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Hydrostatisches Lager Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches
Lager zur radialen Lagerung einer Welle, das aus einem Gehäuse und einer darin angeordneten
Lager-.
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schale besteht.
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Hydrostatische Lager haben gegenüber hydrodynamischen eine wesentlich
günstigere Reibungscharakteristik. Wegen der äußeren Druckerzeugung ist die Anfahrreibung
Null. Um hydrostatischen Lagern, die von einer Pumpe mit Schmiermittel, meistens
Ö1, versorgt werden, eine gewisse Steifigkeit zu geben, werden zwischen den Zuführungen
für das Schmiermittel und den Lagertaschen hydraulische Drosseln angeordnet4 Es
ist aber trotz vieler Bemühungen bisher noch nicht gelungen, die Radialverlagerung
der Welle, hervorgerufen durch einseitige radiale Belastung, völlig zu kompensieren.
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Die gebräuchlichsten Mittel zur Kompensation der Radialverlagerung
der zelle sind Membrandrosseln, die jedoch eine völlige Kompensation nicht erreichen
und überdies teuer und kompliziert im Aufbau sind Daneben sind auch hydraulische
Drosseln bekannt, deren Öffnungsquer schnitte durch Ventile gesteuert werden, vrobei
die Steuerung abhängig ist vom Lagerdruck, welcher über die Wellen-Verlagerung eine
Funktion der Belastung ist ( Gebrauchsmuster 1 912 735). Auch diese Konstruktion
erfordert zusätzliche Teile zur Steuerung, die überdies kompliziert im Aufbau sind.
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Schließlich ist in der DOS 1 575 465 ein hydrostatisches Gleitlager
beschrieben, bei dem zur Verbesserung der Steifigkeit zwischen dem Gehäuse und der
Lagerschale Steuerringe eingebaut sind. Bei dieser Ausfiihrang sind zwar weniger
Teile erforderlich, die dazu einfach im Atlfbau sind, aber es messen sehr enge Toleranzen
bei der 11erstellunfr beachtet werden, damit die Funlstionsfihigkeit gewährleistet
ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatisches
Lager zu schaffen, bei dem eine Radialverlagerung der Welle selbständig und vollkommen
kompensiert wird. Die dazu erforderlichen Mittel sollen einfach im Aufbau sein und
keine engen Herstellungs toleranzen erfordern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lagerschale,
die auf ihrer der Welle zugewandten Fläche Lagertaschen Lagertaschen aufweist, zwischen
Welle und Gehäuse radial beweglich ist. Damit ist sichergestellt, daß die Lagerschale
einer radialen Verlagerung der Welle, die durch eine einseitige Radialbelastung
hervorgerufen wird folgen kann. Wegen der radialen Beweglichkeit der Lagerschale
kann diese bei Rotation der Welle auch eine geringfügige Drehbewegung ausführen.
Es ist deshalb von Vorteil, daß nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Lagerschale
an ihrer Mantelfläche einen umlaufenden, also nicht durch Rippen unterbrochenen
Ringraum aufweist, so daß das Schmiermittel in jeder Stellung der Lagerschale zu
den radial gerichteten Bohrungen gelangen kann, von denen nach einem anderen Merkmal
der Erfindung je-iveils wenigstens eine in jede Lagertasche führt und als Kapillardrasseln
wirkt. Je nach verlangter Drosseiwirkung können die Lagertaschen auch von mehreren
Kapillardrosseln mit Schmiermittel versorgt werden.
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Darüber hinaus hat das erfindungsgemäße Lager den Vorteil, daß nach
einem anderen Merkmal der Erfindung nur eine Zuführböhrung notwendig ist, die das
Lager mit Schmiermittel versorgte Dieser Vorzug kommt besonders dann zum Tragen
wenn aus Platzgründen mehrere ZuBührbohrungen nicht untergebracht werden können.
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Wesentlich sind weiter auch die Steuerbohrugen, die jeweils paarweise
von den Lagertaschen zur Mantelfläche der Lagerschale führen, in die an den Mündungsstellen
der Steuerbohrungen Aussparungen eingearbeitet sind. Ein Druckanstieg in der in
der belasteten Zone des Lagers Liegenden Lagertasche hat zur Fole, daß der Druck
auch in den beiden von dieser Lagertasche augehenden Steuerbohrungen ansteigt. Die
Druckerhöhung an den Mündungsstel len dieer leiden Steuerbohrungen sperrt dort den
Olabfluß und bewirkt, daß sich der
Lagerring und mit diesem die
Welle gegen die Radialverlagerung bewegt, so daß diese wieder vollständig aufgehoben
wird.
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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung sind die beiden Spalte zwischen
den Stirnflächen der Lagerschale und den diesen gegeniiberliegenden Ringflächen
des Gehäuses bzw. des Abschlußdeckels miteinander verbunden durch wenigstens zwei
axial die Lagerschale durchlaufende Bohrungen. Damit wird der Vorteil erzielt, daß
ein ständiger Druckausgleich an den beiden Stirnseiten der Lagerschale stattfindet,
so daß sich diese nicht schiefstellen oder axial einseitig anlegen kann.
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Um einer ITberkompensation infolge eines zu großen Druckanstiegs an
den Mündungsstellen der Steuerbohrungen entgegenzuwirken, kann nach einem weiteren
Merkmal der Erfindung an den Stirnflächen der Lagerschale ein Ring angeordnet sein,
in dessen nach außen weisende Stirnflächen gleichmäßig auf den Umfang verteilte
Keilnuten eingearbeitet sind. Die Keilnuten sind so angeordnet, daß sie bei einer
zu starken Radialkompensation einen größeren Offnungsquerschnitt fiir den abfluß
freigeben. Auf diese Weise wird der Druckanstieg an den lfündun,ffsstellen der Steuerbohrungen
teilweise wieder riickgängig gemacht; die umgekehrte Reaktion tritt an der unbelasteten
Seite des Lagers auf. Mit dem gesondert eingebauter Ring ist die Serienfertigung
voll universell verwendbaren Lagern möglich, bei denen je nach den zu erwartenden
Belastungen nur unterschiedliche Ringe mit entsprechend dimensionierten Keilnuten
eingesetzt werden, Die Wirkungsweise und weitere Vorteile der Erfindung sollen nachstehend
ana der Zeichnungen näher erläutert werden Diese zeigen in Figur 1 einen schematischen
Längsschnitt durch ein erfindungsgenes Lager nach der Linie I-T der Figur 2, in
Figur 2 einen Quersehnitt ents'>rechend der Linie II-II in Figur 1, in Figur
7 einen teilweisen, schematischen Liin.ssclmitt durch eine abgeänderte Ausführung
eines erfindungsgemäßinen lagers und in
Figur 4 eine teilweise Seitenansicht
der Lagerschale nach der Figur 3.
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Die Ausführung nach den Figuren 1 und 2 hat den folgenden Aufbau:
Zwischen der Welle 1 und dem Gehäuse 2 ist die radial bewegliche Lagerschale 3 angeordnet.
Das Lager ist abgeschlossen durch den Abschlußdeckel 4. Mit Toleranzringen 5 zwischen
dem Gehäuse 2 und dem Abschlußdeckel 4 kann das axiale Spiel der Lagerschale 3 so
eingestellt werden, daß sich diese in Umfangsrichtung gerade noch drehen kann. Zur
Abdichtung des Lagers dienen Radialdichtungen 6 und 7, die an der Welle 1 anlaufen.
Das Schmiermittel, im allgemeinen 01, wird durch die Zuführbohrung 8 im Gehäuse
2 dem Lager mit dem gewünschten Druck zugeleitet; Abflußbohrungen 9 und 10 im Gehäuse
2 bzw. im Abschlußdeckel 4 ermöglichen den Rücklauf des Schmiermittels zur Pumpe.
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Die radial bewegliche Lagerschale 3 weist auf ihrer der Welle 1 zugewandten
Fläche vier gleichmäßig auf den Umfang verteilte Lagertaschen il auf. In die Mantelfläche
der Lagerschale 3 ist ein umlaufender Ringraum 12 eingearbeitet, von dem aus in
jede Lagertasche 11 eine radial gerichtete Bohrung 13 fiihrt, die als Kapillardrossel
wirkt. Von jeder Lagertasche 11 führen zwei Steuerbohrungen 14 und 15 zur Mantelfläche
der Lagerschale 3, in die an den Mündungsstellen der Steuerbohrungen 14 und 15 Aussparungen
16 und 17 eingearbeitet sind. Die den Stirnflächen der Lagerschale 3 gegenüberliegenden
Ringflächen des Gehäuses 2 und des Abschlußdeckels 4 enthalten gleichmäßig auf den
Umfang verteilte, radial gerichtete Abflußnuten 18 und 19 für das Schmiermittel.
Die beidn ringförmigen Spalte an den Stirnflächen der Lagerschale 3 sind miteinander
verbunden durch zwei, axial die Lagerschale 3 durchlaufende Bohrungen 20, die zum
Druckausgleich zwischen den beiden Spalten dienen, so daß sich die Lagerschale 3
nicht schiefstellen oder axial einseitig anlegen kann.
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Das erfindungsgemäße Lager wirkt in der folgenden Weise;
Das
unter Druck stehende Schmiermittel, beispielsweise Öl, gelangt über die Zufiihrbohrung
8 zunächst in den umlaufenden Ringraum 12 und von dort durch die Bohrungen 152 die
als Kapillardrosseln wirken, in die Lagertaschen 11. Das Schmiermittel fließt durch
den Spalt zwischen der Welle 1 und der Lagerschale 3 in die Ringräume vor den Radialdichtungen
6 und 7, von wo aus es über die Abflußbohrungen 9 und 10 wieder zur Pumpe gelangt.
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Darüber hinaus kann das Schmiermittel aber auch schon aus dem Ringraum
12 entweichen, bevor es in die Lagertaschen 11 gelangt, denn es besteht auch ein
Spalt zwischen der Mantelfläche der Lagerschale 3 und der dieser gegenüberliegenden
Bohrungsfläche deg Gehäuses 2. Von diesemSpalt gelangt es über die Abflußnuten 18
und 19 zu den Abflußbohrungen 9 und 10, Wird nun die Welle durch eine radial gerichtete
Kraft F belastet, so verlagert sie sich zunächst in der Richtung dieser Kraft, im-gezeichneten
Beispiel also nach unten. Diese Verlagerung hat eine Volumenverkleinerung der unteren
Lagertasche 11 zur Folge; damit erhöht sich in der bekannten Weise der Druck in
dieser Lagertasche 11 und macht die Verlagerung der Welle 1 teilweise wieder rückgängig,
Vollständig rückgängig gemacht wird sie aber.erst durch den folgenden, der Erfindung
zugrunde liegenden Vorgang: die Druckerhöhung in der unteren Lagertasche 11 bewirkt,
daß auch der Druck in den-beiden unteren Steuerbohrungen 14 und 15 ansteigt. Infolge
dieses erhöhten Druckes wird auch der Druck im untenliegenden Spalt zwischen der
Mantelfläche der Lagerschale 7 und der dieser gegenüberliegenden Bohrungsfläche
des Gehäuses 2 ansteigen. Diese Druckerhöhung bewirkt, daß durch den genannten Spalt
an der Unterseite des Lagers kein Ö1 mehr aus dem Ringraum entweichen kann; der
erhöhte Druck in dem Spalt hat zur Folge, daß die Radialverlagerung der Welle 1
vollständig rückgängig gemacht wird.
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Der Vorgang an der Oberseite des Lagers ist entsprechend umgekehrt.
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Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Konstruktion ist, daß die Lagerschale
3
keine engen axialen Herstellungstoleranzen erfordert, weil das Axialspiel mit Toleranzringen
5 eingestellt werden kann.
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In den Figuren 3 und 4 ist eine abgeänderte Ausfiihrung eines erfindungsgemäßen
hydrostatischen Lagers dargestellt. Bei dieser Konstruktion hat die Lagerschale
3 an ihren beiden Stirnflächen Absätze 21, auf denen je ein Ring 22 angeordnet ist,
in dessen nach außen weisende Stirnfläche gleichmäßig auf den Umfang verteilte Keilnuten
23 eingearbeitet sind Der Ring 22 ist durch axial gerichtete Senkschrauben 24 an
der Lagerschale 3 befestigt.
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Die Wirkungsweise dieser Ausführung ist folgende; Bei einer geringen
Kraft F besteht die Gefahr der Uberkompensation der Radialverlagerung der Welle
d, wenn die wirksame Druckfläche der Aussparungen 16,17 zu groß dimensioniert worden
ist. Einer solchen Uberkompensation steht die Wirkung der Keilnuten 23 entgegen:
wenn sich die Lagerschale 3 infolge des erhöhten Druckes an den Aussparungen 16,17
radial verlagert, gibt der Ring 22 an den Keilnuten 23 auf der Seite des höheren
Druckes einen größeren Abflußquerschnitt frei, so daß die Druckerhöhung teilweise
wieder rückgängig gemacht wird. Durch diese Konstruktion ist es möglich, universell
verwendbare Lager in großen Stiickzahlen herzustellen, bei denen nur unterschiedliche
Ringe 22 eingebaut werden, deren Keilnuten entsprechend den zu erwartetenden Betriebsbelastungen
dimensioniert sind.
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eben er Einflußnahme auf die Drosselung durch Einbau unterschiedlicher
Ringe 22 besteht noch die Möglichkeit, den Abflußquerschnitt durch Hinzu-oder Wegnahme
von Toleranzringen 5 zu verändern.