DE8711624U1

DE8711624U1 - Hochtouriges Wälzlager für Flugzeugtriebwerke

Info

Publication number: DE8711624U1
Application number: DE8711624U
Authority: DE
Original assignee: FAG Kugelfischer Georg Schaefer KGaA
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1987-08-27
Filing date: 1987-08-27
Publication date: 1987-10-08
Also published as: IT1226854B; FR2619877B1; GB2209057A; US4797014A; FR2619877A1; IT8821740A0; GB8800905D0; GB2209057B

Description

FAG Kugelfischer Georg Schäfer R-RS-1-964-wä-st

auf Aktien 25*08.196?

Hoc htö urig es WJj &zgr; J a g e r für F1u g &zgr; e &ugr; g t r &iacgr; e b we r k e

Die Neuerung bezieht auf ein Lager nach dem Ober^ begriff des Anspruchs 1*

\f/ Wälzlager für Flugzeuge müssen wie alle änderen Teile möglichst leicht sein, d« h. sie sollen einen geringen Querschnitt besitzen. Zusätzlich wird noch die Forderung gestellt, daß sie für möglichst hohe

Drehzahlen geeignet sind* Diese Eigenschaften

wurden bisher bei Lagern dadurch erreicht_s daß ihr Teilkreis relativ klein war und z. B. maximal ca. 250 mm betrug. Damit wurden Drehzahlen von ca. 8000 min" erreicht. Diese sehr hohen Drehzahlen sind in erster Linie darauf zurückzuführen, daß die einzelnen Lagerteilen sehr genau hergestellt werden. Weiterhin besitzen die Lagerringe bezogen auf den |

Teilkreis einen relativ dicken Querschnitt, so daß sowohl bei der Herstellung als auch beim Einbau keine Verwindungen oder Welligkeiten der Laufbahnen eintreten, die wiederum die Drehzahlgrenze herabsetzen wurden. Aus den Schriften DE-OS 14 25 094 und GB-OS 21 09 481 sind entsprechende Lager ersichtlich. Diese besitzen zu ihrer Befestigung und zur Schmierung mit den Laufringen integrierte Flansche. Der mit diesen Flanschen erreichte Versteifungseffekt bei den Lagerringen ist zwar gegeben, war aber wegen des großen Querschnitts der Lagerringe ohne Bedeutung.

Bei neueren Triebswerksentwicklungen sollen nun die Lager im Durchmesser wesentlich vergrößert, im

-&Egr;&Igr; Querschnitt aber im Hinblick auf Gewichtseinsparung möglichst klein gehalten werden. Solche sogenannten DÜfinringlücier lassen sich nur schwer mit der erforderlichen Genauigkeit herstellen. Bei der Bearbei- tung (z. B. Drehen, Härten und Schleifen) werden nämlich Spannungen induziert, die trotz der Befestigung im Gehäuse zu Ungenauigkeiten führen* insbesondere wenn man noch berücksichtigt, daß die Gehäuse ebenfalls aus Gewichtsersparnisgründen selbst keine große Steifigkeit besitzen.

Nun ist es zwar naheliegend, die Drehzahl solcher Lager durch höhere Genauigkeit der Teile zu erhöhen. Eine genauere Herstellung der Laufringe im wirtschaftlich vertretbaren Umfang bringt zwar dann eine Drehzahlerhöhung, diese wird aber allenfalls doppelt so groß sein wie bei üblichen Dünnringlagern gleicher Größe. Für die im Flugzeugtriebwerke gewünschten Drehzahlen sind diese aber noch um mehr als die Hälfte zu niedrig. Dieser Sachverhalt wird auch in der Zeitschrift Aviation Week & Space Technology vom 13. April 1987 auf Seite 74 bestätigt, indem darauf hingewiesen wird, daß es noch keine geeigneten große Lager gibt.

A Es ist daher Aufgabe der Neuerung die Lagerteile so weiter zu verbessern, daß trotz dünnwandigem Querschnitts sowohl bei der Fertigung als auch im eingebauten Zustand eine sehr hohe Formstabilität erreicht wird und dadurch wesentlich höhere Drehzahlen problemlos akzeptiert werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe wird im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dargelegt. Die Ansprüche 2 bis 7 enthalten spezielle Ausgestaltungen.

Dadurch, daß die Laufringe axiale Ansätze besitzen» wird ihre Formstabilität wesentlich erhöht. Sowohl bei der¹ Herstellung als auch, was noch viel wichtiger ist, nach dem Einbau werden die Welligkeiten oder Verbiegungen der Laufbahn wesentlich reduziert. Dazu tragen zunächst einmal die zylindrischen Abschnitte bei, die im wesentlichen in axialer Richtung positiv wirken. Wichtig sind auch die um ca. 45^C abgebogenen Endabscnfiitte, die zusätzlich die radiale Steifigkeit erhöhen. Die Ringe sind dabei trotz ihres niedrigen Gewichts so stabil, daß auch Ungenauigkeiten des meist dünnen Gehäuses korrigiert werden. Es lassen sich dann Drehzahlen erreichen, die beispielsweise bei einem Teilkreisdurchmesser von ca. 750 mm ca. 2000 min." betragen. Dies stellt eine wesentliche Bereicherung des Standes der Technik dar, wenn man berücksichtigt, daß Dünnringlager ähnlicher Größen eine 'Drehzahlgrenze von ca. 300 min." besitzen, wobei deren Grenzwert durch genauere Bearbeitung allenfalls verdoppelt werden könnte.

Aus Gewichtsersparnisgründen ist es nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig, daß sich die axialen Ansätze zum freien Ende hin verjüngen. Dadurch wird nämlich die Steifigkeit kaum reduziert, das Volumen der Laufringe aber weiter herabgesetzt.

Herstellungsmäßig günstig ist es, wenn die axialen Ansätze frei in den Raum ragen. Eine spezielle, genaue Bearbeitung dieser Abschnitte ist dann nämlich nicht erforderlich, ohne daß dadurch die sonstige Funktionsfähigkeit herabgesetzt wird.

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Weiterhin ergibt sich dadurch keine von eventuell ungenauen Gehäuseteilen hervorgerufene negative Wirkung auf die Genauigkeit der Laufbahn des Lagers.

Aus Montagegründen kann ss Räch einer weiteren Aus= gestaltung günstig sein» zumindest einen Laufring zu teilen, wodurch sich im Teilquerschnitt zwei boppel-L-Ringe ergeben. In diesem Fall sind wegen der hohen Schultern hochbelastbare Kugellager möglich, wobei es lediglich erforderlich ist, die Kugeln vor dem Zusammenbau des letzten Doppelrings in das Lager einzubringen. Bei dieser Ausführung kann in einfacher Weise zwischen den beiden L-förmigen Ringteilen ein umlaufender Spalt vorgesehen werden, der von außen durch mindestens eine Bohrung zugänglich gemacht wird. Dadurch wird die Schmierölzuführung zu den Kugeln wesentlich erhöht. Die dadurch mögliche Reduzierung der Lagertemperatur trägt ebenfalls zur Drehzahlerhöhung bei.

Vorzugsweise bestehen die Kugeln aus einem keramik sehen Werkstoff, z. B. Siliziumnitrid. Dadurch wird das Gewicht der Kugeln und damit die Belastung aus der Fliehkraft erniedrigt, was ebenfalls zur Erhöhung der Gren?drehzahl beiträgt.

Die Neuerung wird an Hand einer Figur näher beschrieben. Diese zeigt einen Tei!querschnitt durch ein Lager für Flugzeugtriebwerke.

Gemäß Figur 1 besteht das Kugellager aus dem ring 1 mit dem üblichen Befestigungsflänsch 2, dem Käfig 3 mit den Kugeln 4 und dem zweigeteilten

Innenring 5, 5 mit den Befestigungsflanschen 7, 8. Die Laufringe 1 und 5, 6 sind dabei bezogen auf den Durchmesser des Lagers groß und daher dünnwandig. Um die Stabilität zu erhöhen, sind daher an den Laufringen 1 und 5, 6 axiale Ansätze 9, 10, 11 angebracht. Die Ansätze 9 und 10 bestehen dabei aus den zylindrischen Abschnitten 9¹ und 10' und den um ca. 45° abgebogenen Endabschnitten 9¹¹ und 10''. Der Ansatz 11 ist leicht abgewandelt, indem er einen zylinderischen Endabschnitt 11' besitzt.

Durch diese Ansätze sind die Laufringe nicht nur bei der Herstellung ausreichend stabil sondern auch nach dem Einbau, wobei sogar die gegebenenfalls ungenaue Gehäuseteile 12 und 13 korrigiert werden, wenn die Befestigungsschrauben 15 angezogen sind.

Im Hinblick auf die Gewichtsersparnis verjüngen sich die axialen Ansätze 9, 10, 11 zum freien Ende hin. Deswegen besitzt z. B. der zylindrische Abschnitt 9¹ einen dickeren Querschnitt als der Endabschnitt 9¹¹, wobei ein kontinuierlicher übergang gewählt wurde. Dadurch, daß die axialen Ansätze 9, 10, 11 nicht am Gehäuse anliegen, ist eine hochgeridue Herstellung dieser Teile nicht erforderlich.

Da beim Käfig 3 ähnliche Probleme bestehen wie bei den Laufringen, besitzt dieser ebenfalls beidseitig axiale Ansätze 12, die sich aus einen zylindrischen Abschnitt 12' und einen schräg geneigten Abschnitt 12'' zusammensetzen.

Der Innenring besteht aus zwei etwa L-förmigen Ringtöilen 5 und 6, von denen jeder Ansätze 10 und 3&bgr; 11 besitzt. Im Laufbähnbereich Jtwisehen den Ring*

teilen 5, 6 ist ein umlaufender Spalt 13 vorgesehen, der mindestens eine Bohrung 14 besitzt.

Dadurch kann in einfacher Weise Schmiermittel, das durch den Ansatz 11 in erhöhter Menge gesammelt wird, in das Innere des Lagers gebracht werden.

Damit wird auch der Schmiermittelumlauf und die Kühlung des Lagers verbessert, was zu einer höheren

Drehzahlgrenze beiträgt.
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An Stelle eines Kugellagers kann natürlich auch ein Rollenlager mit den gleichen Merkmalen vorgesehen werden. Es ergeben sich dann auch die gleichen Vorteile.

Claims

FAG Kugelfischer Georg Schäfer R-RS-1-964-wa-st

Kommanditgesellschaft auf Aktien 24.08.1987

Ansprüche

1. Hoctotouriges Wälzlager für Flugzeugtriebwerke, dessen Laufringe mit Befestigungsflanschen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß an •den dünnwandigen Laufringen (1;5, 6) zumindest einseitig axiale Ansätze (9, 10, 11) angeformt sind, die im Teilquerschnitt aus einem zylindrischen Abschnitt (9¹, 10¹, 11') und einem um ca. 45° abgebogenen Abschnitt (9 ' ',10 ' ' , 11") bestehen.

15 2. tager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axicien Ansätze (9, 10, 11) sich zum

freien Ende hin verjüngen.

3. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axial·
frei in den Raum ragen.

20 zeichnet, daß die axialen Ansätze (9, 10, 11)

4. Lager nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Laufring geteilt ist, indem er im Teilquerschnitt etwa aus einem Doppel-L (5, 6) besteht.

5. Lager nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ringteilen (5, 6) im Laufbahnbereich ein umlaufender Spalt (13) mit

mindestens einer Schmieröl-Zufuhrbohrung (14) vorgesehen ist.

* #111

6. Lager nach Ansipruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Käfig (3) axiale Ansätze (12) angebracht sind, die aus einem zylindrischen Abschnitt (12¹) und aus einem kegeligen Abschnitt {12¹¹) bestehen.

7. Lager nach Anspruch 1, 2, 3, 4-, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (4) aus einem keramischen Werkstoff, vorzugsweise aus Siliziumnitrid bestehen.

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