Gleitlager Präzisionsmaschinenteile-, insbesondere Spindeln von Werkzeugmaschinen, erfordern eine Lagerung, die mit sehr kleinem Spiel arbeitet. Bekanntermassen wird aber das Lagerspiel während des Betriebes, insbesondere aber bei hohen Gleitgeschwindigkeiten, durch die Verschiedenheit der Wärmedehnungen der einzelnen zusammenwirkenden Lagerteile verändert. Diese Veränderungen bewirken bei den gebräuch lichen Werkstoffpaarungen eine Verkleinerung des Lagerspiels, so dass durch diesen Umstand der Dreh zahlsteigerung Grenzen gesetzt sind.
Bei den üblichen Ausführungen der Gleitlager be steht die Welle aus Stahl, der einen linearen Wärme dehnungskoeffizient von etwa ss = 12 - 10-E pro Grad Celsius hat. Die Lagerwerkstoffe besitzen dagegen fast durchwegs grössere Wärmedehnungskoeffizienten, die sich in der Regel bei 17,5 Einheiten und darüber bewegen. Wenn die Lagerschale, wie in den meisten Fällen, in einem Gehäuse aus Stahl oder Gusseisen eingeschlossen ist, kann sich die Zunahme des Vo lumens der Lagerschale nur so entfalten, dass deren Wandstärke nach innen hin zunimmt und damit das Lagerspiel abnimmt.
Bei den heutigen Genauigkeits- und Leistungs forderungen müssen daher Wege gesucht werden, die das Lagerspiel einschränkenden Erscheinungen unwirksam zu machen. Wählt man dazu den bisher beschrittenen Weg, das Lagerspiel von Fall zu Fall durch geschlitzte Büchsen, die in einem konischen Sitz axial verschoben werden, den jeweiligen Betriebs bedingungen anzupassen und einzustellen, so besteht die Gefahr, dass diese notwendigen Einstellungen übersehen oder nicht richtig ausgeführt werden, so dass einerseits eine Verminderung der Laufgenauig keit, anderseits aber auch ein Heisslaufen oder ein Abwürgen der laufenden Welle auftreten kann.
Die vorliegende -Erfindung zielt darauf ab, ein Gleitlager zu schaffen, das in kaltem Zustand ein kleines Lagerspiel aufweist, welches sich auch bei beliebigen Drehzahlsteigerungen nicht verringert, son dern eher vergrössert. Eine bei hohen Drehzahlen auftretende Vergrösserung des Lagerspiels entspricht aber im Gegensatz zu dem bei Erwärmung kleiner werdenden Spiel der bisherigen Gleitlagerausführun- gen den Forderungen einer guten hydrodynamischen Schmierung. Ausserdem soll die Erfindung ermög lichen, die Vergrösserung des Lagerspiels zu beein flussen bzw. in gewissen Fällen überhaupt auszu schalten, so dass bei allen Erwärmungszuständen das Lagerspiel konstant bleibt.
Die vorliegende Erfindung baut auf dem Gedan ken auf, dass die Lagerschale, in der Folge als Gleit flächenträger bezeichnet, so gehalten sein soll, dass sie sich bei Temperaturerhöhungen unbehindert aus dehnen kann. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Gleitflächenträger b'eidseits seiner radialen Mittelebene durch Wärmedehnungen zuzu lassen bestimmte Übergangszonen mit mindestens einem in das Lagergehäuse eingesetzten Stützkörper in Verbindung steht. Die Übergangszonen können durch federnde Ringstege gebildet sein, wobei der Gleitflächenträger selbst oder ein diesen umschliessen der Ring durch die federnden Ringstege mit dem Stützkörper in Verbindung stehen kann.
Zweckmässig haben die federnden Ringstege einen U-förmigen Querschnitt. Bei einer andern vorteilhaften Ausfüh rung sind die federnden Ringstege in Form von Kegelmänteln ausgebildet, deren an den äussern Enden ihrer Erzeugenden errichteten Lote sich im Lagermittelpunkt treffen.
Die Übergangszonen können auch als kompen sierend zusammenwirkende Teile ausgebildet sein, beispielsweise koaxiale Ringstege, zwischen denen Zwischenringe liegen, deren Wärmedehnungskoeffi- zient grösser ist als der des Gleitflächenträgers. Diese Lösung stellt einen Weg dar, bei dem durch den gänzlichen Wegfall von die Ausdehnung verzerren den Widerständen. die ursprünglich zylindrische Form der Gleitfläche vollkommen erhalten bleibt.
Da der Wärmedehnungskoeffizient des Gleit flächenträgers immer grösser sein soll als der der Welle, diese Grösse aber durch Legierungsverände rungen allein nicht immer genügend beherrscht wer den kann, ist es manchmal erforderlich, die allzu grosse Lagerspielerweitung durch einen entsprechen den Widerstand herabzumindern. Es kann dies da durch erreicht sein, dass der Gleitflächenträger mit mindestens einem seinen Wärmedehnungen einen Widerstand entgegensetzenden Ringkörper verbunden ist,
dessen Werkstoff einen geringeren Wärmedeh- nungskoeffizienten aufweist als der Werkstoff des Gleitflächenträgers. Vorzugsweise ist dieser Ring körper auf den Gleitflächenträger aufgezogen. In der Praxis besteht dieser Ringkörper vorteilhaft aus einer Stahlhülse, in welche der Gleitflächenträger einge- presst ist.
Es kommt dabei darauf an, dass die Wand stärken des Gleitflächenträgers und des Ringkörpers nach Massgabe des Elastizitätsmoduls und nach Mass gabe der Wärmedehnungskoeffizienten entsprechend abgestimmt sind, um die Lagerspielveränderungen im gewünschten Sinne zu beeinflussen. Der Ringkörper kann auch als Stützring für die Zwischenringe aus gebildet sein, deren Wärmedehnungskoeffizient grösser ist als der des Gleitflächenträgers.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbei spiele des Gleitlagers gemäss der Erfindung in sche matischer Form dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des Gleitlagers im Längsschnitt, wobei die linke Hälfte das Lager im kalten Zustand und die rechte Hälfte das Lager in einem durch Wärmedehnung hervorgerufenen, auf geweiteten Zustand darstellt.
In den Fig. 2 bis 7 sind obere Hälften von andern Ausführungsformen des Gleitlagers in je einem Längsschnitt veranschaulicht.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 weist der mit 1 bezeichnete Gleitflächenträger die Form eines Ringes auf, der beidseits seiner radialen Mittel ebene durch seine Wärmedehnungen zulassende Übergangszonen <I>a</I> mit im Lagergehäuse<I>b</I> einge setzten Stützkörpern 3 in Verbindung steht. Die Übergangszonen a werden hierbei von federnden Ringstegen 2 geringer Wandstärke gebildet.
Treten Wärmedehnungen auf, bewirken die dünnen Ring- Stege 2, die selbst auch zum Teil an der Wärme dehnung teilnehmen, bei ihrer annähernd konischen Aufweitung (siehe rechte Hälfte in Fig. 1) keinen grossen Widerstand, so dass die Gleitfläche nach der Erwärmung einen fast unverzerrten Zylinder mit einem gegenüber dem Ausgangsdurchmesser um 2 - e vergrösserten Durchmesser bildet.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei spiel weisen die die Übergangszonen a bildenden federnden Ringstege 2 einen aus radial stehenden Teilen 2' und einem axial verlaufenden Teil 2" zu sammengesetzten U-förmigen Querschnitt auf, der durch je zwei Einstechungen gebildet wird. Mit dieser Formgebung ist eine grössere Nachgiebigkeit im Sinne der Wärmedehnungskräfte und eine grössere Steifig- keit gegen einseitige radiale Kräfte gegeben.
Eine besonders günstige Ausbildung des Gleit lagers ergibt sich, wenn die federnden Ringstege 2 der Übergangszonen a in Form von Kegelmänteln ausgebildet sind, wie dies Fig. 3 zeigt. Wenn die Kegelmäntel so ausgestaltet sind, dass die an den Enden ihrer Erzeugenden<I>m</I> errichteten Lote<I>l</I> durch den Lagermittelpunkt z verlaufen, haben die Wärme dehnungen in radialer und axialer Richtung das gün stigste Verhältnis. Solche Anordnungen ergeben grosse Steifigkeit gegen einseitige radiale Kräfte und geringe Widerstände gegen Wärmedehnungen. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel be steht der in das Lagergehäuse eingesetzte Stützkörper aus einem mit Stützrändern 6 ausgestatteten über wurf 7.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 weist eben falls federnde Ringstege 2 in Form von Kegelmänteln auf. Die kegeligen Ringstege sind aber in diesem Falle an einem den Gleitflächenträger 1 umfassenden Ring 4 vorgesehen, welchen sie mit den Stützrändern 6 verbinden. Mit m sind wieder die Kegelerzeugenden und mit l die an diese angelegten Lote bezeichnet, die zum Lagermittelpunkt z verlaufen. Der Ring 4 ist aus einem Werkstoff hergestellt, der annähernd den gleichen Wärmedehnungskoeffizient besitzt wie der Gleitfächenträger 1.
Bei der Ausführung gemäss Fig. 5 ist eine voll kommen ungehinderte, verzerrungsfreie Ausdehnungs möglichkeit des Gleitflächenträgers 1 gegeben. Dies wird dadurch erreicht, dass zwischen den Stützringen 9 und dem Gleitflächenträger 1 je ein Zwischenring 10 als Treibring aus einem Werkstoff mit sehr hohem Wärmedehnungskoeffizienten angeordnet ist. Hier durch wird einerseits eine vollkommene Abstützung, anderseits eine vollkommen gleichmässige Dehnung des Gleitflächenträgers nach aussen hin sichergestellt. Der Zwischenring 10 kann beispielsweise aus Alumi nium oder in besonderen Fällen aus einer Zinklegie rung hergestellt sein.
In jenen Fällen, wo eine Erweiterung des Aus gangslagerspiels durch Erwärmung nicht erwünscht ist, z. B. bei besonders genauen Lagern für Werk zeugmaschinen, kann die zu grosse Dehnung des Gleitflächenträgers so weit herabgemindert sein, dass das Lagerspiel konstant bleibt. Zu diesem Zweck ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 auf den Gleitflächenträger 1 ein geschlossener Widerstands ring 11 aufgezogen, dessen Werkstoff, z. B.
Stahl, einen geringeren Wärmedehnungskoeffizienten auf weist als der Werkstoff des Gleitflächenträgers. Die Wandstärken des Gleitflächenträgers 1 und des Widerstandsringes 11 sind aufeinander nach Mass gabe der Elastizitätszahlen und der Wärmedehnungs- koeffizienten abgestimmt. Es ist auch möglich, durch entsprechende Formgebung, z. B. durch Abschrägun- gen 11' am Widerstandsring, die Wärmedehnungen so zu beeinflussen, dass bei jedem Erwärmungszustand die Zylinderform der Gleitfläche erhalten bleibt.
Nach Fig. 7 kann der Widerstandsring 11 über den Gleitflächenträger 1 hinaus verlängert sein, um auf diese Weise Raum für die Zwischenringe 10 zu gewinnen, welche auf den Stützringen 9 sitzen. Die Verbindung von Zwischenring 10 und Widerstands ring 11 bzw. Stützring 9 ist bei dieser Ausführung durch Anwendung von Gewinden 12 verbessert.