DE1191183B

DE1191183B - Axial bearing with a self-adjusting bearing ring encompassing the bearing axis

Info

Publication number: DE1191183B
Application number: DEN16217A
Authority: DE
Inventors: Joseph Dudley Shuldham Guerin; John Robert William Block
Original assignee: D Napier and Son Ltd
Current assignee: Napier Turbochargers Ltd
Priority date: 1958-02-05
Filing date: 1959-02-05
Publication date: 1965-04-15

Description

Axiallager mit einem die Lagerachse umgreifenden, selbsteinstellenden Lagerring Die Erfindung betrifft ein Axiallager mit einem die Lagerachse umgreifenden, selbsteinstellenden Lagerring, der mit wenigstens einem als Kolben dienenden Teil in Richtung der Lagerachse in einen von einem starren Gegenring gebildeten Zylinder eingreift und über ein abgedichtetes Druckmittelpolster gegen den Zylinderboden axial abgestützt ist.Axial bearing with a self-adjusting one that encompasses the bearing axis Bearing ring The invention relates to an axial bearing with a bearing axis encompassing, self-adjusting bearing ring with at least one part serving as a piston in the direction of the bearing axis in a cylinder formed by a rigid counter ring engages and a sealed pressure medium cushion against the cylinder base is axially supported.

Es sind Axiallager bekannt, bei denen zwischen dem Lagerring und den Kolben axial gerichtete Druckstifte eingeschaltet sind, deren abgerundete Enden in Pfannen am Lagerring und in den Kolben liegen. Mit dieser Anordnung können lediglich rein axiale Kräfte aufgenommen werden, Es sind aber auch Axiallager bekannt, bei denen der Lagerring mit dem als Kolben dienenden Teil entweder starr oder formschlüssig über Kugellager verbunden ist. Der als Kolben dienende Teil ist dabei mit radial engem Spiel in die Zylinderkammer des Gegenzuges eingepaßt und z. B. mit Hilfe einer Dichtinanschette auf seiner Stirnfläche gegenüber einem Druckmittelpolster am Zylinderboden abgedichtet. Der Kolben und der Zylinder können dabei ringförmig und konzentrisch die Lagerachse umgeben. Es ist aber auch bekannt, mehrere auf dem gleichen Durchmesser um die Lagerachse verteilte Kolben und Zylinder vorzusehen und die einzelnen Druckmittelpolster hydraulisch miteinander zu verbinden.There are thrust bearings are known in which between the bearing ring and the Piston axially directed pressure pins are turned on, their rounded ends lie in pans on the bearing ring and in the piston. With this arrangement only purely axial forces are absorbed, but there are also known thrust bearings which the bearing ring with the part serving as a piston is either rigid or form-fitting connected by ball bearings. The part serving as a piston is also radial tight play fitted into the cylinder chamber of the counter train and z. B. with the help of a Sealing collar on its end face opposite a pressure medium cushion on the cylinder base sealed. The piston and the cylinder can be annular and concentric surround the bearing axis. But it is also known to have several of the same diameter To provide pistons and cylinders distributed around the bearing axis and the individual pressure medium cushions to connect hydraulically with each other.

In der Regel ist der Lagerring so ausgebildet und angeordnet, daß er eine Selbsteinstellung des Lagers zuläßt. Zu diesem Zweck ist es z. B. bekannt, bei einem Axiallager den starren Druckring auf seinem Widerlager mittels einer dünnen Gummiplatte abzudichten, die zwar kleinere Schiefstellungen aufnimmt, durch die Belastung aber keine elastische Zusammendrükkung erfährt. Diese wirkt in gleicher Weise wie ein ballig ausgeführter Kolben in einem hydraulischen Zylinder. Bei dieser bekannten Anordnung wird die Lagerkraft vollständig über die Gummiplatte übertragen. Das gilt auch für eine andere bekannte Lagerausbildung, bei der der ringförinige Kolben als Halbkugel und entlang dem mittleren Durchmesser mit Spiel durchgeführte Welle ausgebildet ist, der in einer Kugelpfanne im Gegendruckring unter Zwischenschaltung einer Gummischicht liegt. Diese Ausbildung hat außerdem noch den Nachteil großer Herstellungsschwierigkeit.As a rule, the bearing ring is designed and arranged so that he allows the camp to self-adjust. For this purpose it is z. B. known in the case of an axial bearing, the rigid pressure ring on its abutment by means of a thin one To seal rubber plate, although it absorbs minor misalignments through the Load but does not experience elastic compression. This works in the same way Like a crowned piston in a hydraulic cylinder. At this known arrangement, the bearing force is completely transferred via the rubber plate. This also applies to another well-known camp design, the ring-shaped one Piston as a hemisphere and carried out along the mean diameter with play Shaft is formed, which is in a ball socket in the counter pressure ring with the interposition a rubber layer. This training also has the disadvantage of great Manufacturing difficulty.

Schließlich ist es auch bekannt, bei Axiallagern der eingangs bezeichneten Art an der in den Zylinderraum weisenden Stimfläche des Kolbens eine Meinbran zu befestigen, welche an ihrem Rand an dem den Zylinderraum aufnehmenden Gegenzug eingespannt ist. Durch diese Anordnung wird dem Kolben die Möglichkeit gegeben, sich axial hin und her zu bewegen, wobei auf den Kolben eine axiale Rückstellkraft wirkt. Auch kann eine Kippbewegung des Kolbens von der Membran zugelassen werden.Finally, it is also known, in the case of axial bearings, of the type described at the beginning Art assigns a Meinbran to the face of the piston pointing into the cylinder space fasten, which is clamped at its edge on the counter-pull that accommodates the cylinder space is. This arrangement gives the piston the opportunity to move axially and to move forward, an axial restoring force acting on the piston. Even a tilting movement of the piston can be allowed by the diaphragm.

Die Praxis hat gezeigt, daß die axial elastische Ab- stützung zusammen mit einem gewissen Spiel der Kolben für Kippbewegungen in vielen Fällen nicht ganz ausreicht, um eine voll befriedigende Selbsteinstellung des Lagers bei Fluchtungsfehlern zu erreichen.Practice has shown that the waste axially resilient support together with a certain play of the piston for tilting movements in many cases, not entirely sufficient, in order to achieve a fully satisfactory self-adjustment of the bearing in misalignment.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Axiallager der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, bei welchem der sich selbst einstellende Lagerring neben seinen axialen Bewegungen auch radiale Bewegungen unter gleichzeitiger Auslösung einer Rückstellkraft ausführen kann. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß der Kolben mit der Wand des Zylinders unter Zwischenschaltung eines elastisch nachgiebigen Werkstoffes, der Abdichtringe bildet, fest haftend verbunden ist. Dabei lassen die Abdichtringe nicht nur geringe Radialbewegungen des Lagers zu, sondern erzeugen dabei auch eine Rückstellkraft in radialer Richtung. Der Lagerring kann also sowohl axiale wie radiale und Kippbewegungen in ausreichendem Ausmaß ausführen, und zwar jede dieser Bewegungen entgegen elastische Rückstellkräfte. Es hat sich gezeigt, daß hierdurch eine vollständige Anpassung der -Lager-Schen unter Belastung möglich wird. Dabei werden die hauptsächlich axial wirkenden Lagerkräfte nicht durch den elastischen Werkstoff, sondern durch das Druckmittelpolster übertragen. Die Dichtringe behalten also auch unter voller Last ihre Elastizität, die für eine ausreichende Nachgiebigkeit und für die Erzeugung der Rückstellkräfte in radialer Richtung erforderlich ist. Die Anordnung gemäß der Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß Kolben und Zylinder sehr einfach und ohne Einhaltung enger Toleranzen hergestellt werden können, da der nachgiebige, fest anhaftende Werkstoff alle Herstellungsungenauigkeiten ausgleicht Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.The object of the invention is to create an axial bearing of the type described at the outset, in which the self-adjusting bearing ring can, in addition to its axial movements, also perform radial movements with the simultaneous release of a restoring force. This object is achieved in that the piston is firmly adhered to the wall of the cylinder with the interposition of an elastically flexible material which forms sealing rings. The sealing rings not only allow small radial movements of the bearing, but also generate a restoring force in the radial direction. The bearing ring can therefore perform both axial and radial and tilting movements to a sufficient extent, and indeed each of these movements counter to elastic restoring forces. It has been shown that this enables a complete adaptation of the -Lager-Schen under load. The bearing forces, which mainly act axially, are not transmitted through the elastic material, but rather through the pressure medium cushion. The sealing rings therefore retain their elasticity even under full load, which is necessary for sufficient flexibility and for generating the restoring forces in the radial direction. The arrangement according to the invention has the further advantage that the piston and cylinder can be manufactured very easily and without adhering to tight tolerances, since the flexible, firmly adhering material compensates for all manufacturing inaccuracies.

F i g. 1 zeigt in einem axialen Teilschnitt ein erfindungsgemäßes Axiallager; F i g. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie II-11 in Fig. 1; F i g. 3 ist ein F i g. 1 ähnelnder axialer Teilschnitt durch eine weitere Ausbildungsform.F i g. 1 shows an axial bearing according to the invention in an axial partial section; F i g. Fig. 2 is a cross section taken along line II-11 in Fig. 1; F i g. 3 is a fig. 1 similar axial partial section through a further embodiment.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 und 2 ist an einer Welle 10 ein radialer Flansch 11 ausgebildet, der sich auf einem die Lagerachse umgreifenden, selbsteinstellenden Lagerring 13 abstützt. Weiter ist ein feststehendes Gehäuse 12 vorgesehen, das die Welle und einen starren Gegenring 15 umgibt. An der von dem Flansch 11 abgewandten Stirnfläche des Lagerringes 13 ist ein als Kolben diendender ringförmiger Vorsprung 14 ausgebildet, der in einen ringförmigen Zylinder in dem starren Gegenring 15 hineinragt. Zwischen den einander benachbarten zylindrischen Flächen des ringförmigen Kolbens 14 und des ringförmigen Zylinders sind zwei zylindrische Abdichtringe 16 und 17 aus Gummi angeordnet, die mit den Wänden von Kolben und Zylinder fest haftend verbunden sind. DieAbdichtringe 16 und 17 dichten den Zylinder gegen Druckmittelverluste ab und erfüllen gleichzeitig die Aufgabe von radial wirkenden elastischen Rückstellelementen, welche die Selbsteinstellung des Lagerringes 13, 14 zulassen. Das geschlossene Ende 18 des Zylinders ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, und eine Druckleitung 19 stellt eine Verbindung zwischen dem Zylinder und einem Druckmeßgerät 20 her.In the embodiment according to FIG. 1 and 2, a radial flange 11 is formed on a shaft 10 , which flange is supported on a self-adjusting bearing ring 13 encompassing the bearing axis. A stationary housing 12 is also provided, which surrounds the shaft and a rigid counter ring 15 . On the end face of the bearing ring 13 facing away from the flange 11 , an annular projection 14 which acts as a piston and projects into an annular cylinder in the rigid counter ring 15 is formed . Between the adjacent cylindrical surfaces of the annular piston 14 and the annular cylinder, two cylindrical sealing rings 16 and 17 made of rubber are arranged, which are firmly adhered to the walls of the piston and cylinder. The sealing rings 16 and 17 seal the cylinder against loss of pressure medium and at the same time fulfill the task of radially acting elastic restoring elements, which allow the self-adjustment of the bearing ring 13, 14. The closed end 18 of the cylinder is filled with a liquid, and a pressure line 19 establishes a connection between the cylinder and a pressure measuring device 20.

Man erkennt, daß die beiden Abdichtringe 16 und 17, die eine erhebliche axiale Lage aufweisen, die Lage des Lagerringes 13 bestimmen und gleichzeitig kleine Bewegungen des Lagerringes in einer radialen oder in einer azialen Richtung oder eine Kombination solcher Bewegungen zulassen, wobei diesen Bewegungen durch die in dem Gummimaterial hervorgerufenen Spannungen entgegengewirkt wird. Der zwischen dem Flansch 11 und dem Lagerring 13 Übertragenen axialen Schubkraft wird durch in den Abdichtringen hervorgerufene Scherspannungen und vor allem durch das Druckmittelpolster im Zylinder ein Widerstand entgegengesetzt. Die dabei auftretende axiale Verschiebung des Kolbens 14 wird zu einer entsprechenden Verdrängung von Flüssigkeiten aus der Zylinderkammer 18 führen, so daß sich ein entsprechender Wert von dem Druckmeßgerät 20 ablesen läßt, aus dem man die insgesamt übertragene Schubkraft abschätzen kann.It can be seen that the two sealing rings 16 and 17, which have a considerable axial position, determine the position of the bearing ring 13 and at the same time allow small movements of the bearing ring in a radial or in an acial direction or a combination of such movements, these movements being caused by the tensions caused in the rubber material are counteracted. The axial thrust force transmitted between the flange 11 and the bearing ring 13 is opposed to a resistance by the shear stresses caused in the sealing rings and above all by the pressure medium cushion in the cylinder. The resulting axial displacement of the piston 14 will result in a corresponding displacement of liquids from the cylinder chamber 18 , so that a corresponding value can be read from the pressure measuring device 20, from which one can estimate the total transmitted thrust.

Bei einer Abwandlung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels weist der Lagerring statt eines ringförmigen Kolbens 14 einen Satz von in Umfangsrichtung verteilten zylindrischen Einzelkolben auf. Jedem dieser Kolben ist in dem starren Gegenring ein entsprechender Einzelzylinder zugeordnet. Auch hierbei sind jeder Kolben und der zugeordnete Zylinder unter Zwischenschaltung eines elastisch nachgiebigen Werkstoffes fest haftend miteinander verbunden. Die einzelnen Zylinder können über eine hydraulische Verbindung miteinander verbunden sein, um den Druck in den Zylindern auszugleichen. Im übrigen ist diese Abwandlung ebenso ausgebildet wie das Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 und 2, so daß von einer Darstellung abgesehen wird.In a modification of the exemplary embodiment described above, the bearing ring has, instead of an annular piston 14, a set of cylindrical individual pistons distributed in the circumferential direction. A corresponding individual cylinder is assigned to each of these pistons in the rigid counter ring. Here, too, each piston and the associated cylinder are firmly adhered to one another with the interposition of an elastically flexible material. The individual cylinders can be connected to one another via a hydraulic connection in order to equalize the pressure in the cylinders. Otherwise, this modification is designed in the same way as the exemplary embodiment according to FIG. 1 and 2, so that it is not shown.

Bei dem in F i g. 3 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel trägt die Welle 30 in der Mitte einen Flansch 31, und es sind Ringmuttern 32 und 33 vorgesehen, um zwei entgegengesetzt angeordnete Axialkugellager 34 und 35 in ihrer Lage zu halten. Die äußeren Laufringe dieser Kugellager sind mit einem starren Lagerring 36 verbunden, der an seinen entgegengesetzt gerichteten axialen Stirnflächen ringfönnige Kolben 37 und 38 trägt. Die ringförmigen Kolben ragen in ringfönnige Zylinder hinein, die in starren, mit einem ortsfesten Gehäuse 41 verbundenen Gegenringen 39 und 40 ausgebildet sind. Die Kolben 37 und 38 werden in den zugehörigen Zy- lindern durch Abdichtringe 42, 43, 44 und 45 unterstützt, die mit den ihnen benachbarten Teilen fest haftend verbunden sind; die geschlossenen Enden der beiden Zylinder 46 und 47 sind mit einer Flüssigkeit gefüllt und über Rohrleitungen 48 und 49 mit einem hydraulischen Differentialdruckmesser 50 verbunden, der eine unmittelbare Ablesung der Größe und der Richtung der zwischen der Welle und dem Gehäuse übertragenen axialen Schubkraft gestattet.In the case of the one shown in FIG. 3 , the shaft 30 carries a flange 31 in the middle, and ring nuts 32 and 33 are provided to hold two oppositely arranged axial ball bearings 34 and 35 in their position. The outer races of these ball bearings are connected to a rigid bearing ring 36 which carries annular pistons 37 and 38 on its oppositely directed axial end faces. The ring-shaped pistons protrude into ring-shaped cylinders which are formed in rigid counter-rings 39 and 40 connected to a stationary housing 41. The pistons 37 and 38 are supported in the associated cylinders by sealing rings 42, 43, 44 and 45 which are firmly adhered to the parts adjacent to them; the closed ends of the two cylinders 46 and 47 are filled with a liquid and connected by pipes 48 and 49 to a hydraulic differential pressure gauge 50 which allows an immediate reading of the magnitude and direction of the axial thrust transmitted between the shaft and the housing.

Claims

Claims: 1. Axial bearing with a self-engaging bearing ring encompassing the bearing axis, which engages with at least one part serving as a piston in the direction of the bearing axis in a cylinder formed by a rigid counter-ring and is axially supported against the cylinder base via a sealed pressure medium cushion, characterized in that, that the piston (14) is firmly adhered to the wall of the cylinder (15) with the interposition of an elastically flexible material which forms sealing rings (16, 17).

2. Axial bearing according spoke 1, characterized in that the piston (14) and the cylinder (15), as known per se, are annular and are arranged concentrically with the axis of the bearing. 3. Axial bearing according to claim 1 with several pistons and cylinders distributed on the same diameter around the bearing axis, characterized in that the individual pressure medium cushions are hydraulically connected to one another in a manner known per se. Documents considered: German Patent Specifications No. 514 046, 240 960; . USA. Patent Nos 2 783 1013 1510814, 1421208; British Patent No. 517,418. Swiss Patent No. 284 550; "Construction" magazine, Springer-Verlag Berlin, 1956, 8th volume, June 1956, issue 6, p. 247.