DE932755C - Sich selbst ausrichtendes Lager - Google Patents

Description

• Sich selbst ausrichtendes Lager Die Erfindung bezieht sich auf sich selbst ausrichtende Lager für Wellen od. dgl., insbesondere auf Wellenlager, die einem Axialschub durch die Welle ausgesetzt sind.
• Man hat bereits vorgeschlagen, ein sich selbst ausrichtendes Axialschublager für Wellen so auszubilden, daß das die Welle umschließende Lagergehäuse mit ringförmig-kugeliger Umfangsfläche in einem ortsfesten Rahmen um den Lagermittelpunkt begrenzt schwenkbar und in axialer Richtung an einem verformbaren ringförmigen Stützkörper abgestützt ist, der bei Kippbewegungen des Lagers durch den Axialschub unter Druck gesetzt wird. Der Stützkörper besteht hierbei aus plastischem und im wesentlichen nicht zusammendrückbarem Werkstoff, der sich ohne merkliche Verminderung seines Gesamtvolumens verformen kann. Diese Werkstoffe altern jedoch und nehmen dann leicht eine bleibende Formänderung an, die eine nachteilige Axialbewegung der Welle nach sich zieht. Besteht der Stützkörper aus plastischem Werkstoff, so ist es außerdem notwendig, ihn mit einer Beilage zu versehen. Passen der plastische Körper und die Beilage nicht sehr genau zusammen, so ergeben sich Hohlräume zwischen dem Lagergehäuse und dem Maschinenrahmen. Beim Auftreten einer axialen Belastung wird der plastische Körper dann in diese Hohlräume hineingedrückt, wodurch Verschiebungen in axialer Richtung entstehen.
• Werden solche Lager z. B. in Flugzeugtriebwerken verwendet, so können sie Belastungen unterworfen sein, die Durchbiegungen an der Welle hervorrufen. Der plastische Werkstoff wird dann so stark beansprucht, daß er dem Axialdruck nicht mehr standhält und eine plötzliche Axialbewegung der Welle zuläßt. Um diese Gefahr zu vermindern, wird der plastische Werkstoff an den Kanten mit metallischen Verstärkungsstreifen versehen. Brechen aber diese Streifen, sö wird das plastische Material durch die Fugen ausgepreßt, und es tritt eine Axialverschiebung der Welle ein, die zu ernsten Beschädigungen der Maschine führen kann.
• Die Erfindung ist darauf gerichtet, diese Schwierigkeiten zu vermeiden und einen in sich verformbaren Stützkörper für Axialschublager der beschriebenen Art oder für andere, sich selbst ausrichtende Lager zu schaffen, der sich trotz seiner Verformbarkeit durch absolute und bleibende Starrheit des Werkstoffes auszeichnet. Neuerungsgemäß ist der ringförmige Stützkörper durch eine Gliederkette aus starren Keilflächenblöcken gebildet, die in Achsrichtung des Lagers verjüngt zulaufen und in Umfangsrichtung der Kette abwechselnd mit gegenläufigen Keilflächenneigungen nebeneinander liegen. Diese starren Keilflächenblöcke können prismaähnliche Form haben und aus hartem Metall bestehen, da die Verformung des aus ihnen zusammengesetzten Stützkörpers durch gegenseitige Verschiebungen zwischen den Keilflächenblöcken zustande kommt.
• Die Keilflächenblöcke können mit Spiel auf einen Ring aus Draht od. dgl. aufgereiht sein, der sie nur zusammenhält, ihre Verschiebungen gegeneinander aber nicht hindert. Vorzugsweise ist der aus diesen Blöcken gebildete Stützkörper bei dicht zusammenliegenden Blöcken in seinem Umfange etwas größer als die den Stützkörper und das Lagergehäuse aufnehmende Rahmenausnehmung bemessen, so daß beim Einsetzen des Stützkörpers in die Rahmenausnehmung eine Axialverschiebung zwischen den benachbarten Keilflächenblöcken eintritt und an beiden Seiten des Stützkörpers Hohlräume zwischen den verjüngten Enden der Keilflächenblöcke und den seitlichen bzw. radialen Anlageflächen des Stützkörpers entstehen. Durch diese Hohlräume wird die gegenseitige Verschiebung zwischen den Keilflächenblöcken ermöglicht, so daß das Lager die zu seiner Ausrichtung auf die Welle erforderlichen Kippbewegungen ausführen kann.
• Um eine gleichmäßige Belastung der Keilflächenblöcke zu sichern, weisen zweckmäßig von den abwechselnd mit gegenläufigen Keilflächenneigungen nebeneinanderliegenden Blöcken die Blöcke einer Gruppe, die axial nach gleicher Seite verjüngt zulaufen, zusätzlich zu ihrer in der Axialrichtung des Lagers liegenden Verjüngung auch eine radiale Verjüngung in Richtung zur Lagermitte hin auf.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Schublagers nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Lager, der den verformbaren Stützkörper zum Teil in Ansicht zeigt, Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 eine schaubildliche Ansicht einiger Blöcke des verformbaren Stützkörpers in auseinandergezogenem Zustand.
• Wie Fig. 1 erkennen läßt, ist die Welle 10 in einem doppelten Kugellager 11 gelagert. Die Richtung der auf die Welle wirkenden Schubkraft ist durch den Pfeil A angegeben. Die Schubkraft wird durch die Schulter 12 auf die inneren Laufringe der Kugellager übertragen, die mittels eines Sprengringes 13 an der Welle 10 festgelegt sind. Die äußeren Laufringe der Kugellager sind in einem Lagergehäuse 14 eingesetzt, das einen äußeren Flansch 15 aufweist, dessen Außenfläche ein Teil einer Kugelfläche mit dem Radius R ist, deren Mittelpunkt C im Schnittpunkt der Mittelebene des Flansches mit der geometrischen Achse der Welle 10 liegt. Das Lagergehäuse 14 ist mit seinem Flansch mit loser Passung in eine zylindrische Ausnehmung 17 des ortsfesten Maschinenrahmens 18 eingesetzt.
• Mit seiner Vorderfläche 1511 stützt sich der Flansch 15 in axialer Richtung an einen Stützkörper ig ab, der zwischen ihm und der radialen Schulterfläche 2o11 eines Ringansatzes 2o des Rahmens 18 angeordnet ist.
• Das Lagergehäuse 14 ist durch einen ringförmigen Deckel :21 abgeschlossen, der die äußeren Laufringe der Kugellager in dem Lagergehäuse festlegt und mittels Schrauben 211 an dem Lagergehäuse befestigt ist. Die Ausnehmung 17 des Rahmens i8 ist ebenfalls durch einen ringförmigen Deckel 23 abgeschlossen, der mit Schrauben 24 am Maschinenrahmen befestigt ist. Auf den Umfang verteilt sind zwischen diesem ringförmigen Deckel 23- und- dem Flansch 15 Schraubenfedern 25 angeordnet, die in Senklöchern des Deckels und des Flansches sitzen und den Flansch 15 gegen den Stützkörper ig drücken. Paßstifte 26 des Deckels 23 ragen mit Spiel in- Löcher des Flansches 15 und sichern das Gehäuse 14 gegen Drehen.
• Der Stützkörper rg besteht aus zwei Sätzen von Metallblöcken 3o bzw. 31, die wie Kettenglieder abwechselnd auf einen Drahtring 32 aufgefädelt sind, dessen Enden sich wie bei einem Schlüsselring überdecken. Beide Blöcke haben etwa prismatische Gestalt und je zwei parallele ebene Stirnflächen 34 und 36 bzw. 35 und 37, die in eingebauter Lage der Blöcke in Radialebenen des Lagers liegen. Die Stirnflächen 34 und 36 der Blöcke 30 sind im wesentlichen rechteckig, während die Stirnflächen 35 und 37 der Blöcke 31 in Richtung zur Wellenmitte schmaler werden. Die Außenflächen 38 und 39 sind in Anpassung an die zylindrische Innenfläche 17a der Rahmenausnehmung 17 leicht konvex gekrümmt. Die seitlichen Flächen 4o der Blöcke 30 laufen von der dem Flansch 15 zugewendeten ebenen Stirnfläche 34 aus, die seitlichen Flächen 41 der Blöcke 31 von der dem Flansch 15 abgekehrten Stirnfläche 37 aus keilförmig verjüngt zu. Der Winkel, unter dem die Flächen 4o die Stirnfläche 34 schneiden, ist ebenso groß wie der Winkel, unter dem die Flächen 41 die Stirnfläche 37 schneiden, und soll vorzugsweise 6o° betragen. Außerdem verjungen sich die Blöcke 31 zwischen den Stirnflächen 35 und 37 in Richtung zur Welle derart, daß ihre seitlichen Kanten, das heißt die Schnittkanten dieser Flächen mit den seitlichen Flächen 41, tangential zu einem um die Wellenmitte gezogenen Kreis liegen, dessen Durchmesser gleich der Breite der rechteckigen Stirnflächen 34 bzw. 36 der Blöcke 30 ist, wie dies in Fig. 2 in strichpunktierten Linien dargestellt ist. Die seitlichen Flächen benachbarter Blöcke berühren sich auf ihrer ganzen Fläche, wenn die Blöcke dicht nebeneinander liegen.
• Der Drahtring 32 ist im Durchmesser wesentlich kleiner als die ihn aufnehmenden Löcher der Blöcke und dient eigentlich nur dazu, die Blöcke beim Einsetzen in die Ausnehmung 17 des Rahmens zusammenzuhalten. Legt man die zu einem Ring vereinigten Blöcke so auf eine ebene Fläche, daß alle auf einer Seite befindlichen Stirnflächen der Blöcke diese Fläche berühren, so hat der Ring einen Außendurchmesser, der etwas größer ist als der Durchmesser der Ausnehmung 17. Wird der Ring in diese Ausnehmung eingesetzt, so verschieben sich die Blöcke 30 in axialer Richtung etwas gegenüber den Blöcken 31, wobei die Seitenflächen 4o und 41 aufeinander gleiten. Dadurch vermindert sich der Außendurchmesser des Ringes und paßt sich dem Durchmesser der Ausnehmung 17 an. Der Drahtring 32, der etwas elastisch ist, hat dann das Bestreben, die Blöcke nach außen zu drücken. Mit Rücksicht auf die Abrundung im Eck zwischen der Schulterfläche 2o und der Fläche 17 erhalten die Blöcke 30 und 31 an der Kante zwischen den Flächen 36 und 38 bzw. 37 und 39 eine Abschrägung B. Im fertigen Lager liegen die Stirnflächen 34 der Blöcke 3o dann an der Vorderfläche 15 des Flansches 15 und die Stirnflächen 37 der Blöcke 31 an der Stützfläche 2o des Ansatzes 2o an. Dagegen sind Zwischenräume 42 zwischen den Stirnflächen 35 und der Fläche 15 und Zwischenräume 43 zwischen den Stirnflächen 36 und der Fläche 2o vorhanden.
• Der Schub wird von der Welle 10 unmittelbar durch die Kugellager 11 auf das Lagergehäuse 14 und dann über den Flansch 15 und den Stützkörper 19 auf den Maschinenrahmen 18 übertragen. Unter dem Einfluß dieser Schubkraft wird jeder Block des Stützkörpers wie ein Keil zwischen die benachbarten Blöcke gedrückt, so daß er das Bestreben hat, den Umfang des ringförmigen Stützkörpers zu vergrößern. Jedoch verhindert die Rahmenausnehmung 17 eine Ausdehnung des Stützkörpers in radialer Richtung. Jede Schrägstellung der Welle 10 wird dabei durch eine Verformung des Stützkörpers 19 aufgenommen, und zwar durch eine Vergrößerung der Zwischenräume 42 und 43 auf einer Seite des Lagers und eine entsprechende Verkleinerung dieser Zwischenräume auf der gegenüberliegenden Seite. Dies geschieht durch eine Gleitbewegung der Flächen 40 und 41 benachbarter Blöcke aufeinander.
• Die Abmessungen der Zwischenräume 42 und 43 sind für die Größe der Abweichungen maßgeblich, die der Stützkörper ausgleichen kann, und die axiale Länge der Blöcke 3o und 31 bestimmt die Lage der Welle zum Rahmen. Daher ist es wichtig, daß diese Zwischenräume zunächst mit großer Genauigkeit eingestellt werden, was durch Abschleifen der Stirnflächen 34 oder 37 einiger in gleichem Abstand voneinander in dem Stützkörper verteilter Blöcke geschehen kann.
• Wird der Stützkörper mit einer Fettpackung in den Rahmen 18 eingesetzt, so ist eine weitere Schmierung für einen längeren Zeitraum nicht erforderlich. Es ist jedoch wünschenswert, daß die Blöcke 30 und 31 aus unterschiedlichen Werkstoffen, wie Bronze und Stahl, hergestellt werden, damit ein Fressen verhindert wird.
• Die dargestellte Ausbildung des Schublagers ist nur ein bevorzugtes Beispiel. Ähnliche Anordnungen der Blöcke mit geneigten Flächen sind bei vielen Lagerungsarten verwendbar, bei denen eine Anpassung an Wellenabweichungen erforderlich ist.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Sich selbst ausrichtendes Lager für Wellen od. dgl., dessen die Welle umschließendes Gehäuse in einem ortsfesten Rahmen um den Lagermittelpunkt begrenzt schwenkbar und in axialer Richtung an einem verformbaren ringförmigen Stützkörper abgestützt ist, der bei Kippbewegungen des Lagers durch den Axialschub unter Druck gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Stützkörper (19) durch eine Gliederkette aus starren Keilflächenblöcken (30, 31) gebildet ist, die in Achsrichtung des Lagers verjüngt zulaufen und in Umfangsrichtung der Kette abwechselnd mit gegenläufigen Keilflächenneigungen nebeneinander liegen.
2. 2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den Keilflächenblöcken (30, 31) gebildete Stützkörper (19) bei dicht zusammenliegenden Blöcken in seinem Umfang etwas größer als die den Stützkörper (19) und das Lagergehäuse (14, 15) aufnehmende Rahmenausnehmung (17) bemessen ist, so daß beim Einsetzen des Stützkörpers in die Rahmenausnehmung eine Axialverschiebung zwischen den benachbarten Keilflächenblöcken eintritt und an beiden Seiten des Stützkörpers Hohlräume (42, 43) zwischen den verjüngten Enden (35, 36) der Keilflächenblöcke und den seitlichen bzw. radialen Anlageflächen (i511, 2o11) des Stützkörpers entstehen.
3. 3. Lager nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den abwechselnd mit gegenläufigen Keilflächenneigungen nebeneinanderliegenderr Keilflächenblöc'ken (30, 31) die Blöcke (3i) einer Gruppe, die axial nach gleicher Seite verjüngt zulaufen, zusätzlich zu ihrer in der Axialrichtung des Lagers liegenden Verjüngung auch eine radiale Verjüngung in Richtung zur Lagermitte hin aufweisen.
4. 4. Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den radial verjüngten Blöcken (31) befindlichen Keilflächenblöcke (30) an ihren seitlichen Stoßflächen radial unverjüngt und so bemessen sind, daß ihre Stoßflächen in der radialen Verlängerung nach innen auf einem zur Wellenmitte konzentrischen Kreis liegen, dessen Durchmesser gleich der Breite dieser Blöcke ist.
5. 5. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilflächenblöcke (30, 31) prismaähnliche Form haben.
6. 6. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilflächenblöcke (30, 31) aus Metall bestehen.
7. 7. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, daß die den Stützkörper (r9) und das Lagergehäuse (14, 15) aufnehmende Rahmenausnehmung (17) durch einen vom Rahmen (18) abnehmbaren ringförmigen Deckel (a3) abgeschlossen ist, der als Gegenlager für das Lagergehäuse gegen die Keilflächenblöcke (30, 31) unter Axialdruck setzende Federn (25) dient, und das Lagergehäuse gegen Drehen sichernde Paßstifte (26) aufweist. Angezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 530 323.