DE1093624B

DE1093624B - Vorrichtung zur Steigerung oder Herabsetzung des Schmiermitteldruckes zwischen Flaechen, die aufeinander gleiten

Info

Publication number: DE1093624B
Application number: DEF27835A
Authority: DE
Inventors: Bruno Froehlich
Original assignee: BRUNO FROEHLICH
Current assignee: BRUNO FROEHLICH
Priority date: 1959-02-28
Filing date: 1959-02-28
Publication date: 1960-11-24
Also published as: GB899663A

Description

Vorrichtung zur Steigerung oder Herabsetzung des Schmiermitteldruckes zwischen Flächen, die aufeinander gleiten Bei den bisher bekanntgewordenen einfachen Spurlagern, radial wirkenden Gleitlagern und Schleifringdichtungen wird das Schmiermittel durch den bewegten Lagerteil bzw. Schleifring zwischen die gleitenden Flächen gezogen und schmiert diese. Wenn als Schmiermittel nur Wasser verwendet werden kann, dann ist die Schmierfilmdicke bei hoher Belastung oft nicht ausreichend, was sich auf die Lebensdauer der Maschine nachteilig auswirkt.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß in den beweglichen Lager- bzw. Schleifringdichtungsteilen mindestens ein an sich bekannter Zellenkranz angeordnet ist, welchem in den feststehenden Lager-bzw. Schlenfringdichtungsteilen mindestens eine Schmiernut zugeordnet ist, in der die Druckerhöhung des Schmiermittels erfolgt. Es wird also der Schmiermitteldruck bereits innerhalb der Schmiernut stark erhöht, so daß das Schmiermittel unter Überdruck zwischen die aufeinander gleitenden Lagerflächen bzw. Schleifringflächen gepreßt wird. Bei Versuchen wurde ein Schmiermitteldruck erreicht, der etwa 5 bis 15mal so groß (eventuell sogar größer) ist als der Druck, der von einem Kreiselpumpenlaufrad gleicher Größe und gleicher Drehzahl erzeugt wird. Diese Vorrichtung kann für jedes flüssige Schmiermittel verwendet werden, z. B. Wasser, Öl usw.
Die Drucksteigerung in der Schmiernut wird durch die Schleppwirkung des Zellenkranzes erreicht. Man kann sich den Vorgang so vorstellen, daß ein Wassertropfen, der sich in der Schmiernut der Anlaufscheibe befindet, von dort durch einen Wasserwirbel in eine Zelle der Zellenkranzscheibe gelangt und von dieser mitgerissen wird. Er erhält dadurch eine Umfangsgeschwindigkeit, die fast so groß ist wie die der Zellenkranzscheibe. Da das Wasser in der Schmiernut nur sehr langsam fließt, entsteht ein rotierender Wirbel in jeder Zelle. Der Wassertropfen wird aus der Zelle wieder herausgeschleudert und gibt seine Energie an das in der Schmiernut befindliche Wasser ab und erhöht dessen Druck. Der gleiche Tropfen wird dann von der nachfolgenden Zelle wieder beschleunigt, usw. Diese wiederholte Beschleunigung des Wassertropfens mit der anschließenden Umsetzung der Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie erfolgt so lange, wie sich der Tropfen in der Schmiernut befindet. Je länger die Schmiernut ist und je öfter der Tropfen beschleunigt wird, desto größer wird also der erreichbare Schmiermittelüberdruck sein (s. Fsg. 4 und 5).
Durch die Anordnung des Zellenkranzes in dem beweglichen Lagerteil bzw. Schleifring wird ein starker Axialschub erzeugt, der in gleicher Höhe der Belastung des Lagers entgegenwirkt. Die nunmehr geringere spezifische Belastung der aufeinander gleitenden Flächen sind die Voraussetzung dafür, daß die Flächen voneinander abgehoben werden und sich ein dickerer Schmierfilm ausbilden kann, als das sonst möglich ist.
Es ist zwar schon eine hydraulische Entlastungsvorrichtung bei Axdallagern bekannt, bei der in einem Zellenrad eine Druckerhöhung des Schmiermittels stattfindet. Bei dieser fließt das Schmiermittel drucklos durch eine Bohrung in die Zellen hinein. Innerhalb der Zellen nimmt dann der Druck durch die Zentrifugalwirkung in bekannter Weise zu und erreicht den Höchstwert am Außendurchmesser des Zellenrades. Die erreichbare Druckerhöhung entspricht etwa den Werten, die bei einem Kreiselpumpenlaufrad mit gleichem Durchmesser und gleicher Drehzahl erreicht werden. Durch die Druckerhöhung .des Schmiermittels innerhalb des Zellenrades entsteht auch ein Axialschub, der das Lager entlastet. Dieser Schub ist aber verhältnismäßig gering. Durch entsprechende Ausbildung eines Spurlagers mit Zellenkränzen und Schmiernuten kann die Lagerbelastung ganz oder teilweise hydraulisch aufgenommen werden, so daß gegebenenfalls nur die nicht hydraulisch-getragene Lagerbelastung mechanisch aufgenommen werden muß.
Es sind Maschinenanlagen bekannt, bei denen, um eine größtmögliche Betriebssicherheit zu erreichen, das Schmieröl durch eine besondere Preßölpumpe den Lagern zugeführt wird. In der Zuführungsleitung können sich Druckwächter befinden, die die zu überwachende Maschine abschalten, wenn der erforderliche Öldruck unterschritten wird. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein derart hoher Schmiermitteldruck innerhalb des Lagers bzw. der Schmiernut erzielt werden, daß eine besondere Preßölanlage nicht mehr erforderlich ist. Druckwächter bzw. Überwachungsgeräte (Manometer oder Alarmanlagen) können direkt an die Schmiernut des Lagers angeschlossen werden. Es ist auch möglich, das Schmiermittel durch eine Rückkühlanlage oder durch einen Filter zu leiten. Von einer Zellenkranzscheibe aus kann auch eine höher gelegene Lagerstelle bzw. mehrere Lager gleichzeitig mit dem Schmiermittel versorgt werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Schmiernut anzuzapfen und an der Zapfstelle große Schmiermittelmengen, z. B. zur Lagerkühlung, abzuzweigen, während am Ende der Schmiernut ein hoher Schmiermitteldruck zur Lagerschmierung und/ oder zur hydraulischen Entlastung zur Verfügung steht. Ferner können Lagerflächen mit Schmiermittel versorgt werden, ohne daß die Zellenkranzscheibe eine Axialbelastung aufnehmen muß. Der Zellenkranz bzw. auch die diesem gegenüberliegende Schmiernut können auch am Innen oder am Außenumfang einer Scheibe angeordnet sein.
In den Zeichnungen ist, die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen verdeutlicht. Es zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf die Zellenkranzscheibe nach Fig 2, Fig. 2 einen Schnitt durch eine Lageranordnung, Fig. 3 eine Draufsicht auf die feststehende Anlaufscheibe nach Fig. 2, Fig. 4 bis 6 die Aüsbildung einer Schleifringdichtung, Fig. 7 bis 9 die Ausbildung von Schmiernuten in Anlaufscheiben, Fig. 10 und 11 die Ausbildung von Spurlagern mit senkrecht stehender Welle im Schnitt, Fig. 12 bis 14 die Ausbildung von horizontalen Drucklagern im Schnitt, Fig. 15 eine Schleifringdichtung im Schnitt.
Für gleiche Teile oder gleichartig wirkende Teile sind in den Zeichnungen dies gleichen. Bezugszeichen verwendet.
Auf der in der Fig. 2 dargestellten rotierenden Welle 1 ist eine Zellenkranzscheibe 2 befestigt. In dieser ist ein Kranz kleiner. Zellen 5 vorgesehen (Fig. 1). Diesem Zellenkranz gegenüber befindet sich in der stillstehenden Anlaufscheibe 3 die Schmiernut 6 (Fig. 3). Das Schmiermittel gelangt durch den Zuführungskanal 7 in die Schmiernut 6 und wird in dieser auf so hohen Druck gebracht, daß es zwischen die Zellenkranzscheibe 2 und die Anlaufscheibe 3 dringt und die Schmierung der aufeinander gleitenden Flächen übernimmt. Dabei entsteht ein bedeutender Axialschub, der zur Überwindung der axialen Belastung eines Lagers bzw. der Schleifringe .einer Schleifringdichtung ausgenutzt werden kann.
Bei der Ausführung nach den Fig. 4 bis 6 wird in einer Schleifringdichtung das Schmiermittel von dem Zellenkranz 5 in der Nut 6 auf Druck gebracht und zwischen die Dichtflächen gepreßt. Von hier gelangt es zum Teil in den Schmiermittelsammelraum 4, wird in diesem durch die Zentriftfgalkraft nach außen geschleudert und gelangt über den Kanal 8 wieder in den Anfang der Schmiernut 6. Hier wird es dann durch den Zellring 5 erfaßt 'und wieder auf Druck gebracht. Ist der Schmiermitteldrück größer als der Druck in der Stopfbüchse, dann kann am Ende der Schmiernut 6 ein Schmiermittelabflußkanal 9 in dem Anlaufring angeordnet werden (s. Fig. 8). Läßt sich bei einer einstufigen Zellenkranzanordnung der Schmiermitteldruck im Zellenkranz nicht so hoch steigern, daß der Stopfbüchsdruck üerwunden werden kann, können mehrere Zellenkranzringe hintereinander angeordnet werden.
Die Fig: 3, 6, 7, 8 und 9 zeigen einige Beispiele, wie durch die Anordung und Ausbildung der Schmiernuten 6 in den Anlaufscheiben 3 die Druckerhöhung des Schmiermittels den verschiedenen Erfordernissen angepaßt werden kann. Bei der Anordnung nach Fig. 6 wird das Schmiermittel von innen durch den Kanal 8 und bei der nach Fig. 7 von außen durch den Kanal 7 angesaugt. Der Ausstoß des Schmiermittels erfolgt nach Fig. 7 durch den Kanal 9 nach innen und nach Fig. 8 durch den Kanal 9 nach außen. Es ist auch möglich, die Schmiernut 6 ohne Ausflußkanal auszuführen (s. Fig. 3).
In der Fig. 7 sind in einer Anlaufscheibe 3 mehrere Schmiernuten 6 parallel und in der Fig. 9 hintereinander geschaltet. Weitere Ausbildungsformen sind möglich, um den - jeweils gewünschten Effekt zu -erreichen. Gegenüber jeder Schmiernut ist in der Zellenkranzscheibe ein Zellenkranz vorgesehen. Bei den hintereinandergeschalteten Schmiernuten nach Fig. 9 wird das Schmiermittel durch den Kanal 7 angesaugt und gelangt durch den Verbindungskanal 8 von der einen Schmiernut in die andere.
In den Fig. 3, 6, 7, 8 und 9 ist unter Position 19 die Drehrichtung angegeben, in der die auf den gezeichneten Spurringen aufliegenden, nicht gezeichneten Zellenkranzscheiben laufen.
In der Fig. 10 ist ein Spurlager eines Tauchmotors im Schnitt dargestellt. Die auf der Welle befestigte Zellenkranzscheibe 2 läuft zwischen den feststehenden oberen und unteren Anlaufringen 3. Die Zellenkranzscheibe 2 ist auf der unteren Seite mit einem Zellenkranz 5 versehen. Dem Zellenkranz gegenüber befindet sich im Anlaufring 3 eine Schmiernut 6.
Aus dem Sammelraum 4 gelangt das Schmiermittel durch den Zuführungskanal 7 in die Schmiernut 6, wird in dieser auf Druck gebracht und zwischen die aufeinander gleitenden Flächen gepreßt. Das Schmiermittel fließt dann durch den Lagerspalt zurück in den Sammelraum 4. Auf diese Weise entsteht die mit 17 bezeichnete Umlaufströmung. Sollen, von dem Lager auch nach oben gerichtete Axialkräfte aufgenommen werden, so kann, wie in der Fig. 11 dargestellt, die Oberseite der Zellenkranzscheibe 2 ebenfalls mit einem Zellenkranz 5 und der obere Anlaufring 3 mit einer entsprechenden Schmiernut 6 ausgerüstet werden.
Wird gemäß Fig. 11 der untere Anlaufring 3 in geschlossener Ausführung ähnlich einer Glocke gefertigt und wird das im Zellenkranz auf Druck gebrachte Schmiermittel durch den Schmiermittelabflußkanal 9 in die Glocke hineingeleitet, dann wirkt sich der Schmiermitteldruck auf die ganze Fläche der Zellenkranzscheibe aus. Schmermitteidruck und -menge können bei entsprechender Zelienkranzführung so groß sein, daß die Zellenkranzscheibe 2 auf einem dicken Schmierfilm, schwimmt und die von dem Lager zu tragende Axiallast hydraulisch aufgefangen wird.
Bei den horizontalen Drucklagern nach den Fig. 12, 13 und 14 läuft die Welle 1, ,die mit Zellenkranzscheiben 2 ausgerüstet ist, in den Lagerschalen 11. Die Lagerschalen besitzen Anlaufscheiben 3 mit Schmiernuten 6. Die Lagergehäuse 18 haben Ölsammelräume 4, die mit Schmiermittel his zum Ölstand 12 gefüllt sind. Das Schmiermittel fließt im Betrieb durch die Zuflußkanäle 7 in die Schmiernuten 6, wird dort von den Zellenkränzen 5 erfaßt, auf Druck gebracht, und zwischen die aufeinander gleitenden Flachen gepreßt. Es kann außerdem in die Lagerschmi.ernuten 13 zur Schmierung des Radialiagers geleitet werden.
Bei der in der Fig. 12 dargestellten Lageranordnung ist die Welle einstückig mit einer Zellenkranzscheibe 2 hergestellt. Die Fig. 13 und 14 zeigen Lager, bei denen die Wellen 1 mit zwei Zellenkranzscheiben 2 ausgerüstet sind. Bei dem Lager nach Fig. 14 sind die beiden Zellenkranzscheiben 2 jedoch axial beweglich angeordnet und werden durch Federn 14 an die Anlaufscheiben 3 angedrückt. Die Federn 14 regulieren im Betrieb den Schmiermitteldruck und verhindern, daß unerwünscht hohe Drücke erreicht werden. Bei zu hohem Schmsermitteldruck werden die Zellenkranzscheiben 2 auf der Welle 1 verschoben, wobei der Spalt zwischen der Zellenkranzscheibe 2 und der Anlaufscheibe 3 größer wird, so daß das überschüssige Schmiermittel frei ausfließen kann.
In der Fig. 15 ist eine Schleifringdichtung dargestellt. Mit der Welle 1 rotiert ein Zellenkranzring 2, welcher einen Zellenkranz 5 und gegebenenfalls einen Schmiermittelsammelraum 4 aufweist. Der Zellenkranzring 2 wird durch die Andrückfeder 14 auf den Anlaufring 3 gedrückt. In dem Anlaufring 3 befindet sich die Schmiernut 6 und eventuell auch der Schmiermittelsammelraum 4 (s. auch Fig. 4, 5 und 6).

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zur Steigerung oder Herabsetzung des Schmierflüssigkeitsdruckes zwischen aufeinander gleitenden Lager- oder Schleifringflächen, dadurch gekennzeichnet, daß in den beweglichen Lager- oder Schleifringdichtungsteilen (2) mindestens ein an sich bekannter Zellenkranz (5) vorgesehen ist, welchem in den feststehenden Lager- oder Schleifringdichtungsteilen (3) mindestens eine Schmiernut (6) zugeordnet ist, in der die Druckerhöhung des Schmiermittels erfolgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Zellenkranz (5) am Innen- oder auch am Außenrand der Zellenkranzscheibe (2) befindet und daß die Schmiernut (6) entsprechend am Innen- oder Außenrand des Zellenkranzringes (3) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Spurlager der untere Anlaufring (3) als geschlossene Glocke ausgebildet ist, welcher das in der Schmiernut (6) unter Druck gesetzte Schmiermittel zufließt. (Fig. 11).
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem horizontalen Drucklager das durch den Zellenkranz (5) in der Schmiernut (6) auf Druck gebrachte Schmiermittel außer zur Schmierung der Zellenkranzscheibe (2) auch zur Schmierung des Wellenlagers (11) verwendet ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellenkranzscheiben (2) auf der Welle (1) axial verschiebbar angeordnet sind (Fig. 14).
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellenkranzscheibe (2) beiderseitig mit Zellenkranzringen (3) ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaufscheibe (3) unvollständig und nur als Teilstück ausgeführt ist. B.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Bemessung des Zellenkranzes (5) und der Schmiernut (6) große Schmiermittelmengen zwecks Wärmeabfuhr durch das Lager geleitet werden und außerdem ein hoher Schmiermitteldruck erzeugt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Schleifringdichtung die Leckflüssigkeit aus dem Sammelraum (4) durch den Verbindungskanal (8) herausgesaugt und in den Stopfbüchsraum (10) zurückgepreßt wird (Fig. 4 bis 6 und 15). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 390 120, 150 746; österreichische Patentschrift Nr. 74 991; französische Patentschrift Nr. 1 117 095.