DE69010428T2

DE69010428T2 - Öleinführungssystem.

Info

Publication number: DE69010428T2
Application number: DE69010428T
Authority: DE
Inventors: Hugh B Matthews; Dennis W Smith
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1989-08-21
Filing date: 1990-08-17
Publication date: 1994-12-15
Anticipated expiration: 2010-08-18
Also published as: EP0414144A3; US4932500A; EP0414144B1; CA2023584A1; DE69010428D1; EP0414144A2; JPH03172616A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine geschmierte Lageranordnung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
Im Bestreben das Leben eines Lagers zu verlängern, sind zuvor Systeme entwickelt worden für die Zuführung von Schmiermaterialien (gewöhnlicherweise irgendeine Art von Öl) zu dem Lager während dessen Betrieb. (Es sei vermerkt, daß der Ausdruck "Öl", wie er hier benutzt wird, für ein allgemeines Schmiermaterial steht und daß es beabsichtigt ist, daß dieses Öl, synthetisches Öl, Graphit, Fett, ... umfaßt.) Diese früheren Systeine weisen viele zugeordnete Probleme auf. Ein Öl-Nebelsystem gestattet nicht die erforderliche Steuerung für die Ölablagerung; ferner muß eine zu große Menge an Öl zu vorbestimmten Zeitpunkten injiziert werden. Einem Konus- Injektionssystem mangelt es an der genauen Abgabe des Öls an die Kontaktfläche des Lagers und es erfordert ebenfalls einen relativ großen Platzbedarf außerhalb des Lagers. Ein Außenlaufring-Injektionssystem umfaßt eine Bohrung durch den stationären Ring eines Kugellagers. Die Bohrung schneidet den Laufring unmittelbar außerhalb der Kugel-Laufring-Kontaktzone. Öl, welches durch die Bohrung zugeführt wird, trifft auf die vorbeilaufenden Kugeln und wird hierdurch verteilt. Ein Problem bei dem Verteilungssystem liegt darin, daß die Kugel, die sich mit einer relativ hohen Geschwindigkeit bewegt und gleichzeitig um ihre eigene Achse rotiert, das Bestreben besitzt, das Öl um sich herumzuschlingen, wodurch ein Teil des Öles veranlaßt wird, sich zu nicht benutzten Teilen des Lagers zu verteilen. Das zweite Problem bei diesem Verteilungssystem liegt in der Nähe der Injektionsbohrung zu der Lauf Spur.
Aus der gattungsgemäßen GB-A-20 73 828 ist eine Lager- Schmieranordnung bekannt, bei der ein Käfig mit sich nach außen und nach Innen erstreckenden Lippen versehen ist, welche Reservoire für die Aufnahme des Schmieröls definieren. Öl wird aus den Reservoiren geschleudert und schmiert die Rollelemente nur dann, wenn die Reservoire gefüllt sind und einen Überlaufzustand erreichen.
Ferner offenbart die US-A-4 187 930 eine Lager- Schmieranordnung, bei der eine Schmierflüssigkeit unter Druck direkt von einer Mündung gegen die Kugeln des Lagers abgegeben wird, um einen Wischkontakt der Kugeln mit den abgegebenen Tröpfchen zu ermöglichen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine geschmierte Lageranordnung anzugeben, die Öl an die Laufspur des Lagers abgeben kann, ohne daß Reservoire für das Öl gebildet werden müssen oder das Öl unter Druck gesetzt werden muß. Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
Die vorliegende Erfindung gibt ein aktives Schmiersystem vor, welches vorbestimmte Ölmengen in den Kontaktbereich des Lagers injiziert und hierdurch die Probleme der früheren Systeme vermeidet.

Zusammenfassung der Erfindung

Daher wird durch die vorliegende Erfindung ein System für die Einführung von Öl in kritische Bereiche eines Lagers, welches rollende Elemente besitzt, vorgegeben. Das System umfaßt ein Abgabeelement für die Abgabe von Schmieröl an einen vorbestimmten Punkt relativ zu dem Lager. Das Lager, das sich um eine Drehachse dreht, veranlaßt das Schmieröl zur Bewegung von der Drehachse des Lagers nach außen. Ein Käfigelement mit einer Lippe, welche sich von der außenliegenden Lagerfläche nach außen erstreckt, fängt das Schmieröl ein, um es zu dem Außenlaufkranz des Lagers und zu den Rollelementen des Lagers zu richten, welche das Öl zu dem Innenlaufkranz führen.
Die vorliegende Erfindung wird klarer im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Teile bezeichnen und wobei die Zeichnungen einen Teil der vorliegenden Anmeldung bilden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine teilweise Schnittansicht eines Lagers, das auf einer rotierbaren Welle angeordnet ist und das Schmiersystem der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Teilansicht des Lagers einschließlich einer Darstellung der Wegstrecke für den Ölfluß;
Fig. 3 zeigt ein Diagramm der Anordnung des Abgaberohres relativ zu dem Lager;
Fig. 4 zeigt ein Diagramm eines Käfigs des bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung

Gemäß Fig. 1 ist eine teilweise Schnittansicht eines Lagers dargestellt, das auf einer rotierbaren Welle angeordnet ist und das Schmier-Injektionssystem der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Ein Lager 1 ist durch eine Patrone 2 gehalten und wird durch eine Welle 3 angetrieben, die um eine Drehachse 9 dreht. Das Lager 1 umfaßt einen Innenlaufring 5, einen Außenlaufring 6, einen Käfig 7 und die Kugeln 8 (oder Rollelemente) des Lagers. Eine schmierende Flüssigkeit/Material wird zu dem Lager 1 über ein Abgaberohr (oder einfacher als Rohr hier bezeichnet) 4 abgegeben. (Es sei vermerkt, daß der Ausdruck "Öl" nachstehend benutzt wird, um Bezug zu nehmen auf ein schmierendes Fluid/Material und daß er als Gattungsbegriff verwendet wird und Öl, Fett, synthetisches Öl, Graphit, ... umfaßt.)
Der Betrieb des Schmier-Zuführsystems sei nunmehr beschrieben. Gemäß Fig. 2 ist eine vergrößerte teilweise Schnittansicht des Lagers 1 dargestellt und umfaßt eine Darstellung der Wegstrecke des Öls von dem Abgaberohr 4 zu der Lauf spur 10 der Kugel. Wenn die Schmierung des Lagers 1 erwünscht ist, wird Öl zu dem Abgaberohr 4 in vorbestimmten Mengen gepumpt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Fläche des Abgaberohres 4' parallel zu der Außenfläche des Innenlaufringes 5' und in einem Abstand D&sub2; davon angeordnet. Wenn das Öl zu oder durch das Abgaberohr 4 gepumpt wird, beginnt sich eine Halbkugel von Öl an der Stirnfläche des Abgaberohres 4 zu bilden. (Der Abstand D&sub2; ist so gewählt, daß ein Tröpfchen Öl 11, das an der Stirnfläche des Abgaberohres 4 gebildet wird, den Innenlaufring 5 kontaktiert, bevor die Halbkugel des Öles ihre Bildung beendet und abtropft). Wenn das Öltröpfchen 11 groß genug ist, so kontaktiert es den Innenlaufring 5 des Lagers 1, das mit der Welle 3 um die Drehachse 9 rotiert. Eine Viskosekopplung zwischen dem Öl und dem Innenlaufring 5 erteilt dem Öltropfen 11 ein Moment und treibt es tangential zu dem Innenlaufring 5 und von der Drehachse 9 nach außen zu dem Käfig 7. Der äußere Teil 12 des Käfigs 7 erstreckt sich um einen Abstand D&sub1; von der Außenfläche des Innenlaufrings 5, wobei der Abstand D&sub1; größer als der Abstand D&sub2; ist. Öltropfen 11, die nach außen durch den sich drehenden Innenlaufring 5 angetrieben werden, werden durch den Ansatzteil des Käfigs 7 aufgefangen und zu dem Lager gerichtet.
Wenigstens ein Teil eines jeden Öltropfens 11 haftet an dem Käfig 7, während etwas von dem Öltropfen 11 von der Oberfläche des Käfigs 7 weggelenkt wird. Jegliches Öl, das von dem Käfig 7 abgelenkt wird, wird gegen die Kugeln 8 auf Grund des Auftreffwinkels des Käfigs 7 in Bezug auf die Drehachse 9 gerichtet. Alle Oberflächen der inneren und äußeren Durchmesser des Käfigs 7 sind angewinkelt, so daß die auf das Öl auf den Oberflächen des Käfigs 7 einwirkenden Zentrifugalkräfte dieses Öl (gestrichelter Pfeil) zu den Kugeltaschen richten bzw. zu dem Punkt an dem Käfig mit dem größten Außendurchmesser (Punkt B). Der axiale Ort des Punktes B, d.h. der Punkt mit dem größten Außendurchmesser ist so gewählt, daß er mit dem Nennbetriebs-Kontaktwinkel (oder Lauf spur) 10 des Lagers zusammenfällt. Jegliches Öl, das nicht durch die Kugel 8 aufgenommen wird, wird nach außen geführt, so daß das Öl den Außenlaufring 6 in der normalen Lauf spur 10 kontaktiert. Die äußere Ecke 12 des Käfigs 7 ist abgerundet, so daß jegliches Öl, das die Außenfläche des Käfigs 7 kontaktieren könnte, entlang des Käfigs zu dem Punkt B entlangkriecht, statt von der Kante aus dem Lager herausgeführt zu werden.
Gemäß Fig. 3 ist ein Diagramm der Anordnung des Abgaberohres 4 dargestellt. Die Anordnung und das Material des Abgaberohres 4 ist von Bedeutung, um sicherzustellen, daß das Öl aus diesem nicht unabsichtlich heraustritt. Das Material sollte durch das verwendete Öl nicht benetzbar sein. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Teflonmaterial verwendet, welches die Düse (d.h. das Abgaberohr) 4 bildet. Das Ende der Düse sollte glatt und parallel zu der Außenfläche des Innenlaufringes 5 sein. Die Achse der Düse 14 sollte senkrecht zu der Außenfläche des Innenlaufringes 5' des Lagers 1 stehen. Die Düsenfläche sollte ebenfalls eine polierte glatte Oberfläche haben und so sauber wie möglich gehalten werden, um die Benetzbarkeit weiterhin auf ein Minimum zu bringen. Die gestrichelte Linie C zeigt die Halbkugel, welche sich bilden würde infolge von Mikroliter-Mengen an Öl, die in das Abgaberohr 4 gepumpt werden für den Fall, daß der Innenlagerring 5 nicht vorhanden wäre. Obgleich nur teilweise gezeigt, versteht es sich für den Fachmann, daß das Abgaberohr 4 mit der Patrone bzw. dem Patronenklemmring 2 befestigt sein kann oder einen Teil desselben bilden kann.
Gemäß Fig. 4 ist ein Diagramm des Käfigs (oder Lagerkäfigs) 7 dargestellt. Der Käfig in der bevorzugten Ausführungsform ist ein vorgespannter Käfig, wie er dem Fachmann wohlbekannt ist, obgleich er nicht erforderlich ist, um das Schmiersystem der vorliegenden Erfindung zu verwirklichen. Der Schnitt X-X zeigt die Winkel innerhalb des Käfigs 7, bezogen auf die Drehachse 9 und zeigt Punkte A und B, die zuvor erwähnt wurden. Die Außenfläche des Käfigs 7 umfaßt die abgerundete Ecke, um dem Ölfluß, welcher die Außenfläche des Käfigs 7 kontaktiert, ein Kriechen zu dem Punkt B in der zuvor beschriebenen Weise zu gestatten. Obgleich die Oberflächen "D", "E", "F" und "G" im bevorzugten Ausführungsbeispiel flache Oberflächen sind, versteht es sich für den Fachmann, daß diese Oberflächen abgerundet sein können. Es ist nur erforderlich, daß die Durchmesser der Kreise um die Drehachse 9 entlang der Oberflächen D, E und F nach innen zu dem Kreis J verlaufen und anwachsen, wobei der Kreis J den größten Durchmesser aufweist. Dies dient dazu, sicherzustellen, daß Öl auf den Oberflächen D, E und F nach innen zu dem Kreis J durch die auf das Öl einwirkenden Zentrifugalkräfte kriecht. Es sei vermerkt, daß bei dem Schnitt X-X alle Öffnungen für die Rollelemente bis auf eine (d.h. die Öffnung 15) unterdrückt worden sind.
Die zuvor beschriebene Zuführtechnik ist speziell wirksam im Vakuum oder bei teilweise Vakuumbedingungen, wo die dynamischen Fluideffekte von Gasen in der Lagerpatrone nicht die Bildung des Öltropfens und die Übertragung des Moments von der Innenlauffläche auf den Tropfen stören, obgleich es sich für den Fachmann versteht, daß das System der vorliegenden Erfindung in jeder Umgebung arbeitet, die nicht irgendwelche äußeren Kräfte aufweist, die die Bildung des Öltropfens verhindern oder wesentlich den hier beschriebenen Öfluß stören. Obgleich das bevorzugte Ausführungsbeispiel das Zuführsystem für ein Kugellager beschreibt, versteht es sich für den Fachmann, daß das System in gleicher Weise an andere Arten von Lagern, einschließlich Rollenlager, anpaßbar ist.

Claims

1. Geschmierte Lageranordnung mit einem drehenden Innenlaufkranz (5), einem Außenlaufkranz (6), mehreren Rollelementen (8), die zwischen dem Innen- und Außenlaufkranz angeordnet sind, und einem Käfig (7), der zwischen dem Innen- und Außenlaufkranz angeordnet ist und Öffnungen (15) aufweist zum Halten der Rollelemente in beabstandeter Beziehung und zum Zuführen eines flüssigen Schmiermittels zu den Rollelementen; wobei der Käfig im wesentlichen eine hohlzylindrische Form aufweist und wobei der Innenlaufkranz wenigstens eine Fläche (5') besitzt, die primär in einer Ebene liegt, die senkrecht zur Drehachse (9) des Lagers ausgerichtet ist; wobei der Käfig (7) einen nach außen gerichteten Teil aufweist, der über die Außenfläche des Lagers längs der Richtung der Drehachse (9) bis zu einem Punkt hinausragt, der außerhalb der einen Fläche (5') des Innenlaufkranzes (5) liegt; und wobei ein Abgabeelement (4) das flüssige Schmiermittel an einem vorbestimmten Punkt in Bezug auf das Lager abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Punkt in enger Nachbarschaft zu der einen Fläche (5') angeordnet ist, so daß ein Tropfen (11) des flüssigen Schmiermittels, der an einem Ausgang des Abgabeelements (4) gebildet wird, in Kontakt mit der einen Fläche gelangt und daß das flüssige Schmiermittel, welches die eine Fläche kontaktiert, zu dem nach außen gerichteten Teil (12) durch Kräfte angetrieben wird, die auf den Tropfen (11) durch die eine Fläche ausgeübt werden.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (A) des Käfigs (7) einen veränderlichen Durchmesser aufweist, wobei der maximale Durchmesser auf einem Ring auf der Innenfläche (A) auftritt, der die Öffnungen (15) schneidet.

3. Lager nach Anspruch 2, wobei das Lager eine vorbestimmte Laufspur (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Durchmesser im wesentlichen mit dieser Laufspur (10) zusammenfällt.