DE2514723C3 - Hydrodynamisches Lager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft hydrodynamische Lager mit Lagersegmenten, welche jeweils um eine Achse verschwenkbar sind, die sich außerhalb dieses jeweiligen Segmentes in Richtung des zu lagernden Teils befindet, und welche durch die vorgesehene Bewegung des zu lagernden Teiles in Positionen verschwenkt werden, in denen Schmiermittelkeile zwischen den Lagerflächen der Lagersegmente und des zu lagernden Teils ausgebildet werden, wobei die Keile sich in Bewegungsrichtung des zu lagernden Teils verjüngen.

Ein Lager dieser Art ist aus der US-PS 21 37 487, insbesondere aus der Figur Id und der zugehörigen Beschreibung, bekannt. Bei diesem Lager ist ein Gleitfuß 16 vorgesehen, welcher seinerseits mit seiner kugelförmigen Rückseite in einer ebenfalls etwa kugelförmigen Ausnehmung gelagert ist.

Dieses bekannte Lager weist den Nachteil eines hohen Reibungsverschleißes auf, weil die kugelförmigen Flächen direkt gegeneinander reiben, und zwar um so stärker, je besser sie aneinander anliegen. Um diese starke Reibung etwas mindern zu können, ist auf Seite 2, linke Spalte, Zeilen 6 bis 8, vorgeschlagen, daß der Krümmungsradius des Bechers 17, welcher die kugelförmig gekrümmte Rückseite des Gleitfußes 16 aufnimmt, etwas größer als der Krümmungsradius dieses Gleitfußes 16 sein solle. Diese Ausbildung jedoch führt zu einer Verringerung der Auflagefläche u ,d damit zu einer Erhöhung des Druckes innerhalb dieses Lagerbechers oder dieser Lagerschale 17. Daraus folgt unmittelbar ein weiterer Nachteil des bekannten Lagers, nämlich der, daß es nur zur Aufnahme relativ kleiner Drücke geeignet ist.

Ein weiterer, ganz erheblicher Nachteil des bekannten Lagers ist darin zu sehen, daß es wegen der direkten

Anlage der Rückseite des Gleitfußes an der Fläche des Lagerbechers 17 nur dann funktionieren kann, wenn das zu lagernde Teil sich ständig relativ zu dem Gleitteil bewegt Kommt es zu einem Stillstand, so wird das Schmiermittel, welches nur durch die erforderliche Rotation des zu lagernden Teils zwischen den Gleitfuß 16 und den Lagerbecher 17 eindringen kann, herausgepreßt, und zwar gerade dann, wenn eine große Last gelagert ist. Nachdem das Schmiermittel herausgepreßt ist, liegen dann die trockenen Flächen direkt aneinander. Die Reibung wird dann so stark sein, daß bei einsetzender Bewegung zwischen diesem Gleitfuß und dem zu lagernden Teil der Gleitfuß zunächst noch an dem Lagerbecher haftet, mit der Folge, daß das zu lagernde Teil direkt an dem Gleitfuß reibt, was zu einer Verkeilung von beiden führen kann. Um diesen Effekt zu vermeiden, ist in dem Gleitfuß 16 eine Bohrung 18 vorgesehen, durch welche Schmiermittel zwischen den Gleitfuß und den Lagerbecher eingepreßt werden kann. Durch diese Ausführungsform wird das bekannte Lager recht kompliziert im Aufbau. Darüber hinaus erfordert es Pumpen zum Einpressen des Schmiermittels. Schließlich weist auch diese bekannte Ausführungsform den Nachteil auf, daß — insbesondere bei hohen Lagardrücken — die ganze Anordnung nicht unmittelbar aus dem Stand anfahren kann, sondern erst dann, wenn Schmiermittel zwischen den Gleitfuß und den Lagerbecher eingepreßt worden ist.

A-ifgabe der Erfindung ist es, die bekannten hydrodynamischen Lager so weiterzubilden, daß sie hohe Drücke aufnehmen können, einen geringen Reibungsverschleiß aufweisen und jederzeit, ohne besondere Vorkehrungen, auch aus dem Stand anfahren können.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die verschwenkbaren Lagersegmente durch ein laminiertes, in Einzellagen gunrnielastisches Material mit feststehenden Lagersegmenten verbunden und auf ihnen längs gekrümmter Flächen abgestützt sind.

Dieses erfindungsgemäße Lager weist bei einfachem Aufbau keine Oberflächenreibung zwischen den verschwenkbaren Lagersegment und dem sie tragenden Lager auf. Es erfordert auch keine Schmierung zwischen diesen Teilen, so daß jederzeit, auch nach längerem Stillstand, das zu lagernde Teil relativ zu dem Lager in Bewegung gesetzt werden kann, wobei unmittelbar mit dem Beginn dieser Relativbewegung auch die Ausbildung des gewünschten Schmiermittelkeils zwischen den Lagersegmenten und dem zu lagernden Teil zwangsläufig einsetzt.

Die Verwendung von laminiertem elastomeren Material im Lagerbau ist beispielsweise aus der US-PS 36 90 639 bekannt, jedoch nur für Lager, welche nach ganz anderen Prinzipien aufgebaut sind.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Ansprüchen in Verbindung mit der Beschreibung und der Zeichnung hervor. In letzterer zeigt

Fi g. 1 eine vereinfachte Darstellung eines Teils eines Axiallagers mit verschwenkbarem Kissen und die Effekte der Druck- und Reibungskräfte auf das Lagerkissen,

F i g. 2 eine vereinfachte Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Axiallagers und die Effekte der Druck- und der Reibungskräfte auf das Lagerkissen,

F i g. 3 einen Teil eines Lagers, welches ein erfindungsgemäßes Axiallagerkissen verwendet,

F i g. 4 ein erfindungsgemäß aufgebautes Radiallager, F i g. 5 ein erfindungsgemäßes flaches Axiallager und

Fig.6 ein Diagramm, welches die Verteilung des Strömungsmitteldruckes auf der Stirnfläche des Kissens veranschaulicht

Die F i g. 1 zeigt einen Teil eines herkömmlichen Kisseniagers, welches ein Kissen 11 umfaßt das um einen Drehpunkt 12 gedreht werden kann, und ein bewegliches Teil 13, welches sich in Richtung des Pfeiles 14 bewegt Durch die Bewegung des Teils 13 relativ zu dem Kissen 11 werden auf die dazwischen befindliche Flüssigkeit Scherkräfte ausgeübt weiche eine viskose Reibungskraft erzeugen, die durch den Pfeil F angedeutet ist Der Mittelpunkt des Lastdruckes auf dieses besondere Kissen 11 ist durch den Vektor P dargestellt Die Momente dieser beiden Kräfte um den Drehpunkt des Kissens 11 sind Pa und Fb, wobei a und 6 die Versetzungen des Reibungskraftvektors F bzw. des Druckkraftvektors P gegenüber dem Drehpunkt bezeichnen. Unter den dargestellten Bedingungen versuchen diese beiden Momente, das Kissen um den Drehpunkt so zu drehen, daß der Keil stromaufwärts von dem Kissen geschlossen wird, wie es durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Dadurch wiederum wird der Schmiermittelstrom in dem Keil abgeschnitten und der Ersatz des aus dem Keil ausfließenden Schmiermittels verhindert, wodurch die Belastungskapazität des Lagers erheblich beschränkt wird.

Die Fig.2 zeigt das Prinzip des Betriebs eines erfindungsgemäßen Lagers. Bei dieser Darstellung sind entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Diese Ausführungsform weist das zusätzliche Merkmal auf, daß das Kissen aus zwei Teilen besteht, nämlich einem Basisteil üb und einem Oberteil 11a, deren Grenzflächen 16 bzw. 15 einander gegenüberliegend, korrespondierend gekrümmt verlaufen. Der Krümmungsmittelpunkt 17 dieser Grenzflächen befindet sich auf einer Geraden, die senkrecht zu der Ruheposition des Kissens 11 durch dessen Mittelpunkt verläuft, und zwar in dem Bereich der Geraden, welcher sich, von dem Teil 13 ausgehend, von dem Oberteil Ha fort erstreckt. Die gekrümmten Grenzflächen können, abhängig von der Verwendungsform des Lagers, zylindrisch oder sphärisch ausgebildet sein. Wie die Fig. 2 zeigt, sind die Momente des Belastungsdruckes und der Reibungskräfte einander entgegengerichtet. Der Abstand längs der Geraden ist eine Funktion der gewünschten Krümmung, welche so ausgewählt wird, daß eine Kissenposition gebildet wird, in welcher ein Gleichgewicht zwischen dem von der Belastungskraft hervorgerufenen Moment und dem von der viskosen Reibungskraft des Schmiermittels hervorgerufenen Moment besteht. Bei dieser Diskussion wird angenommen, daß keine Reibungskräfte an der Grenzfläche zwischen den Kissenteilen 11a und 11b erzeugt wei den. Unter >lieser Bedingung schwingt die Grenzfläche des Oberteils 11a in die durch gestrichelte Linien angezeigte Position und bildet so einen Keil, dessen Ende tür Aufnahme von Schmiermittel geöffnet ist, welches durch die Bewegung des Teils 13 herbeigepumpt wird. Die Schwingbewegung des Kissens 11 a umfaßt, wie man aus der Zeichnung sieht, eine Bewegungskomponente, parallel zur Bewegung des Teils 13 und in dessen Bewegungsrichtung, und eine Rotationskomponente um eine Achse, welche senkrecht auf der Zeichenebene der

Fig.2 und 3 steht; diese Achse wird der Einfachheit halber als eine seitlich sich erstreckende Achse bezeichnet, welche quer zur Bewegungsrichtung des Teils 13 relativ zu dem Oberteil 11a angeordnet ist Die Größe der viskosen Reibungskraft ist umgekehrt proportional zu der Größe des Abstandes zwischen dem Oberteil 1 la des Kissens und dem Teil 13. Die Größe des Spaltes ist darüber hinaus umgekehrt proportional zur Größe der Belastungskraft Je größer also die Belastungskraft ist, welche den Spalt zu schließen versucht, um so größer werden auch die erzeugten Reibungskräfte sein, welche die Belastungskraft ausgleichen. Das Kissen stellt sich deshalb selbsttätig so ein, daß ein Keil erzeugt wird, in welchen stets Schmiermittel nachgeliefert wird, unabhängig von der Größe der ilelastungskraft. Der Ersatz von Schmiermittel ist deshalb stets gewährleistet, auch wenn die Belastung extrem hoch ist. Durch die Aufrechterhaltung eines solchen konvergierenden Schmierkeils unter allen Belastungsbedingungen wird verhindert, daß ein »Haften-Gleiten«-Zustand eintreten kann.

Selbst beim Anlauf wirken die Reibungskräfte gegen die von der Last suf das Lagerkissen ausgeübte Kraft, unabhängig von der Bewegungsrichtung des Teils 13, entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn.

In Fi g. 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei welchem die Grenzfläche 11a des Kissens 11 an einem Abschnitt aus Metall-Elastomerlaminat 18 befestigt ist, welches seinerseits an dem Basisteil Wb des Kissens 11 befestigt ist Beide Kissenteile, die zum Aufbau eines Lagers erforderlich sind, sind ähnlich konstruiert und arbeiten ähnlich. In diesem Fall dient das Metall-Elastomerlaminat zur Ermöglichung einer im wesentlichen reibungslosen Bewegung in Richtung der Bewegung des Teils 13, parallel zu der gekrümmten Grenzfläche. Wegen seiner inhärenten Steifigkeit wird das Metall-Elastomerlaminat dabei nicht in Richtung des Lastdruckes oder radial bezüglich der gekrümmten Grenzfläche durchgebogen. Es wird darauf hingewiesen, daß die Lagerkissen bei dieser Konstruktion sich bei jeder Bewegungsrichtung des Teils 13 selbst einstellen können. Der gekrümmte Laminataufbau des Kissens dient außerdem zum Ausgleich der Last zwischen benachbarten Kissen, wenn die Last sich unter verschiedenen Bedingungen, z. B. Geschwindigkeit oder Schub, verschiebt.

Die F i g. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung auf ein Radiallager, bei welchem jedes Kissen 11 ähnlich wie das Kissen der F i g. 3 ausgebildet ist. Das Element 19 ist die Welle, und das Element 21 ist das Lagergehäuse.

Die F i g. 5 zeigt die Anwendung der Erfindung auf ein Axiallager, in welchem die Kissen 11 so wie die Kissen der F i g. 3 aufgebaut sind.

Die F i g. 6 zeigt in verallgemeinerter Weise die Verteilung des Flüssigkeitsdruckes zwischen der Stirnfläche des Oberteils 11 a und dem Teil 13.

Es versteht sich, daß für die Außenseite des Kissens 11 ein Material gewählt wird, welches mit dem verwendeten Schmiermittel verträglich ist; bei der Wahl dieses Materials werden auch die anderen bekannten Faktoren berücksichtigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hydrodynamisches Lager mit Lagersegmenten, welche jeweils um eine Achse verschwenkbar sind, die sich außerhalb dieses jeweiligen Segments in Richtung des zu lagernden Teils befindet, und welche durch die vorgesehene Bewegung des zu lagernden Teils in Positionen verschwenkt werden, in denen Schmiermittelkeile zwischen den Lagerflächen der Lagersegmente und des zu lagernden Teils ausgebildet werden, wobei die Keile sich in Bewegungsrichtung des zu lagernden Teils verjüngen, dadurch gekennzeichnet, daß die verschwenkbaren Lagersegmente (Wa) durch ein laminiertes, in Einzellagen gummielastisches Material mit feststehenden Lagersegmenten (Wb) verbunden und auf ihnen längs gekrümmter Flächen (15,16) abgestützt sind.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das laminierte Material (18) in bezug auf die gekrümmten Flächen in radialer Richtung nur geringfügig kompressibel ist.

3. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das laminierte elastomere Material (18) ein zusammengesetztes Schichtmaterial ist, welches wechselweise aus dünnen Schichten von elastomerem Material und unelastischem Materia! besteht, um lediglich parallel zu den Schichten eine wesentliche elastische Verformung zu ermöglichen.