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Dokumentenidentifikation DE10030698A1 10.01.2002
Titel Verfahren zum Schmieren und Kühlen eines hydrodynamischen Gleitlagers und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Anmelder Gleitlagertechnik Weißbacher GmbH, 46519 Alpen, DE
Erfinder Weißbacher, Georg, Dipl.-Ing., 46519 Alpen, DE
Vertreter Funken, J., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 47506 Neukirchen-Vluyn
DE-Anmeldedatum 23.06.2000
DE-Aktenzeichen 10030698
Offenlegungstag 10.01.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2002
IPC-Hauptklasse F16C 33/10
Zusammenfassung Bei einem Verfahren zum Schmieren und Kühlen eines hydrodynamischen Gleitlagers mit wenigstens einer festen Gleitfläche, wobei dem zugehörigen Schmierspalt an dessen Anfang unter Druck frisches Schmiermittel zugeführt und genutztes Schmiermittel aus diesem Schmierspalt an dessen Ende abgeleitet wird, ist vorgesehen,
- daß vor der Gleitfläche ein Druckbereich und ein Entspannungsbereich angeordnet werden,
- daß der Druckbereich und der Entspannungsbereich durch eine Mischstrecke miteinander verbunden werden,
- daß ein frisches Schmiermittel unter Druck über den Druckbereich dem als Gleitbereich wirkenden Schmierspalt derart kontrolliert zugeführt wird, daß sich einerseits ein ausreichender Schmierkeil zwischen der Welle und der Gleitfläche ergibt,
- daß in einem ersten Schritt an der Welle anhaftendes heißes Schmiermittel teilweise in den Entspannungsbereich abgeschleudert wird,
- daß in einem zweiten Schritt ein Teil des restlichen an der Welle anhaftenden heißen Schmiermittels in einer Mischstrecke im Gegenstrom mit Teilen kalten Schmiermittels aus der Druckkammer gemischt und in die Entspannungskammer gedrückt wird und
- daß in einem dritten Schritt kaltes Schmiermittel in den folgenden Schmierspalt über den Druckbereich eingetragen wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmieren und Kühlen eines hydrodynamischen Gleitlagers mit wenigstens einer festen Gleitfläche, wobei dem zugehörigen Schmierspalt an dessen Anfang unter Druck frisches Schmiermittel zugeführt und genutztes Schmiermittel aus diesem Schmierspalt an dessen Ende abgeleitet wird.

Hierbei handelt es sich um ein Verfahren zum Schmieren von Gleitlagern mit hohen Gleitgeschwindigkeiten, beispielsweise für Gas- und Dampfturbinen, Turbo-Kompressoren und den damit ggfl. in Zusammenhang stehenden Turbo-Getrieben.

Der Schmiermittelein- und -austrag für bekannte Gleitlager mit festen Gleitflächen erfolgt über gemeinsame Schmiermitteltaschen zwischen den Gleitflächen. In diesen Schmiermitteltaschen kommt es während des Betriebes zu einem Mischen des eintretenden kalten, frischen Schmiermittels und des aus dem vorhergehenden Schmierspalt austretenden warmen, genutzten Schmiermittels. Ein Teil des gemischten Schmiermittels tritt seitlich aus der Schmiermitteltasche aus. So verursacht ein hoher Anteil von ausgetragenem, gemischten Schmiermittel einerseits unerwünscht hohe Planschverluste und Schmiermittelverbräuche, andererseits sorgt dieser Austrag dafür, daß die Schmiermitteleintrittstemperatur im nächsten Schmierspalt niedrig bleibt und die zulässige Temperatur am Ende des Schmierspaltes nicht überschritten wird. Dieses bekannte Verfahren ist in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt.

Eine Verbesserung dieses Zustandes bringt die sogenannte gelenkte Schmierung bei Kippsegmentlagern, bei der Düsen in den Schmiermitteltaschen den Strom des kalten, frischen Schmiermittels gezielt an die Eintrittskanten der nachfolgenden kippbeweglichen Gleitflächen lenken.

Kippsegmentlager werden sowohl mit gelenkter Schmierung wie auch geflutet betrieben. Diese Lager haben bei dieser Schmierung gemeinsam oder einzeln die im folgenden dargestellten Nachteile:

Der Betrieb eines Kippsegmentlagers erfordert einen hohen technischen Aufwand bei geringerem Tragvermögen als der Betrieb vergleichbarer Gleitlager mit festen Gleitflächen. Außerdem verursacht er vergleichsweise hohe Verlustleistung und beansprucht einen hohen Schmiermittelbedarf.

Lager mit festen Gleitflächen lassen sich nur unter Inkaufnahme hoher Verlustleistungen und eines hohen Schmiermittelbedarfs betreiben. Ihr Stabilitätsverhalten bei hohen Drehzahlen ist oft nicht ausreichend.

Die Erfindung betrifft auch ein Gleitlager zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, das als Lager mit festen Gleitflächen ausgeführt und in dem eine zylindrische Welle oder eine Druckscheibe rotierend gelagert ist und das mit einer Einrichtung zur Zufuhr von frischem Schmiermittel unter Druck ausgerüstet ist.

Zur Lagerung hochtouriger Wellen sind verschiedene Lösungen bekannt, beispielsweise die Offset-Half-Bauweise, die Doppel-Offset- Bauweise, das Hybridlager, das Zitronenspiel-Lager, das Mehrflächen-Lager mit zwei bis fünf Gleitflächen und das Keilflächen-Lager als Axiallager für ein oder zwei Drehrichtungen.

Bei der Offset-Half-Bauweise ist die obere Gleitfläche gegenüber der unteren Gleitfläche horizontal um den Offset verschoben, so daß eine zweilinige Anlage der Welle gegen das Lager gegeben ist. Es handelt sich hierbei um eine koaxiale Versetzung der beiden Gleitflächen gegeneinander sowie gegenüber der Achse der Welle, während bei der Doppel-Offset-Bauweise die eine Gleitfläche gegenüber der anderen Gleitfläche sowohl horizontal als auch vertikal versetzt ist.

In beiden vorgenannten Fällen, also bei der Offset-Half-Bauweise und bei der Doppel-Offset-Bauweise ergibt sich gegenüber der kreisrunden Welle jeweils üblicherweise an den Teilungsfugen ein Versatz und ein sich in Drehrichtung der Welle verengender Schmierkeil.

Das sogenannte Hybridlager zeichnet sich dadurch aus, daß eine beispielsweise untere feste Gleitfläche mit darüberliegenden kippbeweglichen Gleitflächen kombiniert ist, während das sogenannte Zitronenspiel-Lager eine Variante von Drei- bis Fünfflächen-Gleitlagern darstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mängel unter Berücksichtigung einer baulich einfachen Konstruktion als Gleitlager mit mindestens einer festen Gleitfläche abzustellen und den Schmier- und Kühlmittelbedarf sowie die Verlustleistung sehr beträchtlich zu senken und dabei sicherzustellen, daß neben einer vergleichsweise hohen Lagertragfähigkeit auch die Schwingungen weitgehend beseitigt bleiben bzw. solche nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst,

  • - daß vor der Gleitfläche ein Druckbereich und ein Entspannungsbereich angeordnet werden,
  • - daß der Druckbereich und der Entspannungsbereich durch eine Mischstrecke miteinander verbunden werden,
  • - daß frisches Schmiermittel unter Druck über den Druckbereich dem als Gleitbereich wirkenden Schmierspalt derart kontrolliert zugeführt wird, daß sich einerseits ein ausreichender Schmierkeil zwischen der Welle und der Gleitfläche ergibt,
  • - daß in einem ersten Schritt an der Welle anhaftendes heißes Schmiermittel teilweise in den Entspannungsbereich ausgetragen wird,
  • - daß in einem zweiten Schritt ein Teil des restlichen an der Welle anhaftenden heißen Schmiermittels in einer Mischstrecke im Gegenstrom mit Teilen kalten Schmiermittels aus der Druckkammer gemischt und in die Entspannungskammer gedrückt wird und
  • - daß in einem dritten Schritt kaltes Schmiermittel in den folgenden Schmierspalt über den Druckbereich eingetragen wird.

Auf diese Weise gelangt man zu einem Verfahren der einleitend genannten Art, welches die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe voll erfüllt. Hinzu kommt, daß sich eine Reduzierung der Verlustleistung um bis zu etwa 50% bei gleichzeitiger Reduzierung der Lagertemperatur um einige Kelvin (K) ergibt.

Zweckmäßig kann das Verfahren so durchgeführt werden, daß frisches Schmiermittel über die Mischstrecke zu dem Entspannungsbereich gedrückt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß ein als Radiallager ausgebildetes Gleitlager nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 betrieben wird.

Es ist auch möglich, ein als Axiallager ausgebildetes Gleitlager nach diesem Verfahren zu betreiben.

Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, ein als Kippsegmentlager ausgebildetes radiales Gleitlager mit einer festen Gleitfläche und mindestens zwei kippbeweglichen Gleitflächen zu betreiben.

Zweckmäßig kann das Verfahren so betrieben werden, daß, nachdem das Schmiermittel durch den Schmierspalt zwischen dem stillstehenden Gleitlager und der rotierenden Welle hindurchgetreten ist, das von der Welle abgeschleuderte Schmiermittel und das über die Mischstrecke in den Entspannungsbereich eingetragene Schmiermittel abgesaugt wird.

Des weiteren ist zu empfehlen, das Verfahren so zu betreiben, daß, nachdem das Schmiermittel durch den Schmierspalt zwischen dem stillstehenden Gleitlager und der rotierenden Welle hindurchgetreten ist, das von der Welle abgeschleuderte Schmiermittel und das über die Mischstrecke in den Entspannungsbereich eingetragene Schmiermittel durch einen Gasstrom ausgetragen wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Verfahren so ausgebildet sein, daß die Menge des ausgetauschten Schmiermittels vor den Gleitflächen des Gleitlagers gleichsinnig mit der Belastung der Welle in Richtung der entsprechenden Gleitfläche durch die Wellenverlagerung im Gleitlager gesteuert wird, wobei die Kombination von Welle mit einem erfindungsgemäßen Gleitlager nach einem oder mehreren der nachfolgenden Ansprüche 11 bis 17 hinsichtlich des Schmiermittelaustausches ein selbstregulierendes System darstellt.

Zweckmäßigerweise wird das Verfahren so durchgeführt, daß der Druck im Druckbereich und der Druck im Entspannungsbereich jeweils separat erfaßt und einer separaten Regeleinheit zugeführt werden, die den Schmiermitteldruck im Druckbereich regelt.

Außerdem empfiehlt es sich, das Verfahren so durchzuführen, daß der Druck im Druckbereich und der Druck im Entspannungsbereich und die Höhe des Schmierspaltes jeweils separat erfaßt und einer separaten Steuereinheit sowie einer separaten Dosiereinheit zugeführt werden, die den Druck des entsprechenden Druckbereiches beeinflußt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird vorrichtungsmäßig dadurch gelöst,

  • - daß das Gleitlager mit einer Einrichtung zur Ableitung von genutztem Schmiermittel versehen ist,
  • - daß vor der Gleitfläche eine Druckkammer und mit tangentialem Abstand davon eine Entspannungskammer vorgesehen ist und
  • - daß die Druckkammer und die Entspannungskammer über eine Mischstrecke miteinander in Verbindung stehen.

Auch hierdurch wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe voll gelöst.

Hinzu kommt, daß die konstruktive Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Gleitlagers es erlaubt, die einzelnen Gleitflächen in ihren Abmessungen den Erfordernissen der auf sie wirkenden Lasten einzeln anzupassen und dadurch die Verlustleistung und den Schmiermittelverbrauch erheblich zu senken.

Die Druckkammer ist zweckmäßig über eine Bohrung mit einer Schmiermittelzufuhr unter Druck verbunden. - Vorteilhafterweise kann die Entspannungskammer mit dem drucklosen Tank verbunden sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das in der Entspannungskammer anfallende Schmiermittel durch eine Absaugung oder durch einen Gasstrom aus der Enspannungskammer ausgetragen werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Gleitlager als Radiallager oder als Axiallager ausgebildet sein.

Zweckmäßig kann das radiale Gleitlager als Kippgleitlager mit einer festen Gleitfläche und wenigstens zwei Kippsegmenten ausgebildet sein.

Außerdem empfiehlt es sich, die Vorrichtung so auszubilden, daß die Druckkammern innerhalb der Lagerflächen allseitig abgedrosselt und die Entspannungskammern nach einer Seite der Lagerfläche hin ungedrosselt offen sind.

Des weiteren kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, daß die Druckkammer eine Bohrung aufweist, mit denen sie mit einer Druckerzeugungseinrichtung verbunden sind.

Der bekannte einstufige Schmiermittel-Austauschprozeß in den Schmiermitteltaschen zwischen den Gleitflächen wird erfindungsgemäß durch einen hocheffektiven und genau steuerbaren dreistufigen Schmiermittel-Austauschprozeß ersetzt. Im ersten Schritt wird an der Weile anhaftendes heißes Schmiermittel teilweise in der Entspannungskammer abgeschleudert. Im zweiten Schritt wird ein Teil des restlichen an der Welle anhaftenden heißen Schmiermittels in einer Mischstrecke im Gegenstrom mit Teilen kalten Schmiermittels aus der Druckkammer gemischt und in die Entspannungskammer gedrückt. Im dritten Schritt wird kaltes Schmiermittel in den folgenden Schmierspalt über den Druckbereich eingetragen.

Die konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt es, die einzelnen Gleitflächen in ihren Abmessungen den Erfordernissen der auf sie wirkenden Lasten einzeln anzupassen und dadurch die Verlustleistung und den Schmiermittelverbrauch erheb- Iich zu senken.

Dies führt bei Gleitlagern mit Gleitgeschwindigkeiten von mehr als 50 m/s zu einer sehr erheblichen Reduzierung der Verlustleistung und des Schmiermittelbedarfes.

Versuche haben ergeben, daß der Ersatz eines Offset-Half-Lagers herkömmlicher Konstruktion durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Gleitlager zur einer Reduzierung der Verlustleistung um bis zu mehr als 50% bei gleichzeitiger Reduzierung der Lagertemperatur um einige Kelvin führte.

Für einen Einsatz mit einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 90 m/s führte diese zu einer Reduzierung der Verlustleistung von 225 kW auf 110 kW und des Schmiermittelbedarfes von etwa 380 l/min. auf etwa 210 l/min. bei einem Wellendurchmesser von etwa 290 mm und einer Lagerlänge von etwa 290 mm.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung von Entspannungskammern, Mischstrecken, Druckkammern sowie festen und/oder kippfähigen Gleitflächen wird die für den optimalen Schmier- und Kühleffekt benötigte Schmiermittelzufuhr und -abfuhr sowie deren verfahrenstechnische Steuerung und Überwachung sichergestellt.

Die Schmiermittelzufuhr ist beim erfindungsgemäß ausgebildeten Gleitlager unabhängig von der Schmiermittelabfuhr.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein bekanntes Schema für den Austausch des Schmiermittels in einem bekannten Gleitlager,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des in Fig. 1 dargestellten Schemas,

Fig. 3 ein Schema für die Regelung der Durchführung des erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens,

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gleitlager mit zwei Gleitflächen in Offset-Half- Bauweise,

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gleitlager mit zwei Gleitflächen in Offset-Half- Bauweise, etwas abgeändert gegenüber Fig. 4,

Fig. 6 eine Prinzipdarstellung für die Durchführung des erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens, die desgleichen auch Details der Fig. 4 darstellt,

Fig. 7 eine Abwicklung der Fig. 4, von der Gleitflächenseite her betrachtet,

Fig. 8 eine Seitenansicht eines Details der Fig. 9,

Fig. 9 eine Draufsicht auf ein als Axiallager ausgebildetes, erfindungsgemäßes Gleitlager,

Fig. 10 Prinzipdarstellung der Selbstregelung des Schmiermittelaustausches in einem erfindungsgemäßen Radiallager mit zwei Gleitflächen, vergleichbar Fig. 4 und

Fig. 11 eine Prinzipdarstellung der Arbeitsweise des erfindungsgemäß ausgebildeten Gleitlagers anhand der Darstellung gemäß Fig. 10.

Über einer in Fig. 1 schematisch dargestellten Schmiermitteltasche 1 dreht sich eine nicht näher dargestellte Welle in Richtung des Pfeiles 2. Von der in Drehrichtung 2 gesehen vorherige Gleitfläche 3, die mit der Welle als Drossel 4 wirkt, fließt gebrauchtes Schmiermittel in Richtung des Pfeiles 5 in die Schmiermitteltasche 1, in der eine Mischung von frischem Schmiermittel mit gebrauchtem Schmiermittel erfolgt. Aus der Schmiermitteltasche 1 fließt ein Gemisch aus gebrauchtem und frischem Schmiermittel in Richtung des Pfeiles 6 in die in Drehrichtung gesehen nachfolgende Gleitfläche 7, die mit der Welle als Drossel 8 wirkt. Der Schmiermittelzufluß erfolgt unter Druck in Richtung des Pfeiles 9 durch eine Drossel 10. Aus der Schmiermitteltasche 1 fließt ein Gemisch aus frischem und gebrauchtem Schmiermittel in Richtung des Pfeiles 11 über eine Blende 12 in den im einzelnen nicht dargestellten Tank 13.

Fig. 2 zeigt im wesentlichen die figürliche Darstellung des in Fig. 1 gezeigten Schemas, nämlich eine schematische Seitenansicht auf das Gleitlager. Durch die als Drossel 10 wirkende Bohrung 14 fließt in Richtung des Pfeiles 9 frisches Schmiermittel in die Schmiermitteltasche 1. Von dem in Drehrichtung gesehen vorherigen Schmierkeil 17 strömt gebrauchtes Schmiermittel in Richtung des Pfeiles 15 in die Schmiermitteltasche 1, während von der Schmiermitteltasche 1 aus in Drehrichtung, also in Richtung des Pfeiles 2 bzw. des Pfeiles 16 ein Gemisch aus frischem und gebrauchtem Schmiermittel in den nachfolgenden Schmierkeil 18 strömt. Durch die als Blende 12 wirkende seitliche Öffnung der Schmiermitteltasche 1, fließt ein Gemisch aus frischem und gebrauchtem Schmiermittel in den nicht näher gekennzeichneten Tank 13. Die auf den Gleitflächen 3 und 7 befindlichen Schmierkeile 17 und 18 werden durch die Welle 19 begrenzt.

In Fig. 3 ist eine Druckkammer 20 über eine Mischstrecke 21, die mit der im einzelnen nicht dargestellten Welle als verstellbare Blende wirkt, mit einer Entspannungskammer 22 verbunden. In die Druckkammer 20 mündet ein Zulauf, über den frisches Schmiermittel in Richtung des Pfeiles 23 über eine Drossel 24 in die Druckkammer 20 geführt wird. Von der Druckkammer 20 aus strömt das frische Schmiermittel in Richtung des Pfeiles 25 in die in Drehrichtung gesehen nachfolgende Gleitfläche 26, die mit der Welle als verstellbare Blende 27 wirkt. Von der vorherigen Gleitfläche 28, die zusammen mit der Welle als Blende 29 wirkt, strömt in Richtung des Pfeiles 30 gebrauchtes Schmiermittel in die Entspannungskammer 22.

Das in die Entspannungskammer 22 strömende gebrauchte Schmiermittel fließt zum einen Teil in Richtung des Pfeiles 33 in den Tank 34 und zum anderen Teil in Richtung des Pfeiles 35 in die Mischstrecke 21. Von der Druckkammer 20 aus strömt in entgegengesetzter Richtung durch die Mischstrecke 21 in Richtung des Pfeiles 36 derjenige Teil des durch den Zufluß 23 in die Druckkammer 20 geführten Schmiermittels, der nicht in Richtung des Pfeiles 25 in den nachfolgenden Schmierkeil bzw. auf die nachfolgende Schmierfläche 26 gelangt. In der Mischstrecke 21 vermischen sich das in Richtung des Pfeiles 36 strömende frische Schmiermittel mit dem in Richtung des Pfeiles 35 gebrauchten Schmiermittel, wobei das aus frischem und gebrauchtem Schmiermittel in der Mischstrecke 21 entstandene Schmiermittelgemisch teilweise in Richtung des Pfeiles 37 in den Tank 34 strömt.

Die Fig. 4 zeigt ein Gleitlager mit zwei Gleitflächen in Offset-Bauweise, wobei eine erste Gleitfläche 38 gegenüber einer zweiten Gleitfläche 39 um den Offset 40 in Richtung der Strecke 41-41 versetzt ist. In der ersten Gleitfläche 38 ist eine Druckkammer 42 vorgesehen, die über eine nach außen geführte Bohrung 43 mit einer im einzelnen nicht dargestellten Schmiermittelzufuhr verbunden ist. Vor der Druckkammer 42 liegen die Mischstrecke 44 und die Entspannungskammer 45.

Die Verhältnisse bei der zweiten Gleitfläche 39 sind die gleichen wie bei der oben beschriebenen ersten Gleitfläche 3ß. Auch hier sind eine Druckkammer 46 mit einer nach außen geführten Bohrung 47, einer Entspannungskammer 48 und einer Mischstrecke 49 vorgesehen. In dem Lager ist eine Welle 50 drehbeweglich gelagert.

Durch die Offset-Half-Bauweise des Lagers ist zwischen der Oberfläche 51 der Welle 50 und der ersten Gleitfläche 38 des Lagers ein zylinderförmig gebogener Ringbereich vorgesehen, der sich von der Druckkammer 42 der ersten Gleitfläche 38 zur Entspannungskammer 48 der zweiten Gleitfläche 39 von einem größeren Wert auf einen kleineren Wert verringert. Das gleiche gilt auch für den Bereich 52 zwischen der Oberfläche 51 der Welle 50 und der zweiten Gleitfläche 39. Die Drehrichtung der Welle 50 ist durch den Pfeil 53 angegeben.

Das in Fig. 5 dargestellte Lager hat zwei Gleitflächen 38, 39 in Offset-Bauweise, wobei dieses Lager sich von dem in Fig. 4 dargestellten Lager im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß in der ersten Gleitfläche 38 eine von außen nach innen geführte Bohrung 54, in der ein Rückschlagventil 55 vorgesehen ist, in eine Druckkammer 56 führt. In der zweiten Gleitfläche 39 sind die Verhältnisse ähnlich. Auch hier ist von außen nach innen eine Bohrung 57 über ein Rückschlagventil 58 zu einer Kammer 59 geführt. Die Bohrungen 54 und 57, die als Zuleitungen dienen, sind für den Rückwärtslauf der Welle 50 im Störungsfall vorgesehen.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird sowohl in der ersten Gleitfläche 38 als auch in der zweiten Gleitfläche 39 jeweils eine weitere Druckkammer 56, 59 vorgesehen, welche mittels der Bohrungen 54, 57 mit frischem Schmiermittel versorgt werden kann. In diesem Fall kann es sinnvoll sein, den Schmierspalt nur bis zu einem Teil der Gleitfläche konvergieren und danach divergieren zu lassen, um bessere Laufeigenschaften für die Gegenlaufrichtung, in diesem Fall gegen den Uhrzeigersinn, zu gewährleisten. Um den gerichteten Schmiermittelfluß im Normalfall sicherzustellen, ist in der Bohrungen 54, 57 ein Rückschlagventil 55, 58 vorgesehen.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich, wird beim Drehen der Welle 50 in Richtung des Pfeiles 53 frisches Schmiermittel unter Druck durch die Bohrung 43, die als Drossel 24 wirkt, in die Druckkammer 42 gepumpt, von der aus das frische Schmiermittel in den Übergang 60 in Richtung des Pfeiles 61 in den Keilspalt 62 eingezogen wird und hier den entsprechenden Schmierkeil 62 bildet. Ein weiterer Teil des frischen Schmiermittels wird über den Übergang 63 in Richtung des Pfeiles 64 in die Mischstrecke 65 gepumpt, von der aus das frische Schmiermittel in Richtung des Pfeiles 67 in Richtung der Entspannungskammer 45 fließt.

Dabei vermischt sich in der Mischstrecke 65 das aus der Druckkammer 42 herrührende frische Schmiermittel mit dem aus der vorherigen Schmierkeil 68 herrührenden gebrauchten Schmiermittel, welches in Richtung des Pfeiles 35 durch Anhaften an der Welle in die Mischstrecke 65 eingetragen wird. Ein Teil des gemischten Schmiermittels tritt in Richtung des Pfeiles 67 in die Entspannungskammer 45 ein.

Außerdem tritt aus dem Spalt 70 genutztes Schmiermittel über den Übergang 69 in Richtung des Pfeiles 65 in die Entspannungskammer 45 ein, die drucklos mit dem Tank verbunden ist.

Hierdurch ist gewährleistet, daß in dem Keilspalt 62 hauptsächlich frisches Schmiermittel mit der gewünschten Temperatur eintritt und daß das genutzte Schmiermittel aus dem Schmierspalt 68 in gewünschtem Mäße in die Entspannungskammer 45 austritt und von hier aus in den drucklosen Tank geführt wird. Jedenfalls ist hierdurch ausgeschlossen, daß genutztes warmes Schmiermittel in unerwünscht großen Anteilen in den Keilspalt 62 gelangt und dadurch eine unerwünscht große Temperaturerhöhung in diesem Bereich verursacht.

Die Oberflächenkontur 71 der ersten Gleitfläche 38 ist im allgemeinen eine andere als die Oberflächenkontur 72 der Mischstrecke 65. Sie können jedoch auch gleich sein bzw. Radien darstellen.

In Fig. 7 ist die Abwicklung der Innenfläche eines erfindungsgemäßen radialen Gleitlagers mit unterschiedlich breiten Gleitflächen dargestellt. Hierbei weist die eine Gleitfläche 73 die Breite a und die andere Gleitfläche 74 die Breite b auf. Die Gleitfläche 73 weist eine Mischstrecke 75, eine Druckkammer 76 und einen Zulauf 77 zur Druckkammer 76 auf. Zwischen den beiden Enden 78, 79 der Druckkammer 76 und den beiden Seiten 80, 81 der Gleitfläche 73 sind die Abstände c eingehalten.

Die Gleitfläche 74 weist eine Mischstrecke 82, eine Druckkammer 83 und einen Zulauf 84 zur Druckkammer 83 auf. Zwischen den beiden Enden 85, 86 der Druckkammer 83 und den beiden Seiten 87, 88 der Gleitfläche 74 sind die Abstände d eingehalten.

In Laufrichtung e der Welle gesehen besteht die Abwicklung des Lagers aus einer Entspannungskammer 89, der Mischstrecke 82, einer Druckkammer 83, einer Gleitfläche 74, der Entspannungskammer 91, der Mischstrecke 75, der Druckkammer 76 und der Gleitfläche 73. Es folgt wieder die Entspannungskammer 89.

Die schmiermittelbenetzten Flächen der Lagerschale und der Welle sowie die Menge des benötigten Schmiermittels werden dadurch erheblich verringert, wodurch die Reibungsverluste markant reduziert werden.

Fig. 9 zeigt einen Teil einer Draufsicht auf ein Axialkeilflächenlager für eine Drehrichtung f. Die zugehörige Druckscheibe 110 ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch Fig. 9 in Richtung der Pfeile IX und IX.

Die Anordnung in Fig. 8 ist hier also so getroffen, daß einer Gleitfläche 128, bestehend aus einer Keilfläche 1281 und einer Rastfläche 1282, in Drehrichtung f gesehen Entspannungskammer 105, Mischstrecke 135 und Druckkammer 102 folgen.

Diese Anordnung wiederholt sich in Fig. 9 so oft, wie Gleitflächen vorhanden sind.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich, wird beim Drehen der Druckscheibe 110 in Richtung des Pfeiles 113 frisches Schmiermittel unter Druck durch die Bohrung 103, die als Blende wirkt, in die Druckkammer 102 gepumpt, von der aus das frische Schmiermittel in Richtung des Pfeiles 121 in den Keilspalt 122 eingezogen wird und hier den entsprechenden Schmierkeil bildet. Ein weiterer Teil des frischen Schmiermittels wird in Richtung des Pfeiles 124 in die Mischstrecke 135 gepumpt, von der aus das frische Schmiermittel in Richtung des Pfeiles 124 in Richtung der Entspannungskammer 105 fließt.

Dabei vermischt sich in der Mischstrecke 135 das aus der Druckkammer 102 herrührende frische Schmiermittel mit dem aus der vorherigen Gleitfläche 128 herrührenden gebrauchten Schmiermittel, welches in Richtung des Pfeiles 131 durch Anhaften an der Druckscheibe 110 in die Mischstrecke 135 eingetragen wird. Ein Teil des gemischten Schmiermittels tritt in Richtung des Pfeiles 124 in die Entspannungskammer 105.

Außerdem tritt aus dem Keilspalt 130 genutztes Schmiermittel in Richtung des Pfeiles 125 in die Entspannungskammer 105, die drucklos mit dem Tank verbunden ist.

Hierdurch ist gewährleistet, daß in dem Keilspalt 122 hauptsächlich frisches Schmiermittel mit der gewünschten Temperatur eintritt und daß das genutzte Schmiermittel aus dem Keilspalt 130 in gewünschtem Maße in die Entspannungskammer 105 austritt und von hier aus in den drucklosen Tank geführt wird. Jedenfalls ist hierdurch ausgeschlossen, daß genutztes warmes Schmiermittel in unerwünscht großen Anteilen in den Keilspalt 122 gelangt und dadurch eine unerwünscht große Temperaturerhöhung in diesem Bereich verursacht.

In Fig. 10 sind die in Fig. 6 dargestellten Verhältnisse zweimal wiederholt, indem es sich bei dem in Fig. 10 dargestellten Lager um ein radiales Zweiflächenlager handelt, wobei eine untere Gleitfläche, eine untere Druckkammer, eine untere Mischstrecke und eine untere Entspannungskammer sowie eine obere Gleitfläche, eine obere Druckkammer, eine obere Mischstrecke und eine obere Entspannungskammer vorgesehen sind, zwischen denen die Welle rotierend gelagert und bei Wirken einer Kraft F in gleicher Richtung nach unten auslenkbar ist. Die beiden Druckkammern werden jeweils mit Drosselbohrung X und Y mit einer Schmiermittelversorgung verbunden, die einen Schmiermitteldruck p1 bzw p2 liefert. Wenn also, wie in Fig. 10 dargestellt, eine Kraft F von oben her auf die Welle 50, deren Drehsinn durch den Pfeil z dargestellt wird, in Richtung der Gleitfläche G1 wirkt, so bewegt diese sich nach unten in Richtung der Kraft F, wodurch sich der untere Schmierkeil und die Mischstrecke M1 in ihrer Stärke verringern. Das bedeutet, daß, wenngleich der Druck vor der Zuleitung konstant ist, der Druck sich in der Druckkammer D1 und der Mischstrecke M1 vergrößert, wodurch eine intensive Vermischung des frischen und des gebrauchten Schmiermittels und Austrag des gemischten Schmiermittels in die Entspannungskammer E1 in gewünschter Weise erfolgt.

Im oberen Bereich des Lagers sind die Verhältnisse umgekehrt. Der Schmierkeil der entlasteten Gleitfläche G2 und die dazugehörende Mischstrecke M2 werden erweitert, wodurch der Durchflußwiderstand von Mischstrecke M2 und dem zugehörigen Schmierspalt sinkt. Dadurch verringert sich der Druck in der zugehörigen Druckkammer D2, was das Abstreifen von warmem Schmiermittel in der dazugehörigen Mischstrecke M2 verringert. Die Erhöhung der Spalttemperatur auf der unbelasteten Gleitfläche G2 durch das reduzierte Abstreifen des gebrauchten Schmiermittels ist erwünscht, weil es einerseits unbedenklich im Hinblick auf die zulässigen Spalttemperaturen ist und weil es andererseits die Verlustleistung reduziert.

Fig. 11 ist die funktionelle Darstellung von Fig. 10. Durch Aufbau einer Kraft F in Richtung der einen Gleitfläche G1 wird die Welle 50 hauptsächlich in Richtung der Kraft F ausgelenkt. Der Schmiermittelspalt der belasteten Gleitfläche G1 und die dazugehörende Mischstrecke M1 werden in ihrem Querschnitt reduziert, und der Durchflußwiderstand von Mischstrecke M1 und Schmierspalt 51 steigt an. Dadurch erhöht sich der Druck in der dazugehörigen Druckkammer D1, was das Schmiermittelangebot für die belastete Gleitfläche G1 und das Abstreifen von warmen Schmiermittel in der dazugehörigen Mischstrecke M1 verbessert.

Der Schmierspalt der entlasteten Gleitfläche G2 und die dazugehörende Mischstrecke M2 werden in ihrem Querschnitt erweitert, und der Durchflußwiderstand von Mischstrecke M2 und Schmierspalt S2 sinkt. Dadurch verringert sich der Druck in der dazugehörigen Druckkammer D2, was das Schmiermittelangebot für die entlastete Gleitfläche G2 und insbesondere das Abstreifen von warmem Schmiermittel in der dazugehörigen Mischstrecke M2 verringert.

Die Erhöhung der Spalttemperatur auf der unbelasteten Gleitfläche G2 durch das reduzierte Abstreifen ist erwünscht, weil sie einerseits unkritisch ist und andererseits die Verlustleistung reduziert.

Fig. 11 zeigt, dass die Menge des ausgetauschten Schmiermittels vor den Gleitflächen eines erfindungsgemäßen, radialen Gleitlagers gleichsinnig mit der Belastung der Welle durch die Wellenverlagerung gesteuert wird. Bezugszeichenliste 1 Schmiermitteltasche

2 Drehrichtung

3 vorherige Gleitfläche

4 Drossel

5 Pfeil

6 Pfeil

7 nachfolgende Gleitfläche

8 Drossel

9 Pfeil

10 Drossel

11 Pfeil

12 Blende

13 Tank

14 Bohrung

15 Pfeil

16 Pfeil

17 Schmierkeil

18 Schmierkeil

19 Welle

20 Druckkammer

21 Mischstrecke

22 Entspannungskammer

23 Pfeil

24 Drossel

25 Pfeil

26 Gleitfläche

27 Blende

28 Gleitfläche

29 Blende

30 Pfeil

33 Pfeil

34 Tank

35 Pfeil

36 Pfeil

37 Pfeil

38 erste Gleitfläche

39 zweite Gleitfläche

40 Offset

41 Strecke

42 Druckkammer

43 Bohrung

44 Mischstrecke

45 Entspannungskammer

46 Druckkammer

47 Bohrung

48 Entspannungskammer

49 Mischstrecke

50 Welle

51 Oberfläche

52 Bereich

53 Pfeil

54 Bohrung

55 Rückschlagventil

56 Druckkammer

57 Bohrung

58 Rückschlagventil

59 Druckkammer

60 Übergang

61 Pfeil

62 Keilspalt, Schmierkeil

63 Übergang

64 Pfeil

65 Mischstrecke

67 Pfeil

68 Schmierkeil, Schmierspalt

69 Übergang

70 Spalt

71 Oberflächenkontur

72 Oberflächenkontur

73 Gleitfläche

74 Gleitfläche

75 Mischstrecke

76 Druckkammer

77 Zulauf

78 Ende

79 Ende

80 Seite

81 Seite

82 Mischstrecke

83 Druckkammer

84 Zulauf

85 Ende

86 Ende

87 Seite

88 Seite

89 Entspannungskammer

91 Entspannungskammer

94 Entspannungskammer

95 Entspannungskammer

96 Entspannungskammer

97 Druckkammer

98 Druckkammer

99 Druckkammer

102 Druckkammer

103 Bohrung

105 Entspannungskammer

135 Mischstrecke

121 Pfeil

122 Keilspalt

124 Pfeil

110 Druckscheibe

131 Pfeil

130 Keilspalt

113 Pfeil

a Breite

b Breite

c Abstand

d Abstand

e Pfeil, Laufrichtung

f Pfeil, Drehrichtung

125 Pfeil

1281 Keilfläche

1282 Rastfläche

x, y Drosselbohrung

p1, p2 Schmiermitteldruck

F Kraft, Pfeil

M1, M2 Mischstrecke

G1, G2 Gleitfläche

D1, D2 Druckkammer

E1, E2 Entspannungskammer

S1, S2 Schmierspalt

V1, V2 Schmiermittelmenge/Zeiteinheit

z Pfeil, Drehsinn


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Schmieren und Kühlen eines hydrodynamischen Gleitlagers mit wenigstens einer festen Gleitfläche, wobei dem zugehörigen Schmierspalt an dessen Anfang unter Druck frisches Schmiermittel zugeführt und genutztes Schmiermittel aus diesem Schmierspalt an dessen Ende abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet,

    daß vor der Gleitfläche ein Druckbereich und ein Entspannungsbereich angeordnet werden,

    daß der Druckbereich und der Entspannungsbereich durch eine Mischstrecke miteinander verbunden werden,

    daß frisches Schmiermittel unter Druck über den Druckbereich dem als Gleitbereich wirkenden Schmierspalt derart kontrolliert zugeführt wird, daß sich einerseits ein ausreichender Schmierkeil zwischen der Welle und der Gleitfläche ergibt,

    daß in einem ersten Schritt an der Welle anhaftendes heißes Schmiermittel teilweise in den Entspannungsbereich ausgetragen wird,

    daß in einem zweiten Schritt ein Teil des restlichen an der Welle anhaftenden heißen Schmiermittels in einer Mischstrecke im Gegenstrom mit Teilen kalten Schmiermittels aus der Druckkammer gemischt und in die Entspannungskammer gedrückt wird und

    daß in einem dritten Schritt kaltes Schmiermittel in den folgenden Schmierspalt über den Druckbereich eingetragen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß frisches Schmiermittel über die Mischstrecke zu dem Entspannungsbereich gedrückt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager als Radiallager betrieben wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager als Axiallager betrieben wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager als radiales Kippgleitlager mit einer festen Gleitfläche und mit wenigstens zwei Kippsegmenten betrieben wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, nachdem das Schmiermittel durch den Schmierspalt zwischen dem stillstehenden Gleitlager und der rotierenden Welle hindurchgetreten ist, das von der Welle abgeschleuderte Schmiermittel und das über die Mischstrecke in den Entspannungsbereich eingetragene Schmiermittel abgesaugt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, nachdem das Schmiermittel durch den Schmierspalt zwischen dem stillstehenden Gleitlager und der rotierenden Welle hindurchgetreten ist, das von der Welle abgeschleuderte Schmiermittel und das über die Mischstrecke in den Entspannungsbereich eingetragene Schmiermittel durch einen Gasstrom ausgetragen wird.
  8. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des ausgetauschten Schmiermittels vor den Gleitflächen des Gleitlagers gleichsinnig mit der Belastung der Welle in Richtung der entsprechenden Gleitfläche durch die Wellenverlagerung im Gleitlager gesteuert wird, wobei die Kombination von Welle mit einem erfindungsgemäßen Gleitlager nach einem oder mehreren der nachfolgenden Ansprüche 11 bis 17 hinsichtlich des Schmiermittelaustausches ein selbstregulierendes System darstellt.
  9. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Druckbereich und der Druck im Entspannungsbereich jeweils separat erfaßt und einer separaten Regeleinheit zugeführt werden, die den Schmiermitteldruck im Druckbereich regelt.
  10. 10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Druckbereich und der Druck im Entspannungsbereich und die Höhe des Schmierspaltes jeweils separat erfaßt und einer separaten Steuereinheit sowie einer separaten Dosiereinheit zugeführt werden, die den Druck des entsprechenden Druckbereiches beeinflußt.
  11. 11. Gleitlager zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, das als Lager mit festen Gleitflächen ausgeführt und in dem eine zylindrische Welle oder eine Druckscheibe rotierend gelagert ist und das mit einer Einrichtung zur Zufuhr von frischem Schmiermittel unter Druck ausgerüstet ist,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß das Gleitlager mit einer Einrichtung zur Ableitung von genutztem Schmiermittel versehen ist,

    daß vor der Gleitfläche eine Druckkammer und mit tangentialem Abstand davon eine Entspannungskammer vorgesehen ist und

    daß die Druckkammer und die Entspannungskammer über eine Mischstrecke miteinander in Verbindung stehen.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer über eine Bohrung mit einer Schmiermittelzufuhr unter Druck verbunden ist.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungskammer mit dem drucklosen Tank verbunden ist.
  14. 14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager als Radiallager ausgebildet ist.
  15. 15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager als Axiallager ausgebildet ist.
  16. 16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager als Kippgleitlager mit einer festen Gleitfläche und wenigstens zwei Kippsegmenten ausgebildet ist.
  17. 17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammern innerhalb der Gleitflächen allseitig abgedrosselt und die Entspannungskammern nach einer Seite oder beiden Seiten der Lagerfläche hin ungedrosselt offen sind.






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