömungsmittel sind in der Technik bekannt und sind zu Zwecken der Erzielung abgedichteter Anordnungen verwendet worden, wie beispielsweise in den Aufsätzen "Magnetic Fluid Seals" von R.E. Rosenzweig, G. Niskolczy und F.D. Ezekiel, in Machine Design, 28.3-1968, Seiten 145-150 und "Progress in-Ferrohydrodynamics" von

5 0 9 8 2 5/0259

POPY

• 2UQ699

L/p 7926 -8- 22. August 74 W/We

Dr. Ronald E. Eosensweig, in Industrial Research, Oktober 1970, wie auch in den US-Patentschriften 3.726.574 und 3.746.407 beschrieben und dargestellt. Die schenatisch gezeigte magnetische Dichtung des Lagers nach Figur 1 weist einen ringförmigen Permanentmagneten 20 auf, der mit den zylindrischen Gehäuseteil 16 befestigt ist, v/ob ei die oberen xm.<l unteren Oberflächen die ITord- und Südpole bzw. umgekehrt 'darstellen. Zusätzlich sind zwei ringförmige Scheiben aus magnetischem Material vorgesehen, die Polschuhe 22 und 24 darstellen und auf der einen und der anderen Seite des Permanentmagneten 20 angeordnet sind. Diese Scheiben sind ebenfalls mit der Innenfläche des zylindrischen Gehäuseteiles 16 befestigt und erstrecken sich auf die Welle'10 zu, wobei der untere Polschuh 22 die obere Begrenzung des Reservoirs 15 definiert. Die inneren Ränder, die diejenigen sind, die in unmittelbarer Nähe der Welle 10 liegen, haben verhältnismäßig scharfe Kanten, und sie bauen ein Magnetfeld auf, das durch die Welle hindurchtritt, und dessen Stärke bei konvergierenden Flußlinien zwischen den scharfen Innenkanten der Polschuhe 22, 24 und der Oberfläche der Welle 10, die aus magnetischem Material bestehen muß, wenn eine magnetische Dichtung verwendet wird, zunimmt. Die insoxtfeit beschriebene und in Figur 1 dargestellte Anordnung stellt eine herkömmliche magnetische Dichtung dar, bei der der konzentrierte Magnetfluß zwischen den scharfen Innenkanten der ringförmigen Polschuhe 22 und 24 und der Welle 10 ein Austreten des magnetisierbaren Strömungsmittels aus dem Lager verhindert, ohne daß eine Drehung der Welle 10 verhindert wird.

Innerhalb des Lagerspaltes, der der Raum zwischen dem Rotor 14 und dem Stator 18 ist, ist eine Trennvorrichtung vorgesehen, die auch als Separator bezeichnet wird und die die Form einer flachen Platte oder Scheibe 26, ebenfalls kreisförmiger Gestalt, besitzt. In Figur 1 ist die Trennvorrichtung 26 schematisch in einer solchen Stellung dargestellt, daß ein Raum zwischen

5 0 9825/0259 Copy ¹

24A0699

L/p 7926 -S- 22. August ?4 V/vie

dem Rotor 14- und der Trennvorrichtung 26, sowie ein weiterer Kaum zwischen der Treimvorrichtung 26 und dem Stator 18 gebildet wird. Obgleich in der Praxis diese Räume und der gesamte Lagerspalt sehr schmal sind, ist die Trennvorrichtung 26 auf den Rotor 14- und auf den Stator 18 zu vorschiebbar, jedoch nur über einen sehr kurzen Abstand. Immerhin sind zwei getrennte Räume vorhanden. Die Trennvorrichtiuig 26 ist vollständig freischwebend, obgleich es für manche Anwendungsfälle zweckmäßig sein kann, für eine 'Trennvorrichtung eine gewisse Führung, z.B. in !form von ij'ührung sei erneuten vorzusehen. In einem nach Fig. konstruierten Lager stellt das zylindrische Gehäuseteil 16 ein solches i'ührunrs element dar, so daß die Treimvorrichtting 26 innerhalb des Spaltes vollständig frei schwebt.

Zusätzlich zu der Trennvorrichtung muß zur Erzielung eines einwandfreien Lagers ua es. wenigstens eine Überfläche, z.B. eine Oberfläche des Stators, des liotors oder der Trennvorrichtung mit spiralförmig verlaufenden Schmierkanälen oder entsprechend'en äquivalenten Elementen vorgesehen sein, die die Wirkung von Drucksteuervorrichtungen haben, so daß ein Druckabfall an der Trenn.vorrichtung 26 entsteht, wenn die Welle 10 in Drehung versetzt wird. Eine derartige Drucksteuervorrichtung in l'^lorm von spiralförmig verlaufenden Kanälen ist zweckmäßigerweise an der Oberfläche des Rotors 14- vorgesehen, die die untere Oberfläche des Rotors in der Darstellung nach i'igur 1 ist, weil dies die Lagerfläche ist, die dem Stator 18 zugewandt ict. Andererseits kann die Diucksteuervorrichtung, d.h. die Nuten, nicht nur an der Bodenflache des Rotors 14-, sondern auch an der oberen Fläche des Stators 18 vorgesehen sein, wobei die Trennvorrichtung 26 eine flache Scheibe ist, wie weiter unten ausgeführt wird.

5 0 9825/0259

COPY !

L/p 7926 -10- 22. August 74 W/We

Eine Darstellung entsprechender spiralförmiger Hüten in dei -Lagerfläche des Rotors 14 ist in Figur 2 gegeben, die eine ^uerschnittsaiisicht längs der Linie 2-2 der Figur 1 ist. Aus Figur 2 ergibt sich, daß die spiralförmig verlaufenden Hut en 28 zwischen erhabenen 13 er eichen 30, die auch als Stege bezeichnet werden, vorgesehen sind. Druckplatten dieser Ausführung sind in der Technik bekannt.

man von der Annahme aus, daß die Welle 10 und damit der Hot or 14 in dem durch den Pfeil 12 in den Figuren 1 und 2 gegebenen Richtungssinn in Drehung versetzt wird, wirken die Kanäle 28 der Lagerfläche des Rotors 14 in der Weise, daß Schmiermittel in radialer Hichtung nach außen von dem Kama zwischen dem Kotor 14 und der Trennvorrichtung 26 gedrückt wird, mit dem Ergebnis, daß die Höhe des Schmiermitteidruckes in diesem Kaum abnimmt, so daß die Trennvorrichtung 26 auf den Hotor 14 zu, d.h. nach oben in Figur 1 verschoben wird. Aufgrund dieses Druckabfalles an der Trennvorrichtung 26 wird Schmiermittel in den Kaum zwischen der Trennvorrichtung 26 und dem Stator 18 eingeführt. Wenn das Lager mit voller Drehzahl arbeitet, was üblicherweise bei sehr hoher Winkelgeschwindigkeit der Fall ist, ist die Trennvorrichtung 26 in der Weise verschoben worden, daß sie sehr nahe dem Rotor 14 liegt und angenommen werden kann, daß sie in seine !Bewegung eingeschlossen ist. Dabei wird angenommen, daß ein sehr dünner Schmierfilm stets vorhanden ist und den entsprechend dünnen Kaum zwischen dem Rotor 14 und der Trennvorrichtung 26 füllt. Wenn die Welle 10 in dem entgegengesetzt zur Pfeilrichtung 12 angezeigten Richtungssinn rotiez't, können die Betriebsbedingungen als vertauscht angesehen werden.

Obgleich das insoweit "beschriebene Lager mit einem einzigen System von spiralförmig verlaufenden Schmierkanälen 28 auf der Lagerfläche des Rotors 14 arbeiten kann, ist es besonders

5 0 9825/0259

L/p 7926 -11- 22. August 74 W/Ve

zweckmäßig, einen zweiten Satz solcher Nuten auf wenigstens einer der Oberflächen vorzusehen, die den Raum zwischen der ' Trennvorrichtung 26 und dem Stator 18 bilden. Ein solcher zweiter Satz spiralförmig verlaufender Nuten kann in entsprechender Weise auf der Lagerfläche des Stators 18 vorgesehen sein, die die innere, nach oben orientierte Fläche in der Darstellung nach Figur 1 ist. Damit die spiralförmig verlaufenden Nuten eines solchen zweiten Satzes die Arbeitsweise des Lagers einwandfrei unterstützen, müssen die Spiralen so orientiert sein, daß sie die gleiche Orientierung im Haum haben, d.h. in bezug auf ein starres System von Bezugsebenen. Mit anderen Worten muß der Orientierungssinn der Hüten 28 in !Figur 2, nämlich die Nuten auf der Lagerfläche des Rotors 14, und der Orientierungssinn der Nuten auf dem Lager, nämlich die obere Fläche des Stators 18, eine Beziehung haben, die der eines Bildes und seines Spiegelbildes entspricht. IJm diese Beziehung noch klarer zum Ausdruck zu bringen, ist, wenn Fig. als Ansicht der Nuten des zweiten Satzes, d.h. der Nuten im Stator 18 angenommen wird, die Orientierung der Spiralen der Nuten 28 und der Stege JO vertauscht.

Andererseits kann der Satz von spiralförmigen Nuten im Raum zwischen Trennvorrichtung 26 und Stator 28 auf der Oberfläche der Trennvorrichtung 26 vorgesehen sein, die dem Stator 18 zugewandt ist, d.h. der unteren Fläche in der Darstellung nach Figur 1. Dann müssen die Nuten entgegengesetzt im Raum orientiert sein, oder aber, wiederum anders ausgedrückt, kann dann Figur als eine korrekte Darstellung der Nuten auf der unteren Fläche in Figur 1 der Trennvorrichtung 26 interpretiert werden.

Ein derartiger zweiter Satz von spiralförmig verlaufenden Nuten trägt zur Verbesserung der Arbeitsweise des Lagers bei. Nimmt man wiederum einen Richtungssinn_der Drehung der Welle an, wie er durch den Pfeil 12 in Figur 1 angezeigt ist, drückt

509825/0259

2U0699

L/p 7926 -12- 22. August ?4 W/Ve

der Rotor 14 mit seinem Satz von spiralförmig verlaufenden Nuten nach Figur 2 Schmiermittel nach außen, die Trennvorrichtung 26 wird nach oben vorschoben, wie vorstehend erläutert, und dann bewirkt der aweite Satz von Nuten - gleichgültig, ob ei- auf dem Stator 18 oder auf der Trennvorrichtung 26 vorgesehen ist - dass Schmiermittel in den Kaum zwischen dem Stator 18 und der Trennvorrichtung 26 eingeführt wird. Wenn umgekehrt die Welle 10 in entgegengesetzter Richtung rotiert, werden die Bedingungen vertauscht. Dann drücken die Nuten auf dem Rotor 14- Schmiermittel in den Raum zwischen dem Rotor 14· und der Trennvorrichtung 26, die Trennvorrichtung 26 wird aufgrund des an ihr herrschenden Druckabfalles in Figur 1 nach unten, das heißt gegen den Stator 18 gedrückt, und der zweite Satz von ITuten unterstützt diese Arbeitsweise.

Somit ergibt sich, daß die Trennvorrichtung entweder auf den Stator oder auf den Rotor zu als Funktion des Richtungssinnes der Welle 10 und des Rotors 14· verschoben wird, und die beiden Sätze von spiralförmig verlaufenden Nuten arbeiten in der Weise zusammen, daß Schmiermittel in den einen oder den anderen der Räume des Lagerspaltes an der einen oder der anderen Seite der Trennvorrichtung eingeführt wird, und es wird der gewünschte Effekt erzielt, nämlich, daß das Lager unabhängig von dem. Drehrichtungssinn arbeitet und geschmiert wird.

Aus der bisherigen Beschreibung der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 ergibt sich, daß das zu Darstellungszwecken gewählte Beispiel ein in sich geschlossenes hydrodynamisches Stromungsmittelfilmlager darstellt. Weiterhin ergibt sich, daß die Trennvorrichtung 26, die den Lagerspalt in zwei Räume unterteilt, im Zusammenwirken mitin geeigneter Weise orientierten SchmiermittelkanalenΓ die breite Kanäle, wie in Figur 2 gezeigt, oder schmale Kanäle in größerer Ansattl sein können, so arbeitet, daß die Höhe des Schmiermitteldruckes im einen oder im anderen dieser beiden Räume erhöht wird, während die Höhe des Dnicies in

BO9825/02 5 9

COPY j

L/p 7926 -/13- 22. AiiGUGt 74 W/We

anderen Raum geringer _wird, und dann Schmiermittel in den Raum eingeführt wird, in welchem die Höhe des Druckes geringer geworden ist, bis ein dynauisches Gleichgewicht erzielt ist, das von der Drehzahl abhängt.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß geschmierte Anordnungen oder Lager nach vorliegender Erfindung häufig aus metallischem Haterial hergestellt sind, was den Vorteil hat, daß herkömmliche Abdeck- und Ä'tztechnologien bei der Herstellung der Schmiermittelkanäle verwendet werden können, obgleich auch beliebige andere, hierfür geeignete Materialien verwendet werden können. In bezug auf Äquivalente für spiralförmige Kanäle sei erwähnt, daß die Drucksteuervorrichtimg die ^07J¹Tj von Eingangsöfinungen annehmen kann, wie dies in dem Aufsatz "ü'luid i'ilm Bearings - A Survey of their Design, Construction and use" von P.J. Geary, 1962, Eritish Scientific Instrument Research Association Report Ii.236, Seiten 45-47, insbesondere Ji'igur 15 auf Seite 46 in Verbindung mit dem zugeordneten Text beschrieben und dargestellt ist.

bezüglich der einwandfreien Orientierung der Spiralen ist zu erwähnen, daß die Regel für die Orientierung einfach ist, nämlich, daß die Spiralen dann, wenn die Kanäle auf entgegengesetzt orientierten Oberflächen vorgesehen sind, identisch in bezug auf ein starres System von Koordinatenachsen orientiert sein müssen, d.h., daß sie wie ein Bild und sein Spiegelbild in Erscheinung treten, wem andererseits die spiralförmigen Kanäle in den unterschiedlichen Räumen auf Oberflächen vorgesehen sind, die die gleiche Orientierung haben, müssen die Spiralen entgegengesetzt in bezug auf ein solches System von Bezugsachsen orientiert sein, und sie sind dann identisch, wenn sie so wie in Verbindung mit den Nuten 28 in l''igu.r 2 dargestellt werden. Obgleich die Verwendung eines Gases als Schmiermittel in vorliegender Erfindung mit eingeschlossen ist, ist das Schmiermittel vielfach eine viskose flüssigkeit vtnö. vorzugsweise eine magnetisierbare, viskose flüssigkeit, da ein

509825/0259 $" · ^

Copy

L/p 7926 -14- 22. August 74 W/We

solches Schmiermittel die Verwendung der magnetischen Dichtung nach Figur 1 ermöglicht. Zusätzlich kann eine magnetisierbare Flüssigkeit in der !Dichtung und eine andere Flüssigkeit oder ein -Jas im Lager verwendet !herden.

Obgleich ausgeführt worden ist, daß ein Satz von spiralförmigen Kanälen, die hier auch als Nuten bezeichnet werden, zur Schmierung auf nur einer Oberfläche, vorzugsweise der Lagerfläche des xtotors 14 nach Figur 1 vorgesehen sein kann, werden bessere Ergebnisse erzielt, wenn wenigstens ein weiterer Satz solcher Hüten oder solcher spiralförmiger Kanäle auf einer anderen oberfläche, zwecknäßigerweise auf der Lagerfläche des Stators 18, wie in Figur 2 dargestellt, vorgesehen ist. Die Verwendung einer Trennvorrichtung, die nicht unbedingt ein einzelnes Clement sein muß, ergibt jedoch vier Überflächen, die für Satz3 von spiralförmigen Huten zur Verfügung stehen, so daß drei oder sogar vier solcher Sätze von spiralförmigen Nuten verwendet werden können. Jeder Satz trägt zur Leistung des Lagers bei, vorausgesetzt, daß die vorstehend angegebenen Hegeln in bezug auf den Hichtuiigssiiiri, in welchem die Spiralen orientiert sein müssen, beachtet werden. Für gute Ergebnisse ist wenigstens ein Satz von spiralförmig verlaufenden Nuten auf wenigstens einer der beiden Überflächen eines Jeden der beiden Häume empfehlenswert.

In Figur 3 ist eine abgeänderte Ausführung des Hotors eines Lagers dargestellt, dex*¹ sonst identisch mit dem der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 aufgebaut ist. Nach Figur 3 ist der liotor $2, der die Gestalt einer kreisförmigen Scheibe besitzt, die mit der Welle 34 befestigt ist, mit einer Drucksteuervorrichtung versehen, die nicht in Form von spiralförmigen Nuten ausgebildet ist, sondern aus Hippen J6 besteht, von denen in Figur 3 nur zwei dargestellt sind, die aber in ausreichend großer Anzahl in gleichem Abstand über die gesamte

5 0 9825/0259

L/p 7926 -15- 22. August 74 '///Vie

obere Fläche des Rotors 32 verteilt sind.. Wie in Figur 3 {gezeigt, sind die Hippen 36 so angeordnet, daß sie einen Winkel bilden, der kleiner als 90 Winkelgrad in bezug auf die Oberfläche des Rotors 32 ist. Zusätzlich wird eine Vielzahl von Bohrungen 38 durch den Rotor 32 verwendet, die mit den Rippen 36 zusammenwirken. Wenn der Rotor 32 mit Hilfe der Welle 34 im einen Richtungssinn in Drehung versetzt wird, bewirken die Rippen, daß Schmiermittel durch die Bohrungen 38 in den Raum zwischen dem Rotor 32 und der Trennvorrichtung 40, entsprechend · der Trennvorrichtung 26 in Figur 1, eingeführt wird, während umgekehrt bei einer Drehung im entgegengesetzten Richtungssinn entsprechend dem des Pfeiles 12 in Figur 1 Schmiermittel nach oben in der Darstellung nach Figur 3 geführt und die Höhe des Druckes im Raum zwischen Rotor 32 und Trennvorrichtung 40 verringert wird. In Hinblick auf alle anderen baulichen Elemente ist ein Lager nach der Modifikation nach Fdgir 3 identisch mit dem Lager nach den Figuren 1 und 2. So stellen die Rippen 36 in Kombination mit den Bohrungen 38 eine unterschiedliche Auslegung der Drucksteuervorrichtung vor, die bewirkt, daß die "Verschiebung der Trennvorrichtung 40 aufgrund der Änderung in der Höhe des Druckes in Form einer Zunahme oder Abnahme des Schmiermitteldruckes im Raum zwischen dem Rotor 32 und der Trennvorrichtung 40 als Funktion des Drehrichtungssinnes bewirkt .

Eine weitere Abänderung der Ausführungsform nach vorliegender Erfindung sieht vui, die Rippen 36 wegzulassen und Bohrungen vorzusehen, die eine solche Orientierung besitzen, daß die Achse durch jede Bohrung in bezug auf die kreisförmigen Flächen des Rotors 32 geneigt ist. Wenn diese Neigung der Bohrungen so gewählt ist, daß die Achse durch jede Bohrung in einer tangentialen Ebene liegt, können die Bohrungen auf einfache Weise so wirken, daß der beabsichtigte Effekt erzielt wird, insoweit, als sie die Funktion der Rippen 36 nach Figur 3 annehmen.

Eine unterschiedliche Ausführungsform eines in sich geschlossenen Lagers ist in den Figuren 4, 5 und 6 gezeigt; der einzige

509825/0259

L/p 7926 -4$- 22. August ?4 W/Ve

Unterschied "besteht darin, daß anstelle von flachen kreisförmigen Scheiben der icotor, der Stator und die Trennvorrichtung der Ausführungsform nach diesen figuren die Gestalt von kegelstuinpfförmigen Konussen besitzen. Es können ebenfalls kugelförmige oder zylindrische Oberflächen verwendet werden. So ist der Hotor 42 des Lagers nach .Figur 4, der mit der Welle 44 befestigt ist, ein massiver kegelstumpfförmiger Körper, der mit spiralförmig verlaufenden Hüten 46 auf seiner konischen Fläche versehen ist. Der Siator 48, der gleichzeitig das Gehäuse für das Lager darstellt, weist eine entsprechende Gestalt auf, und das gleiche trifft für die Trennvorrichtung 50 zu, die in dem Lagerspalt gezeigt ist, welcher mit Schmiermittel gefüllt ist, das auch in diesem Ausführungsbeispiel ein magnetisierbares Strömungsmittel ist (aber nicht zu sein braucht), so daß eine magnetische Dichtung verwendet werden kann, die genau der magnetischen Dichtung nach Figur Λ entspricht.

Wenn ein zweiter Satz spiralförmig verlaufender Nuten auf der inneren, konischen Lagerfläche des Stators 48 vorgesehen ist, erscheinen diese wie in Figur 5 dargestellt. Figur 5 zeigt den Stator in einer Aufsicht, und um die Nuten 52 zu zeigen, sind Stator, Trennvorrichtung und die Elemente der magnetischen Dichtung aus Figur 5 weggelassen.

Da von der modifizierten Gestalt abgesehen die Ausführungsform nach den Figuren 4, 5 una 6 dem Wesen nach entsprechend den Ausführungsformen nach den Figuren 1 und 2 aufgebaut ist und arbeitet, erscheint eine nochmalige Beschreibung entbehrlich. Auch in diesem Fall muß wenigstens eine der vier zur Verfügung stehenden Oberflächen Drucksteuermittel zur Erzielung des Druckabfalles an der Trennvorrichtung 50 erhalten, wie in Verbindung mit den Ausführungsformen nach den Figuren 1 und 2 beschrieben. Bei einer Ausführungsform zeigt somit die Kombination der Figuren 4 und 5 die Modifikation, bei der zwei Sätze von spiralförmig verlaufenden Nuten verwendet- werden, nämlich der Satz von Nuten 46 auf dem Hotor 42 und der Satz von ITuten 52 auf dem Stator 48,

509825/0259

2U0698

L/p 7926 ->J?- 22. August ?4 W/We

wie in !''igur 5 gezeigt. Der zusätzliche Satz von Nuten, dor auf eier äußeren Oberfläche der TreimvoiTichtung 50 vorgesehen sein kann, kann die in jü'igur 5 gezeigte Konfiguration haben. Lediglich un zu zeigen, daß die Buten schmale Kanäle anstatt der breiten Nuten 52 nach i/igur 5 oder der breiten Nuten 28 in i'igur 2 sein können, sind die Nuten 5^ auf der äußeren Fläche der Trennvorrichtung 50 in i^igur 6 als sehr schmale Kanäle dargestellt, die in entsprechender Weise in großer Anzahl verwendet worden, danit der gewünschte Effekt erzielt wird. Diese Nuten 5^/;" können anstelle der Nut eil 52 auf dem Stator verwendet werden, obgleich vorzugsweise beide Sätze von Nuten 52 und ¹}^LY zusätzlich zu den Nuten 4-6 auf dem Rotor ^L\-2 verwendet werden können. Wie weiter oben ausgeführt,kann sogar ein vierter Satz von Nuten auf der inneren Oberfläche der Trennvorrichtung 50 vorgesehen sein. Auch hierfür gilt die gleiche Hegel für den Kichtungssinn ,der Orientierung der Spirale, so daß hierauf ebenfalls nicht nochmals näher eingegangen wird.

Zusammenfassend ergibt sich, >'.oß die Kombination von. Trennvorrichtung, die in entsprechender Weise frei schwebt und innörhalb den LagerSpaltes verschiebbar befestigt ist, mit der in einwandfrei ex¹ Ueiso orientierten Druckst euervorrichtung, z.3. den Kanälen, für das Schmiermittel den gewünschten Effekt ergibt. Insbesondere ermöglicht die Vergrößerung des Schmiermittel druck es in einem der zur Verfügung stehenden Räume im Lagerspalt über die Höhe des Schmierniitteldruckes in dem anderen liaum, daß das Lager als reversibles Lager betrieben wird, das in einwandfreier Weise geschmiert wird, wenn es sich in einem beliebigen der beiden Drehrichtungssiiine dreht, wobei alle Vorteile dieser Lagerart beibehalten werden.

509825/0259

Claims

L/p 7926 - -Λ8- 22. Auenist 74- W/We

Patent a η s r> r ü c h e

1.ySchmieranordnung mit ersten und zweiten Elementen, die wahlweise eine Relativdrehbewegung zueinander im einen oder im entgegengesetzten Richtungssimi ausführen können und die einen Schmiermittel.aufnehmenden Spalt dazwischen ausbilden, dadux'ch p;ekeiinzeiclmet, daß eine Trennvorrichtung (26, 4-0, 50) innerhalb des Spaltes vorgeseheii ist, derart, daß ein erster Raum in der liäiie des ersten Elementes (14-, 32, 4-2) und ein zweiter Raum in der Nähe des anderen Elementes (18, 4-8) gegeneinander verschiebbar angeordnet sind, und daß Drucksteuervorrichtungen. (23, 30; 36, 30; 4-6; 52, 54-) vorgesehen sind, die an der Trennvorrichtung einen Druckabfall erzeugen, • dessen Orientierung von dem Richtungssinn der Drehbewegung abhängt, wodurch eine selektive Verschiebung der Trennvorrichtung gegen das erste oder gegen das zweite Element abhängig von dem Richtungssinn der Drehbewegung erfolgt.

2. Schmieraiiordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,-daß die Drucksteuerelemente (20, 30; 36, 30; 4-6; 52, 54-) in der Weise betätigbar sind, daß die Höhe des Schmiermitteldruckes im ersten Raum die Höhe des Schmiermitteldruckes

" im zxifeiten Raum bei einer Relativdrehbewegung im einen Richtungssinn übersteigt, und daß die Höhe des Schmiermitteldruckes im zx^eiten Raum die Höhe des Schmiermitteldruckes im ersten Raum bei einer Relativdrehung im entgegengesetzten Richtungssinn übersteigt.

3. Schmieranordrrong nach Anspruch 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten (14-; 52; 4-2) und zweiten (1ö; 4-8) Elemente

- der Rotor und der Stator eines in sich geschlossenen hydro-

5 0 9825/0259
COPY

L/p 7926 -<5- _ 22. August 74 W/Ve

ay ii ami sehen Strömungsmittel!" ilmlagors sine], daß de?: dazwischen liegende Spalt der Lagerspalt ist, der weitgehend mit Sclmiermittel gefüllt ist, und daß Abdichtungen (20, 22, 24) vorgesehen sind, die verhindern, daß Schmiermittel aus dem Lager austreten kann.

et» p/ol nn» $

4. Schmie nach Anspruch 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel ein Gas ist.

5. Schmier nach Anspruch 1 - 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel eine viskose Flüssigkeit ist.

6. Schmiere nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel ein magnetisierbares Strömungsmittel und die Dichtung eine magnetische Dichtung ist.

CtuorJnj

7. Schmiermittel nach Anspruch 1 - G, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuervorrichtungen (23, 50; 36; 33; 46; 52, 54) wenigstens einen Satz von spiralförmigen Kanälen (28; 46) auf einer den ersten Raum festlegenden Fläche und wenigstens einen zweiten Satz von spiralförmigen Kanälen (52; 54) auf einer den anderen Raum festlegenden Fläche aufweisen.

8. Schmiermittel 'nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmigen Kanäle (28; 46; 52; 54) des ersten und zweiten Satzes auf entgegengesetzt orientierten Flächen der ersten und zweiten Vorrichtung ausgebildet sind und daß die Spiralen des ersten Satzes im Raum in bezug auf die Spiralen des anderen Satzes identisch orientiert sind.

etnf

9· Schmiee nach Anspruch 7» dadiirch gekennzeichnet, daß die spiralförmigen Kanäle (28; 46; 52; 54) des ersten und zweiten Satzes auf identisch orientierten Flächen einer

46. te

κ η Q a ? R / η 9 κ 9

Copy

L/p 7926 -20- 22. August 74 VJ/we

Vorrichtung und der Trennvorrichtung vorgesehen sind, und daß die Spiralen des ersten Satzes im Raun in einem
Richtung.*; sinn orientiert sind, der entgegengesetzt zu dem dor Spiralen des zweiten Satzes verläuft.

IJ. ochmie nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dmcksteuervorrichtxing ein abgedichte tes Gehäuse aufweist, um das Entweichen von Schmiermittel zu verhindern.

11. Schmiermittel, nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein eigengeschmiertes Lager ist, das in einem abgedichteten Gehäuse einen Rotor und einen Stator mit Lagerflächen aufweist, die einen Lagerspalt dazwischen bilden, daß Schmiermittel wenigstens innerhalb des Lagerspaltes vorgesehen ist, und daß die Trennvorrichtung innerhalb des Schmiermittels im Lagerspalt und zwischen den
Lagerflächen verschiebbar angeordnet ist.

anero/HunA.

12. Schmiee nach Anspruch 7 und 11, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Satz von spiralförmigen ICanälen auf der Lagerfläche des Rotors vorgesehen ist, um den Schmiermitteldruck innerhalb eines Raumes zwischen Lagerfläche des Rotors und Trennvorrichtung zv. erhöhen, wodurch eine Verschiebung der Trennvorrichtung auf den Stator zu bewirkt wird, und daß
der zweite Satz von spiralförmigen Kanälen auf einer Fläche vorgesehen ist, die den Raum zwischen der Trennvorrichtung und dem Stator festlegt, um den Schmiermitteldruck innerhalb des Raumes zwischen der Trennvorachtung und der Lagerfläche des S'tators zu erhöhen, wodurch eine Verschiebung der Trennvorrichtung auf den Rotor zu erreicht wird.

13. Schmie' nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmigen Kanäle des zweiten Satzes auf der Lager

509825/0 2 59

L/p '/926 -2*7- 22. August 74- w/tfe

fläche des Stators angeordnet sind, die dor Trennvorrichtung zugewandt ist, und daß sie im Raum identisch Kit den Spiralen des ersten Satzes orientiert r.ind.

1-:-. bchu.xei nacii Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, ö.aß die spiralförmigen Kanäle des zweiten Satzes auf der fläche der Prellvorrichtung vorgesehen sind, die άβια Stator zugewandt ist, und daß sie in Raum in einem Richtungssi'-xn orientiert si: lc·, der entgegengesetzt zn. den de:? Spiralen des ersten Satzes ist.

Schraic Lach Anspruch 12, IJ, 1'!-, dadurch gekennzeichnet, daß llotor ('Ui-) und Stator (13) jeweils eine flache lcreioxöriai^e Scheibe sind, daß die Trennvorrichtung (26) eine freischwenende flache kreisförmige Scheibe ist xuid daß alle diOi flachen Scheiben in einem zylindrischen abdichtenden Gehäuse (16) untergebracht sind.

Ciioff

16. Schniiei nach einen der Ansprüche 11 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß der lic tor (4-2) und der Stator (4-ü) einander entsprechende kegelstumpfförrnije Lagerflächen aufweisen, die einander zugewandt sind, und daß die Trennvorrichtung (4-6) oii -lohler konischer Kegelstumpf ist, der- frei schwebend zuischen den Lageri'lächen angeordnet ist.

et 1*01**rtkittf

17. Schmie-t nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß

die spiralförmigen Kanäle (52) auf der konischen Lagerxläche des Stators (4-j) ausgebildet sind.

18. b'ciimiei nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmigen Kanäle (54-) auf der¹ konischen äußeren i^?läche der Trennvorrichtung (50) , die dem Stator (4-8) zugewandt ist, ausgebildet sind.

50982S/0259 C_Opy