DE2448785C3 - Axiallagerung einer Welle - Google Patents
Axiallagerung einer WelleInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Axiallagerung einer Welle, mit einem einen Teil der Axiallast zum
Lagergehäuse über seinen Außenlaufring weiterleitenden Wälzlager und einem den übrigen Lastanteil
aufnehmenden, dem Wälzlagerinnenring zugeordneten hydrostatischen Axiallager, das über einen Kolben
gegen ein mit fremderzeugtem Druckmittel konstanter Menge beschicktes Druckmittelpolster axial abgestützt
und aus dem Druckmittelpolster heraus über eine Drossel mit Druckmittel beaufschlagt ist.
Wälzlager sind relativ einfache und billige Lager. Sie werden daher bei den verschiedensten Anwendungsfällen
in großer Zahl benutzt. Bestimmte Bauformen, wie Rillenkugellager, Schrägkugellager, Kegelrollenlager,
können außer Radial- auch Axialkräfte übernehmen. Bei vielen Anwendungsgebieten, wie z. B. Verbi ennungsturbinen,
werden die Anforderungen an die Lagerungen hinsichtlich Drehzahl und Belastung, und zwar insbesondere
axialer Belastung, immer höher, so daß oft eine niedrige Lebensdauer zu erwarten ist. In solchen Fällen
könnten nun hydrodynamisch oder hydrostatisch arbeitende Gleitlager verwendet werden. Diese haben
aber auch wesentliche Nachteile. Die hydrodynamischen Gleitlager arbeiten nämlich nur unvollkommen
beim Anfahren und Stillsetzen bzw. bei niedrigen Drehzahlen der Maschine. Die hydrostatischen Lager
sind nicht betriebssicher genug, denn zum Beispiel beim Ausfall der Ölversorgung können wegen der direkten
Anlage der relativ zueinander bewegten Teile große Schäden an der Maschine eintreten.
Aus diesen Gründen sind schon verschiedentlich kombinierte Lagerungen ähnlich der eingangs genannten
Art vorgeschlagen worden. Dabei wird die zu übertragende Last auf zwei Lager verteilt Da die
ölmenge, der Druck vor und hinter dem Kolben und die Last genau aufeinander abgestimmt sein müssen, um
eine funktionierende Lagerung zu erreichen, ist ein großer Aufwand an Meß- und Steuermitteln nötig.
■5 Trotzdem ist es aber bei sich verändernder äußerer Last nicht möglich, eine bestimmte Lastverteilung zu
erreichen. Bei der. bisher bekannten, mit Fremdöl versorgten Lagerungen wirkt sich nämlich eine
Belastungsveränderung in erster Linie nur auf das Wälzlager aus, während die Beanspruchung des
hydrostatischen Lagers nahezu konstant bleibt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Axiallagerung der eingangs genannten Art aufzuzeigen, bei der
unabhängig von der Größe der äußeren Belastung immer gleiche Anteile von beiden Lagern übertragen
werden, und zwar ohne daß komplizierte und teure Kontroll- und Regelgeräte erforderlich sind.
Die Lösung dazu wird mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs erreicht.
Nach einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung kann der Kolben des hydrostatischen Axiallagers im
Ringkolben angeordnet sein. Beide sind axial gegeneinander und gegen sonstige Teile verschiebbar. In diesem
Fall ist es konstruktiv am einfachsten, wenn auf der der Zwischenbüchse zugewandten Stirnseite ein gemeinsames
Druckmittelpolster vorgesehen ist, das Verbindungskanä'.e überflüssig macht. Es ergibt sich damit ein
einfacher und platzsparender Aufbau. Um eine Berührung dtr relativ zueinander bewegten Teile im
hydrostatischen Axiallager mit Sicherheit bei fehlendem Druckmitteldruck zu vermeiden, ist es nach einer
weiteren Ausgestaltung zweckmäßig, den Kolben des hydrostatischen Axiallagers durch Federn von der
Lagergegenfläche wegzuziehen. Der Federdruck kann unter diesen Umständen klein gehalten werden.
Durch die Umfassung des Wälzlagers, des Ringkolbens und des hydrostatischen Axiallagers samt Kolben
mit einer im Teilquerschnitt L-förmigen Zwischenbüchse mit Deckel ergibt sich eine einbaufertige, in ihren
so Außenmaßen normbare Einheit einer kombinierten Lagerung mit einfachsten Mitteln, die in beliebigen
Maschinen Verwendung findet und im Bedarfsfall durch Lösen und Festziehen von einigen Schrauben ausgewechselt
werden kann.
Da der Kolben des hydrostatischen Axiallagers und die Stirnfläche des Ringkolbens eine bestimmte
konstante Größe besitzen und immer unter gleichem Druck stehen, wird bei sich verändernder äußerer
Belastung automatisch immer der gleiche Lastanteil übertragen. Die Anteile können lediglich durch Veränderung
der Kolbenfläche variiert werden. Um eine stabile Lagerung zu erreichen, muß noch dafür gesorgt
werden, daß die Druckmitteinienge, die normalerweise konstant gehalten wird und die entsprechenr1 der
fr' maximal zu erwartenden Belastung relativ groß bemessen ist, wobei noch ein Sichcrheitszuschlag
erfolgt, die Verhältnisse im hydrostatischen Axiallager nicht stört. Dies erfolgt hier in einfacher Weise durch
das Abfließen des Druckmittels über den lastabhängigen, in der Weite sich verändernden Abströmspalt in die
Umfangsnut der Zwischenbüchse, von wo eine Rückführung in den Druckmittelvorratsbehälter srfolgt Damit
wird ohne konstruktiven Aufwand und zusätzliche Meß-
und Regeleinrichtungen automatiscn immer die gewünschte Verteilung aufrechterhalten.
Es ist zwar schon eine kombinierte Lagerung der hier in Rede stehenden Art bekannt (DE-OS 20 59 836), bei
der eine ti.teilmäßig konstante Lastverteilung erfolgt;
hier handelt es sich aber um eine Lagerung einer Axialkolbenpumpe mit eigenerzeugtem Öldruck. Die
dabei vorhandenen Betriebsbedingungen sind bei Anwendungsfällen mit fremderzeugtem Öldruck, auf die
sich diese Erfindung bezieht, nicht gegeben. Auch ist der Außenring des Wälzlagers im Gehäuse ortsfest
abgestützt und überträgt einen Teil der Axiallast unmittelbar auf das Gehäuse.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigt einen Teilquerschnitt
durch die erfindungsgemäße Kombination eines Wälzlagers mit einem hydrostatischen Axiallager.
Auf der Welle 1 ist ein Radial-Rillenkugellager 2 angeordnet, das sowohl Axial- als auch Radiallasien
übertragen kann. Der Axiallastanteil wird dabei vom Außenring 2' über den Ringkolben 3 auf die im
Querschnitt L-förmige Zwischenbüchse 4 'ibertragen. Parallel zum Rillenkugellager 2 ist ein hydrostatisches
Lager angeordnet Letzteres umfaßt die Lagerscheiben 5 und den Kolben 6 mit den Druckmittelzuführbohrungen
7, den Drosseln T und den Taschen 8. Der Ringkolben 3 und der Kolben 6 besitzen ein
gemeinsames Druckmittelpolster 9. Der Druckmittelzuführkanal 10 führt zum Druckmittelpolster 9 und setzt
sich über die Bohrungen 7 bis zu den Taschen 8 des hydrostatischen Lagers fort.
Die Lagerung funktioniert in folgender Weise:
Bei Auftreten einer äußeren Axiallast F und stillgesetzter Druckmittelpumpe geht zunächst die
gesamte Belastung durch das Rillenkugellager 2 über den Ringkolben 3 an der Stelle 3' in die im Gehäuse 11
befestigte Zwischenbüchse 4. Beim Inbetriebsetzen der nicht gezeigten Pumpe füllt sich dann über den
Zufuhrkanal 10 das Druckmittelpolster 9 mit beispielsweise öl und drückt den Kolben 6 wegen der Drossel T
in Richtung der Lagerscheibe 5. Das hydrostatische Lager wird dadurch in Betrieb gesetzt und entlastet das
Rillenkugellager 2. Bei weiter ansteigender ölmeng«.
und damit ansteigendem Öldruck wird infolge der Drosselwirkung bei T erreicht, daß sich auch der
Ringkolben 3 an der Stirnfläche von der Zwischenbüchse 4 abhebt. Die ölmenge, die für ein ordnungsgemäßes
Funktionieren des hydrostatischen Axiallagers nicht benötigt wird, läuft durch den Abströmspalt 3' in die
Umfangsnut 15 und von dort zurück in den Ölvorratsbehäiter.
Die Fläche des Abströmspaltes 3' sowie die Stirnfläche der in die Büchse 3 eingearbeiteten
Umfangsnut 3" einerseits sowie die Stirnfläche 6' des Kolbens 6 andererseits bestimmt die Anteile der
Axiallast, die über die beiden Lager übertragen werden. Die ölmengenregulierung erfolgt mit einfachen Mitteln
über den Abströmspalt 3'. Hier ist also ein einwandfreies Funktionieren des hydrostatischen Lagers ohne zusätzliche
Meß- und Regeleinrichtungen bei sich verändernder äußerer Belastung gewährleistet.
Da der Kolben 6, der als Stützring des hydrostatischen Axiallagers dient, im Ringkolben 3 angeordnet ist,
beide axial gegeneinander und gegen sonstige Teile verschiebbar sind und da ein gemeinsames Druckmiuelpolster
9 vorgesehen ist, ergibt sich ein einfacher Aufbau der kombinierten Lagerung, ohne daß darunter
die Funktionsfähigkeit leidet.
Zwischen der Zwischenhülse 4 und dem Kolben 6 ist eine Druckfeder 12 so eingespannt, daß sie auf den
Kolben 6 in Richtung der Axiallast F wirkt und den Kolben 6 bei fehlendem Öldruck von der Lagerscheibe 5
wegzieht und so das hydrostatische Lager vor Beschädigung schützt.
In vielen Anwendungsfällen wird gewünscht, daß Lager als Einheiten geliefert werden, deren Abmessungen
sogar genormt sein sollen. Eine solche Einheit wird hier dadurch erreicht, daß eine im Teilquerschnitt
L-förmige Zwischenbüchse 4 vorgesehen ist, deren offenes Ende nach Einbringen der Einzelteile durch
einen Deckel 13 verschlossen wird. Über letzteren erfolgt hier mittels Schrauben bei 14 eine Befestigung
der Einheit am Gehäuse 11.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Axiallagerung einer Welle, mit einem einen Teil der Axiallast zum Lagergehäuse über seinen
Außenlaufring weiterleitenden Wälzlager und einem den übrigen Lastanteil aufnehmenden, dem Wälzlagerinnenring
zugeordneten hydrostatischen Axiallager, das über einen Kolben gegen ein mit
fremderzeugtem Druckmittel konstanter Menge beschicktes Druckmittelpolster axial abgestützt und
aus dem Druckmittelpolster heraus über eine Drossel mit Druckmittel beaufschlagt ist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Außenlaufring (2') mit seiner die Teillast weiterleitenden Stirnseite
gegen einen im Lagergehäuse (11) axial verschiebbaren
Ringkolben (3) abgestützt ist, dessen dem Außenlaufring (2') abgekehrte Stirnseite aus dem
Druckmittelpolster (9) heraus mit Druckmittel beaufschlagt ist und gemeinsam mit einer Ringfläche
einer gehäusefesten Zwischenbüchse (4) einen lastabhängigen, in der Weite sich verändernden
Abströmspalt (3') für Druckmittel aus dem Druckmittelpolster (9) bildet.
2. Axiallagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) des hydrostatischen
Axiallagers und der ihn umschließende Ringkolben (3) gegen ein gemeinsames Druckmittelpolster
(9) abgestützt sind.
3. Axiallagerung nach den Ansprüchen 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolben
(6) und der gehäusefesten Zwischenbüchse (4) Druckfedern (12) vorgesehen sind, die den Kolben
(6) in Richtung der Axiallast von der Lagerscheibe (5) bei fehlendem Druckmitteldruck wegziehen.
4. Axiallagerung nach den Ansprüchen 1,2 bzw. 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (2), der
Ringkolben (3) und das hydrostatische Axiallager samt Kolben (6) mit der im Teilquerschnitt
L-förmigen, mit einem Deckel (13) versehenen Zwischenbüchse (4) eine Baueinheit bilden.
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: FAG KUGELFISCHER GEORG SCHAEFER KGAA, 8720 SCHWEIN |
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