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Title:
RADIAL PLAIN BEARING WITH OPTIONAL HYDROSTATIC AND/OR HYDRODYNAMIC FUNCTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/103100
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a radial plain bearing that comprises a shaft (1), a bearing shell (2) having a cylindrical sliding surface (15) in each case, several lubrication pockets (3) distributed over the circumference, to a device for hydrostatically supplying lubricant, and to a device for hydrodynamically supplying lubricant. The device for hydrostatically supplying lubricant is connected to each lubrication pocket (3). The device for hydrodynamically supplying lubricant is connected to at least one lubrication pocket (3). Furthermore, a control device is provided, which switches on the hydrostatic and/or the hydrodynamic lubricating device according to selected operating states of the bearing, in particular according to the rotational speed. The lubrication pockets (3) have in particular a linear shape, wherein at least one check valve (4) is arranged directly before each lubrication pocket (3), with which check valve a backflow of lubricant to the lubricating devices is prevented. The cross-sections of the lubrication pockets (3) and of the feed lines from the check valve (4) to the lubrication pockets (3) are dimensioned so small that the volume of said spaces is minimal while the flow resistance is reasonable, wherein the lubricating devices are separated from each in particular by check valves (4) so that the lubricant does not flow back from either of said devices through the other device.

Inventors:
WEGMANN, Roland (Erich-Weinert-Straße 43, Rostock, 18059, DE)
Application Number:
EP2010/053174
Publication Date:
September 16, 2010
Filing Date:
March 12, 2010
Export Citation:
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Assignee:
UNIVERSITÄT ROSTOCK (Universitätsplatz 1, Rostock, 18055, DE)
WEGMANN, Roland (Erich-Weinert-Straße 43, Rostock, 18059, DE)
International Classes:
F16C17/02; F16C32/06; F16C33/10
Foreign References:
GB1488120A
US4322116A
EP1298335A2
US4490054A
EP0023657A1
DE69407207A1994-03-15
Attorney, Agent or Firm:
LESKE, Thomas (Frohwitter Patent- und Rechtsanwälte, Possartstrasse 20, München, 81679, DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE

1. Radialgleitlager, umfassend eine Welle, eine Lagerschale mit zylindrischer Gleitfläche, auf der mehrere Schmiertaschen über den Umfang verteilt sind, mindestens eine Einrichtung zur hydrostatischen Schmiermittelversorgung, die mit Schmiertaschen verbunden ist, eine Einrichtung zur hydrodynamischen Schmiermittelversorgung, die mit mindestens einer Schmiertasche verbunden ist, eine Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit ausgewählter Betriebszustände des Lagers die hydrostatische und/oder die hydrodynamische Schmiereinrichtung zuschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiertaschen eine linienför- mige Gestalt mit geringer flächenmäßiger Ausdehnung aufweisen, so dass fast die gesamte Spaltfläche für den hydrodynamischen Druckaufbau erhalten bleibt, dass die Schmiertaschen einen Rand in solcher Länge aufweisen, dass sich in der Umgebung der jeweiligen Tasche im Schmierspalt ein hydrostatischer Druck aufbauen kann, dass unmittelbar vor jeder Schmiertasche mindestens ein Rückschlagventil angeordnet ist, das den Rückfluss von Schmiermittel zu den Schmiereinrichtungen verhindert, dass die Querschnitte der linienförmigen Schmiertaschen und der Zuleitungen vom Rückschlagventil bis zu den Schmiertaschen so klein dimensioniert sind, dass bei noch vertretbar geringem Strömungswiderstand das Volumen dieser Räume minimal ist und dass die Schmiereinrichtungen durch Ventile voneinander getrennt sind, so dass das Schmiermittel von keiner dieser Einrichtungen durch die andere zurücklaufen kann.

2. Radiallager gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass über den langen Rand der linienförmigen Schmiertaschen der hydrostatische Schmiermittelstrom leicht in den

Schmierspalt einströmen kann.

3. Radialgleitlager gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die linienförmigen Schmiertaschen parallel zur Lagerachse verlaufen.

4. Radialgleitlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die linienförmigen Schmiertaschen in zwei Reihen über den Umfang der Gleitfläche verteilt sind.

5. Radialgleitlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatischen und hydrodynamischen Schmiereinrichtungen vollständig aus separaten Geräten bestehen, dass das Radialgleitlager mit einer Drehzahlmesseinrichtung ausgerüstet ist, und dass die hydrostatische Schmiereinrichtung vor dem Beginn der Wellendre- hung beginnt das Lager mit Schmiermittel zu versorgen und dass bei Erreichen einer

Grenzdrehzahl A die hydrodynamische Schmiereinrichtung zuschaltbar ist und ab einer Grenzdrehzahl B die hydrostatische Schmiereinrichtung abschaltbar ist, wobei Drehzahl A kleiner oder gleich Drehzahl B ist, und dass bei Unterschreitung der Grenzdrehzahl B die hydrostatische Schmiereinrichtung wieder zuschaltbar ist und bei Unterschreitung der Grenzdrehzahl A die hydrodynamische Schmiereinrichtung wieder abschaltbar ist.

6. Radialgleitlager gemäß Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatische Schmiereinrichtung mit einer Schmiermittelpumpe ausgerüstet ist, deren Schmiermittelstrom durch eine Steuerung kontinuierlich veränderbar ist, dass experimentell oder rechnerisch eine Kennlinie des erforderlichen Schmiermittelstroms in Abhängigkeit von der Drehzahl der Welle ermittelbar ist und dass in dem Intervall Grenzdrehzahl A kleiner aktuelle Drehzahl kleiner Grenzdrehzahl B ein reduzierter Schmiermittelstrom von der Hochdruckpumpe der hydrostatischen Schmiermittelversorgung kontinuierlich gemäß Kennlinie zuführbar ist.

7. Radialgleitlager gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es eine Schmiermittelverteilungseinrichtung (5), bestehend aus gekoppelten hydrostatischen Verdrängereinheiten, aufweist, und dass die Verdränger über entsperrbare Rückschlagventile mit einer Sammelleitung (18) verbunden sind, die ihrerseits mit einem Druckbegrenzungsventil (20) verbunden ist.

8. Radialgleitlager gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es eine Schmiermittelverteilungseinrichtung (5), bestehend aus gekoppelten hydrostatischen Verdrängereinheiten, aufweist, und dass benachbarte hydrostatische Verdränger jeweils mit weit von- einander entfernten Schmiertaschen verbunden sind.

9. Radialgleitlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine hydrostatische Schmiereinrichtung mit Schmiermittelverteilungseinrichtung (5) aufweist, enthaltend gekoppelte hydrostatische Verdrängereinheiten, mit 5 bis 12 Schmiertaschen je hydrostatischer Schmiereinheit, und dass die Verdrängereinheiten gemäß Tabelle (Fig. 10) mit den entsprechenden Schmiertaschen verbunden sind.

10. Radialgleitlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatische Schmiermittelversorgung durch zwei voneinander unabhängige hydrostatische Schmiereinrichtungen erfolgt und die beiden Schmiereinrichtungen im Wechsel mit den am Umfang verteilten Schmiertaschen verbunden sind, dass die Pumpen der hydrostatischen Schmiermittelversorgung ihren Schmiermittelstrom vergrößern können und dass durch eine Sicherheitssteuerung bei Ausfall einer der hydrostatischen Schmiermittelversorgungen die andere mit vergrößertem Schmiermittelstrom allein die Versorgung des Lagers übernimmt.

Description:
RADIALGLEITLAGER MIT WAHLWEISE HYDROSTATISCHER UND/ ODER

HYDRODYNAMISCHER FUNKTION

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Radialgleitlager, das im Wesentlichen aus einer zylindrischen Welle besteht. In der zylindrischen Gleitfläche der Lagerschale befinden sich diverse Schmiertaschen, über die mit mindestens einer Schmiermittelversorgungseinrichtung ein Schmiermittel in den Schmierspalt befördert wird.

Stand der Technik

Radialgleitlager der gattungsmäßigen Art sind bekannt und werden im Maschinenbau vielseitig eingesetzt. Die traditionelle Lösung ist das hydrodynamisch geschmierte Radialgleitlager, das bereits erfolgreich angewendet wurde bevor seine Wirkungsweise bekannt war. Im hydrodynamisch geschmierten Radialgleitlager entsteht durch eine exzentrische Wellenverlagerung in der Lagerschale und eine Relativbewegung zwischen den Gleitflä- chen von Welle und Lagerschale ein hydrodynamischer Schmierfilmdruck im sich verengenden Schmierspalt, der der Lagerbelastung entgegenwirkt und so den Kontakt zwischen Welle und Lagerschale verhindert und damit Verschleiß an Welle und Lagerschale vermeidet. Um den Schmiermittelverlust im Schmierspalt auszugleichen, der dadurch entsteht, dass im Bereich hoher Schmierfilmdrücke Schmiermittel an den Lagerrändern aus- tritt, sind hydrodynamische Gleitlager in der Regel mit einer einfachen Schmiermittelversorgungseinrichtung ausgestattet, die mit einem Druck, der wesentlich geringer ist als der mittlere Schmierfilmdruck, das Schmiermittel in den Schmierspalt befördert. Um das zu ermöglichen, ist mindestens eine Schmiertasche in dem Bereich des Schmierspalts angeordnet, wo dieser sich wieder erweitert und demzufolge ein geringer Druck herrscht. Eine solche einfache Schmiermittelversorgungseinrichtung, die nachfolgend hydrodynamische Schmiereinrichtung genannt wird, besteht aus mindestens einer Schmiermittelpumpe und Verbindungsleitungen, die die Pumpe mit den Schmiertaschen verbinden. In der Regel wird diese Einrichtung durch Druckbegrenzungsventile vor Zerstörung durch zu hohen Druck abgesichert, über die auch überschüssige Schmiermittelmengen abfließen können. Bei dieser einfachen hydrodynamischen Schmiereinrichtung ist kein gesonderter Verteiler erforderlich, der die Ölströme auf die Schmiertaschen verteilt. Das Schmiermittel fließt auf dem Weg des geringsten Widerstandes in den Schmierspalt. Der große Vorteil des hydrodynamisch geschmierten Radialgleitlagers ist der geringe technische Aufwand und die zuverlässige Funktionsweise des sich selbst regelnden hydrodynamischen Druckaufbaus.

Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Lager kurzzeitig sehr hohe Stoßbelastungen ohne Zerstörung ertragen können. Bei stoßartigen Belastungen bildet sich durch das Zusammendrücken des Schmierspalts kurzzeitig ein zusätzlicher Druck im Schmierfilm, der den Kontakt von Lagerschale und Welle verhindert.

Nachteilig bei dieser Lösung ist die Tatsache, dass eine Rotation der Welle erforderlich ist, um den erforderlichen hydrodynamischen Druckaufbau im Schmierspalt zu erzeugen. Beim Anfahren und bei niedrigen Drehzahlen kommt es zu Festkörperkontakt zwischen Welle und Lagerschale und damit mindestens kurzzeitig zu Verschleiß. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurden hydrostatische Radialgleitlager entwickelt. Hier wird der erforderliche Schmiermitteldruck im Schmierspalt durch mindestens eine Hochdruckpumpe außerhalb des Lagers erzeugt. Über den Umfang des Lagers verteilt sind mehrere meist großflächige Schmiertaschen angeordnet, die mit der Schmiermittelversorgungseinrichtung verbunden sind. Hauptsächlich der in den Schmiertaschen wirkende hydrostatische Druck sorgt für die Gegenkraft gegen die Lagerbelastung und vermeidet so den Kontakt zwischen Welle und Lagerschale. Damit der von der Hochdruckpumpe erzeugte Schmiermittelstrom nicht über den Weg des geringsten Widerstandes ausschließlich in die Schmiertaschen mit der größten Schmierspaltdicke abfließt, ist hier eine Einrichtung zur gezielten Aufteilung der Schmiermittelströme erforderlich, für die es verschie- dene Lösungen gibt. Eine solche Schmiermittelversorgungseinrichtung, die nachfolgend hydrostatische Schmiereinrichtung genannt werden soll, besteht aus mindestens einer Hochdruckpumpe, einer Einrichtung zur Verteilung der Schmiermittelströme auf die verschiedenen Schmiertaschen und diversen Verbindungsleitungen. Der Vorteil des hydrostatischen Radialgleitlagers besteht darin, dass es auch bei geringsten Drehbewegungen oder auch stillstehender Welle einen Schmierfilm endlicher Dicke aufrechterhalten kann und so den Kontakt zwischen Welle und Lagerschale und damit auch den Verschleiß in allen Betriebszuständen vermeiden kann.

Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass eine technisch aufwendige Schmiermittelversorgung erforderlich ist und für die externe Erzeugung des Schmiermitteldruckes während der gesamten Betriebszeit zusätzliche Energie erforderlich ist. Während im eigentlichen Lager praktisch kein Verschleiß auftritt, so trifft das nicht auf die peripheren Versorgungseinrichtungen zu. Da diese ständig unter hohem Druck in Betrieb sind, bestimmen diese die Zuverlässigkeit und die Wartungsintervalle des Lagers.

Es sind Lösungen bekannt geworden, die versuchen hydrodynamische Lagerung und hydrostatische Lagerung in einem Radialgleitlager zu vereinigen. Das sind u.a. hydrostatische Anfahrhilfen in hydrodynamischen Lagern. So beschreibt EP 0023657 eine Anfahr- hilfe für ein hydrodynamisches Mehrgleitflächenlager. Während am Rand des Gleitschuhs eine Schmiernut zur hydrodynamischen Ölversorgung angeordnet ist, ist zusätzlich in der Mitte der Gleitfläche eine kleine kreisförmige Schmiertasche angeordnet, über die zeitweilig, insbesondere beim Anfahren, ein hydrostatischer Schmierölstrom zugeführt wird. Diese Schmiertasche liegt in etwa dort, wo sich im hydrodynamischen Betrieb der maximale Schmierfilmdruck bildet. Damit dieser hydrodynamische Druckaufbau nicht unnötig gestört wird, ist diese Schmiertasche sehr klein. Nachteilig ist dabei, dass kein vollwertiges hydrostatisches Lager gegeben ist. Um die maximalen Belastungen auch bei niedrigen Drehzahlen aufnehmen zu können, wäre hier ein sehr hoher hydrostatischer Druck erforderlich, was energetisch nachteilig ist.

DE 69407207 beschreibt ein Radialgleitlager, welches hydrostatischen und hydrodynamischen Betrieb ermöglicht. Das wird dadurch erreicht, dass über den Umfang verteilt mehrere großflächige Schmiertaschen angeordnet sind, in deren Mitte ein rechteckiger Schmiermittelzuführungsbereich ausgebildet ist, der sich über die volle axiale Ausdeh- nung der Tasche erstreckt. In Umfangsrichtung laufen die Taschen bis zu ihren trennenden Stegen keilförmig aus. Bei niedrigen Drehzahlen werden die Taschen hydrostatisch mit Druck beaufschlagt und es entsteht ein übliches hydrostatisches Lager. Bei hohen Drehzahlen (ab 10 000 U/min) bilden die keilförmigen Flanken der Schmiertaschen die Gleitflächen eines hydrodynamischen Mehrgleitflächenlagers und die hydrostatische Schmiermittelversorgung kann auf hydrodynamische Versorgung umgeschaltet werden, d. h. der Schmiermittelzufuhrdruck kann stark abgesenkt werden.

Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass eine ausreichende hydrodynamische Tragfähigkeit erst bei sehr hohen Drehzahlen gegeben ist, wie es bei Mehrgleitflächenlagern üblich ist, da der Druckaufbau über mehrere kleinflächige Druckberge erfolgt.

Aufgabenstellung

Aufgabe der Erfindung ist es, in einem Einflächen-Radialgleitlager die volle Funktionalität sowohl eines hydrodynamischen als auch eines hydrostatischen Radialgleitlagers zu rea- lisieren.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die auf der Gleitfläche der Lagerschale verteilten Schmiertaschen eine linienförmige Gestalt aufweisen, unmittelbar vor jeder Schmiertasche ein Rückschlagventil angeordnet ist und das Volumen der Schmiertasche und des Verbindungskanals vom Rückschlagventil bis zur Schmiertasche auf ein Minimum beschränkt ist, so dass der Strömungswiderstand des Schmiermittels in der Zuleitung und der Schmiertasche noch vertretbar gering ist. Außerdem sind die linienför- - A - migen Schmiertaschen vorzugsweise axial ausgerichtet. Das erfindungsgemäße Gleitlager ist mit mindestens einer hydrodynamischen und hydrostatischen Schmiereinrichtung ausgerüstet, wobei alle Schmiertaschen mit einer hydrostatischen Schmiereinrichtung verbunden sind und mindestens eine Schmiertasche mit einer hydrodynamischen Schmiereinrichtung verbunden ist. Die hydrostatische und die hydrodynamischen

Schmiereinrichtungen können vorzugsweise drehzahlabhängig durch eine Steuereinrichtung einzeln oder gleichzeitig in Betrieb gesetzt werden.

Durch die geringe flächenmäßige Ausdehnung der linienförmigen Schmiertaschen bleibt fast die gesamte Spaltfläche für den hydrodynamischen Druckaufbau erhalten. Dabei wei- sen diese linienförmigen Schmiertaschen einen langen Rand auf, über den der hydrostatische Schmiermittelstrom leicht in den angrenzenden Schmierspalt einströmen kann, so dass sich in der Umgebung der jeweiligen Tasche im Schmierspalt ein hydrostatischer Druck aufbauen kann, der in der Umgebung der Tasche nur langsam abfällt und so eine ausreichende hydrostatische Tragfähigkeit des Lagers entsteht. Durch die Anordnung der Rückschlagventile unmittelbar vor den Schmiertaschen wird bei ausgeschalteter hydrostatischer Schmiermittelversorgung und hydrodynamischem Druckaufbau im Lager verhindert, dass das Schmiermittel durch die Schmiertaschen, die im Gebiet des sich verengenden Schmierspalts liegen, abfließen kann. Dadurch können sich zwischen den Schmiertaschen im Schmierspalt nicht nur kleinflächige Druckberge bilden, sondern ein zusammenhängender Druckberg über den gesamten Bereich des sich verengenden Schmierspalts, was zu wesentlich höherem mittleren Druck im Schmierspalt führt und damit zu einer größeren Tragfähigkeit. Durch die vielen Schmiertaschen, die ohnehin für den Aufbau des hydrostatischen Schmierspaltdruckes benötigt werden, und die Rückschlagventile an den Taschen ergibt sich nebenbei ein weiterer Vorteil für den hydrody- namischen Druckaufbau für den Fall, dass die Belastungsrichtung des Lagers wechselt. Indem die hydrodynamische Schmiermittelversorgung ebenfalls mit mehreren Schmiertaschen verbunden ist, kann das Schmiermittel jeweils durch die Taschen einströmen, die aktuell im Bereich niedrigen Schmierfilmdruckes liegen, während die Schmiertaschen im aktuellen Gebiet hohen hydrodynamischen Schmierfilmdruckes verschlossen sind und so den Druckaufbau nicht unterbrechen. Auch für den hydrostatischen Betrieb sind die Rückschlagventile unmittelbar vor jeder Tasche von Vorteil. Falls bei hydrostatischem Betrieb neben einer mittleren Lagerbelastung kurzzeitig hohe stoßartige Belastungen auftreten, ist es ausreichend, die hydrostatische Schmiereinrichtung nur für die mittlere Belastung auszulegen. Die stoßartigen Belastungen werden aufgefangen, indem sich die Rück- schlagventile im Bereich des Druckberges kurzzeitig schließen und sich im Schmierspalt kurzfristig ein hydrodynamischer Druck durch eine Quetschströmung aufbaut, die den Kontakt der Welle mit der Lagerschale kurzzeitig vermeidet. Für diesen Fall ist auch die erfindungsgemäße Minimierung des Volumens der Schmiertaschen und der Zuleitungen von Vorteil. Da Flüssigkeiten bei hohen Drücken eine nicht vernachlässigbare Kompressibilität aufweisen, erhöht ein minimiertes Volumen der Schmiertasche und der Zuleitung die Steifigkeit des eingesperrten Schmiermittelvolumens und beeinträchtigt damit nicht den kurzfristigen hydrodynamischen Druckaufbau über die Schmiertasche hinweg.

Die linienförmigen Schmiertaschen weisen durch ihre im Vergleich zur Schmierspaltdicke wesentlich größeren Tiefe einen wesentlich geringeren Strömungswiderstand auf als der Schmierspalt. Sie stellen dadurch innerhalb des Schmierspalts Kurzschlussleitungen dar, die bei Verbindung von Gebieten unterschiedlichen Schmierfilmdrucks für einen uner- wünschten Druckausgleich sorgen könnten. Deshalb sollen die linienförmigen Schmiertaschen im Schmierspalt so angeordnet sein, dass sie entlang den Linien gleichen hydrodynamischen Druckes verlaufen. Erfindungsgemäß wird das annähernd dadurch realisiert, dass die Schmiertaschen vorzugsweise axial ausgerichtet werden.

Da die hydrodynamische Schmierung wesentlich weniger Leistung für die Schmiermittel- Versorgung benötigt als die hydrostatische, ist es sinnvoll, die hydrodynamische Schmierung in einem möglichst großen Betriebsbereich anzuwenden. Deshalb wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, in dem Betriebsbereich, bei dem bereits ein hydrodynamischer Druckaufbau möglich ist, dieser aber noch nicht ausreicht, um eine ausreichende minimale Schmierspaltdicke zu realisieren, beide Schmiereinrichtungen gleichzeitig zu betrei- ben, wobei die hydrostatische Schmiereinrichtung nur einen reduzierten Schmiermittelstrom liefert. Die Kennlinie zur Bestimmung des erforderlichen reduzierten Schmiermittelstroms in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, vorzugsweise in Abhängigkeit von der Wellendrehzahl, wird rechnerisch oder experimentell ermittelt und in einer Steuereinrichtung für das Pumpenaggregat gespeichert.

Ausführungsbeispiele

In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele der aufgabengemäßen Lösung dargestellt. Fig.1 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Radialgleitlager einschließlich des prinzipiellen Aufbaus einer zugehörigen hydrostatischen und einer hydrodynamischen Schmiereinrichtung.

Fig.2 zeigt eine Lagerschale eines erfindungsgemäßen Radialgleitlagers mit einer Reihe über den Umfang verteilter linienförmiger Schmiertaschen. Fig.3 zeigt eine Lagerschale eines erfindungsgemäßen Radialgleitlagers mit zwei Reihen über den Umfang verteilter linienförmiger Schmiertaschen. Fig.4 zeigt eine Variante der Schmiereinrichtungen mit Gleichverteiler, bestehend aus einer Kette hydrostatischer Verdrängereinheiten.

Fig.5 zeigt eine Variante der Schmiereinrichtungen, bei der die hydrostatische Schmiermittelstromaufteilung durch Drosseln erfolgt. Fig.6 zeigt eine Variante der Schmiereinrichtungen, bei der die hydrostatische Schmiermittelstromaufteilung durch eine Reihe von Stromventilen, eine Wellenverlagerungs- messeinrichtung und eine elektronische Steuerung erfolgt.

Fig.7 zeigt eine Variante der Schmiermittelversorgung bestehend aus einer hydrodynamischen und zwei hydrostatischen Schmiereinrichtungen. Fig.8 zeigt den hydrodynamischen Druckaufbau in einem erfindungsgemäßen Radialgleitlager durch die Wellendrehung bei ausgeschalteter hydrostatischer Schmiermittelversorgung.

Fig.9 zeigt den hydrostatischen Druckaufbau in einem erfindungsgemäßen Radialgleitlager durch die hydrostatische Schmiermittelversorgung bei nicht rotierender Welle und gleicher Lagerbelastung wie in Fig.8.

Fig.10 zeigt eine Tabelle günstiger Verbindungen zwischen den hydrostatischen Verdrängern P... und den entsprechenden Schmiertaschen T...

Fig.1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßes Radialgleitlagers mit 6 gleichmäßig über den Umfang verteilten Schmiertaschen 3 einschließlich einer hydrostati- sehen und einer hydrodynamischen Schmiereinrichtung. In dieser Ausführung sind beide Schmiereinrichtungen komplett voneinander getrennt. Die hydrostatische Schmiereinrichtung besteht aus einer Hochdruckpumpe 6, die durch ein Druckbegrenzungsventil 9 gegen Überlastung gesichert ist und einer Schmiermittelverteilungseinrichtung 5, die mit den 6 Schmiertaschen verbunden ist. Die hydrodynamische Schmiereinrichtung besteht aus einer Niederdruckpumpe 7, die durch ein Druckbegrenzungsventil 8 gegen Überlastung gesichert ist und mit zwei der 6 Schmiertaschen 3 verbunden ist. Zu beachten ist hier, dass jede Zuleitung durch ein eigenes Rückschlagventil 4 von der jeweiligen Schmiertasche getrennt ist. Dadurch wird nicht nur verhindert, dass kein Schmiermittel aus dem Schmierspalt in eine der Schmiereinrichtungen zurückfließen kann, sondern auch dass kein Schmiermittel aus einer der Schmiereinrichtungen in die andere abfließen kann. In Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern des Lagers, vorzugsweise durch die Wellendrehzahl, werden jeweils eine und/oder die andere Schmiereinrichtung durch eine elektrische Schaltausrüstung zugeschaltet.

Fig.2 zeigt eine Lagerschale 2 eines erfindungsgemäßen Lagers mit linienförmigen Schmiertaschen 3 auf der Gleitfläche 15. Die linienförmigen Schmiertaschen sind in der Mitte des Lagers angeordnet und axial ausgerichtet. Sie enden in einem ausreichenden Abstand vom Lagerrand, so dass das Schmieröl nicht auf kurzem Weg und geringem Widerstand abfließen kann. Bei üblichen Radialgleitlagern mit nur geringer Verkantung der Welle bezogen auf die Lagerschale sorgt diese Anordnung der Schmiertaschen dafür, dass der großflächige hydrodynamische Druckaufbau im Schmierspalt kaum gestört wird, wie in Fig.8 gezeigt wird.

Fig.3 zeigt eine weitere Variante der Anordnung der Schmiertaschen 3 auf der Gleitfläche 15. Hier sind zwei Reihen von Schmiertaschen auf dem Unfang verteilt. Diese Anordnung ist zweckmäßig bei einem breiten Lager, bei dem mit einer Verkantung der Welle zu rech- nen ist. Durch die Verkantung der Welle entstehen axial stark asymmetrische Druckverteilungen im Schmierspalt. Durch diese zwei Reihen wird ein axialer Druckausgleich im Schmierspalt eingeschränkt. Es ist zweckmäßig die Schmiertaschen 3 der beiden Reihen, wie in Fig.3 dargestellt, zueinander zu versetzen. Dadurch erhöht sich der Abstand zwischen den benachbarten Enden der Schmiertaschen, was den Druckausgleich behindert. Fig.4 zeigt eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Radialgleitlagers. Ein Querschnitt durch den Schmierspalt 16 ist hier abgewickelt und stark vergrößert dargestellt. Auf der Gleitfläche 15 der Lagerschale sind 7 Schmiertaschen T1 bis T7 angeordnet. Die Schmiermittelverteilungseinrichtung 5 besteht hier aus einer bekannten Kombination von 7 mechanisch miteinander gekoppelten hydrostatischen Verdrängereinheiten P1 bis P7, die je nach Druckdifferenz zwischen Eingang und Ausgang mal als Pumpe und mal als Hydromotor arbeiten, wobei die Leistungsdifferenzen über die mechanischen Kopplungen 17 zwischen den einzelnen Geräten übertragen werden. Dadurch wird gewährleistet, dass jede Schmiertasche unabhängig vom Gegendruck mit einem annähernd gleichen Schmiermittelstrom versorgt wird. Jede dieser Verdrängereinheiten P1 bis P7 ist mit je einer Schmiertasche T1 bis T7 verbunden. Je ein Rückschlagventil 4 direkt vor der Schmiertasche verhindert den Rückfluss von Schmiermittel.

Die Verbindung der Schmiertaschen mit den einzelnen Verdrängereinheiten erfolgt hier in folgender Kombination. Es ist Verdrängereinheit P1 mit Tasche T3, P2 mit T1 , P3 mit T6, P4 mit T4, P5 mit T2, P6 mit T7 und P7 mit T5 verbunden - gemäß der 3. Zeile in der Ta- belle von Fig.10. Das Prinzip dieser Kombination besteht darin, dass benachbarte hydrostatische Verdränger jeweils mit weit voneinander entfernten Schmiertaschen verbunden sind. Durch dieses Kombinationsprinzip soll erreicht werden, dass die Drehmomente in den mechanischen Verbindungen 17 zwischen den Pumpen klein bleiben. Da die hohen und die niedrigen Drücke im Schmierspalt eines hydrostatischen Gleitlagers ungefähr gegenüber liegen, liegen auf diese Weise Pumpen (mit hohem Ausgangsdruck) und Hydromotoren (mit niedrigem Ausgangsdruck) im Wechsel dicht nebeneinander. So er- folgt die mechanische Leistungsübertragung auf kurzem Weg und die Belastungen der mechanischen Kopplungen 17 zwischen den Pumpen werden minimiert.

Fig.10 zeigt eine Tabelle mit günstigen Kombinationen der Verbindung hydrostatischer Verdränger mit den Schmiertaschen für Lager mit hydrostatischen Schmiereinrichtungen, die 5 bis 12 Schmiertaschen zu versorgen haben.

Alle Ausgänge der Verdränger P1 bis P7 in Fig.4 sind außerdem über je ein entsperrba- res Rückschlagventil 19 mit einer Sammelleitung 18 verbunden, die außerdem mit einem Druckbegrenzungsventil 20 verbunden ist. Auf diese Weise werden alle Verdränger P1 bis P7 mit einem einzigen Druckbegrenzungsventil 20 gegen Überlastung abgesichert, wobei die Rückschlagventile 19 den Druckausgleich im hydrostatischen Betrieb zwischen den einzelnen Teilströmen verhindern. Erfindungsgemäß sind die Rückschlagventile 19 ent- sperrbar ausgeführt. Werden diese Rückschlagventile durch eine elektrische Steuerung entsperrt, so werden alle Schmiermittelversorgungsleitungen 21 miteinander verbunden. Auf diese Weise wird die hydrostatische Schmiereinrichtung in eine hydrodynamische Schmiereinrichtung umfunktioniert. So können mit einer Schmiereinrichtung wahlweise die Vorteile eines hydrostatischen oder eines hydrodynamischen Gleitlagers genutzt werden.

Fig.5 zeigt eine weitere Ausführung eines Radiallagers mit einer Schmiereinrichtung, die als hydrostatische und als hydrodynamische betrieben werden kann. Die Schmiereinrichtung besteht aus zwei Hochdruckpumpen 6, die durch ein Druckbegrenzungsventil 9 ab- gesichert sind, und einer bekannten Schmiermittelverteilungseinrichtung 5, bestehend aus einer Anzahl von Drosselventilen 10, vorzugsweise Laminardrosseln, von denen je eine über ein Rückschlagventil 4 mit einer Schmiertasche 3 verbunden ist. Außerdem zweigt von der Pumpenleitung 26 eine Umgehungsleitung 22 ab, in der ein Absperrventil 13 angeordnet ist und die über je ein Rückschlagventil 23 mit einigen Schmiertaschen 3 ver- bunden ist. Wenn das Absperrventil 13 den Schmiermittelstrom durch die Umgehungsleitung 22 unterbricht, dann arbeitet die Schmiereinrichtung als hydrostatische, indem die Drosselventile 10 den Schmiermittelstrom auf die Schmiertaschen 3 verteilen. Wird das Absperrventil geöffnet, so werden die Drosselventile umgangen und die Schmiereinrichtung arbeitet als hydrodynamische. Die Hochdruckpumpen 6 sind in dieser einfachen Schmiereinrichtung aufgrund von Verschleiß die störanfälligsten Bauteile. Durch ihre redundante Anordnung wird die Zuverlässigkeit erhöht. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Lagers als hydrodynamisches Lager stellt das Umschalten auf die zweite Pumpe bei Ausfall der ersten Pumpe kein großes Problem dar, weil hydrodynamisches Gleiten bis zum Anlauf der zweiten Pumpe als geeignete Notlaufeigenschaft anzusehen ist. Fig.6 zeigt eine weitere Ausführung eines Radiallagers mit einer Schmiereinrichtung, die als hydrostatische und als hydrodynamische betrieben werden kann. Die Schmiereinrichtung besteht aus einer Hochdruckpumpe 6, die durch ein Druckbegrenzungsventil 9 abgesichert ist, und einer Schmiermittelverteilungseinrichtung, bestehend aus einer Anzahl elektrisch gesteuerter Stromventile 1 1 , die über ein Rückschlagventil 4 mit je einer Schmiertasche 3 verbunden sind, einer Einrichtung 12 zur Messung der Wellenverlagerung in der Lagerschale und einer elektrischen Steuerung 25. Die elektrische Steuerung 25 enthält experimentell oder rechnerisch ermittelte Kennlinien, aus denen für jede Wellenverlagerung eine geeignete Verteilung der hydrostatischen Schmiermittelströme er- rechnet wird. Dementsprechend steuert die elektrische Steuerung 25 im hydrostatischen Betrieb die Stromventile 1 1 und verteilt so die Schmiermittelströme auf die einzelnen Schmiertaschen 3. Soll das Lager auf hydrodynamischen Betrieb umgeschaltet werden, dann werden alle Stromventile 1 1 vollständig geöffnet. Auf diese Weise arbeitet dann die Schmiereinrichtung als hydrodynamische Schmiereinrichtung und es wird weniger Ener- gie für die Schmiermittelversorgung benötigt.

Fig.7 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführung eines Radiallagers, die vorteilhaft ist, wenn es auf große Zuverlässigkeit des Lagers ankommt. Es sind zwei hydrostatische Schmiereinrichtungen angeordnet, wie sie bereits unter Fig.4 beschrieben sind, und eine hydrodynamische. Die beiden hydrostatischen Schmiereinrichtungen sind im Wechsel mit den auf dem Umfang der Lagerschale verteilten Schmiertaschen 3 verbunden. Im Unterschied zu der unter Fig.4 beschriebenen Schmiermittelverteilungseinrichtung 5 werden in dieser Ausführung Fig.7 nur einfachere, nicht entsperrbare Rückschlagventile 27 benötigt. Die hydrodynamische Schmiereinrichtung besteht aus einer Niederdruckpumpe 7 und einem entsprechenden Druckbegrenzungsventil 8 und ist über Rückschlagventile 4 mit einigen Schmiertaschen 3 verbunden. Die beiden Hochdruckpumpen 6 sind Verstellpumpen, die mindestens zwei verschiedene Schmiermittelströme erzeugen können. Im hydrodynamischen Betrieb übernimmt die hydrodynamische Schmiereinrichtung mit der Niederdruckpumpe die energiesparende Schmiermittelversorgung, während die hydrostatischen Schmiereinrichtungen außer Betrieb sind und in diesem Zeitraum nicht verschlei- ßen. Im hydrostatischen Betrieb sind beide hydrostatischen Schmiereinrichtungen in Betrieb und versorgen mit niedrigen Teilströmen das Lager über alle Schmiertaschen optimal mit Schmiermittel. Sollte während des hydrostatischen Betriebes eine der Schmiereinrichtungen ausfallen, wird der Ölstrom der anderen Einrichtung erhöht, so dass über die halbe Anzahl der Schmiertaschen mit vergrößertem Ölstrom eine ausreichende Schmiermittelversorgung erhalten bleibt, so dass bis zur Reparatur der Betrieb mit geringen Einschränkungen weiter möglich ist. Bei allen den Ausführungen der Schmiereinrichtungen, bei denen ein Pumpenaggregat sowohl für die hydrostatische als auch für die hydrodynamische Schmiermittelversorgung verwendet wird, ist es sinnvoll, das Pumpenaggregat, bestehend aus einer Hochdruckpumpe 6 und einem Elektromotor 24, als Verstellpumpenaggregat auszuführen. Da bei hydrodynamischem und hydrostatischem Betrieb die erforderlichen Ölströme verschieden sind, kann so der Ölstrom an die aktuelle Betriebsart angepasst werden.

Bezugszeichenliste

1 Welle

2 Lagerschale

3 Schmiertasche 4 Rückschlagventil

5 hydrostatische Schmiermittelverteilungseinrichtung

6 Hochdruck-Schmiermittelpumpe

7 Niederdruck-Schmiermittelpumpe

8 Druckbegrenzungsventil 9 Druckbegrenzungsventil

10 Drosselventil

11 Stromventil

12 Messeinrichtung der Wellenverlagerung

13 Absperrventil 14 Gleitfläche der Welle

15 Gleitfläche der Lagerschale

16 Schmierspalt

17 Mechanische Kopplung zwischen den Pumpen eines Gleichverteilers

18 Sammelleitung 19 Entsperrbares Rückschlagventil

20 Druckbegrenzungsventil

21 Schmiermittelversorgungsleitung

22 Umgehungsleitung

23 Rückschlagventil 24 Elektromotor

25 Elektrische Steuereinrichtung

26 Pumpenleitung

27 Rückschlagventil

P... hydrostatische Verdrängereinheiten (Pumpen bzw. Hydromotoren) in der Reihenfolge ihrer Verkettung nummeriert

T... Schmiertaschen in der Reihenfolge ihrer Anordnung nummeriert