Gleitlager mit mehreren segmentartig angeordneten Lagerschuhen Bei Gleitlagern ist die Abfuhr der entstehenden Reibungswärme von primärer Bedeutung, denn die Tragfähigkeit des Lagers hängt weitgehend von der Viskosität des Schmiermittels ab, und diese ist wieder um eine Funktion der Temperatur, wobei im allge meinen die Viskosität mit steigender Temperatur ab nimmt. Wenn deshalb die Drehzahl der Welle einen solchen Wert annimmt, dass die pro Zeiteinheit erzeugte Wärmemenge grösser ist als die abgeführte Wärme menge, so wird der Ölfilm zerrissen, und es entsteht infolge direkter Berührung der Welle mit der Lager fläche ein Abrieb des Lagermetalls bzw. der relativ weichen Lageroberfläche.
Ist es einmal soweit gekom men, so besteht die unmittelbare Gefahr des Aus schmelzens des Lagermetalls infolge übermässiger Wärmeproduktion. Bei ungenügender Kühlung des Schmiermittels kann dieses Temperaturen in der Grö ssenordnung von 150 C annehmen, bei welchen Tem peraturen das oft verwendete Weissmetall bereits er weicht und die ernsthafte Gefahr von Formänderungen im Lager besteht. Es besteht deshalb die Forderung nach genügender Kühlung des Schmiermittels bzw. der Lagerfläche an derjenigen Stelle, an der die höch sten Temperaturen auftreten.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Gleit lagers, bei dem das Schmiermittel der Lagerfläche unter Druck zugeführt werden kann, ohne dass über mässige Schmiermittelverluste entstehen. Sie bezieht sich auf ein Gleitlager mit mehreren segmentartig an geordneten Lagerschuhen, bestehend aus je einem Schuhteil, welcher auf der einen Seite eine gewölbte Lagerfläche aufweist, und einem Auflageteil, welcher den Schuhteil auf der gegenüberliegenden Seite mittig unterstützt und von einer Zufuhrleitung für das Schmiermittel durchdrungen ist.
Das Kennzeichen des erfindungsgemässen Gleitlagers besteht darin, dass der Auflageteil auf der dem Schuhteil abgekehrten Seite eine gewölbte, gegen eine Anschlagfläche des Lager gehäuses wippend abgestützte Auflagefläche aufweist und dass die Lagerfläche mit quer zur Laufrichtung im Abstand voneinander sich erstreckenden, den Kanten der Lagerfläche benachbarten Schmiernuten versehen ist, welche durch separate Kanäle im Schuhteil mit der genannten Schmiermittel-Zufuhrleitung verbunden sind, wobei das Schmiermittel durch die eine Schmier nut zur Bildung eines keilförmigen Schmierfilms und durch die andere Schmiernut als Kühlmittel zugeführt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene, axiale Ansicht des Gleitlagers, wobei der eine Lagerschuh im Detail gezeichnet ist.
Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1. Fig. 3 zeigt die Ansicht eines einzelnen Lagerschuhs vom Zentrum radial nach aussen gesehen.
Fig. 4 ist die graphische Darstellung einer typischen Temperaturverteilung entlang der Lageroberfläche eines Lagerschuhs, und Fig. 5 ist eine Darstellung eines einzelnen Lager schuhs zur Veranschaulichung des Ölflusses.
Beim Gleitlager nach Fig. 1 wird die Welle 1 von einer Anzahl segmentartig im Lagergehäuse 2 angeord neter, separat gelagerter Lagerschuhe geführt, deren einer im Schnitt dargestellt und mit 3 bezeichnet ist. Das Lagergehäuse 2 besteht aus einem zylindrischen Aussenkranz<I>2a,</I> von dem ein Flansch<I>2b</I> radial nach innen ragt, welcher die Lagerbelastung von den Lager schuhen 3 übernimmt. Fluchtend mit dem Flansch 2b ist eine Umfangsnut 2e im Kranz 2a vorgesehen, von deren Grund eine Anzahl über den Umfang verteilter Bohrungen 2d radial nach innen führen, um die Zufuhr des Schmiermittels zu ermöglichen.
Das Gehäuse 2 ist von einem (nur in Fig. 2 dargestellten) Reifen 4 umge- ben, welcher das durch die Leitung 4a zugeführte Schmiermittel in der Nut 2e eingeschlossen hält.
Jeder Lagerschuh 3 besteht aus einem Auflageteil 6 und einem Schuhteil 7. Der Schuhteil 6 kann, wie dar gestellt, aus einer Tragplatte 6a und einer Verschleiss platte 6b zusammengesetzt sein, wobei die Tragplatte im wesentlichen die Belastung aufnimmt und vorzugs weise aus Stahl besteht, die Verschleissplatte hingegen aus Weissmetall oder einem anderen geeigneten Lager metall gefertigt ist und beispielsweise durch eine Schwalbenschwanzverbindung auf der Tragplatte 6a befestigt ist. Die Art und Weise der Verbindung von Verschleissplatte und Tragplatte ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung; ein geeignetes Verfahren ist beispielsweise in der amerikanischen Patentschrift Nr.<B>1</B>460 515 vom 3. Juli 1923 (H. Selker) beschrieben.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist die gewölbte Lager fläche des Schuhteils 6 mit zwei axial verlaufenden Schmiernuten 8 und 9 versehen, welche von zwei im Innern des Lagerschuhs vorhandenen Kanälen 10 bzw. 11 gespeist werden. Die Schmiernuten 8 und 9 jedes Lagerschuhs sind über den Umfang im Abstand von einander angeordnet und erstrecken sich in der Nähe der Kanten der Lagerfläche über die Breite des Lager schuhs. Dies ermöglicht die Schmiermittelzufuhr an zwei verschiedenen Stellen des Lagerschuhs, nämlich sowohl in der Nähe der Auflaufkante als auch der Ablaufkante der Lagerfläche. Die Schmiernuten 8 und 9 sind vorzugsweise symmetrisch zur Achse des Lager schuhs angeordnet, so dass sie bei einer Umkehr des Drehsinnes der Welle 1 einfach ihre Funktionen ver tauschen.
In der Mitte ihrer Rückseite weisen die Schuhteile 6 eine Vertiefung 12 auf, in welche die beiden Kanäle 10 und 11 symmetrisch zur Achse des Lagerschuhs mün den. In diese Vertiefungen ist je ein Auflageteil 7 pas send eingesetzt. Diese weisen auf der dem Schuhteil 6 abgekehrten Seite eine gewölbte Auflagefläche 13 auf, die sich auf der inneren Anschlagfläche 14 des Lager gehäuses 2 wippend abstützt. Diese Anordnung er laubt ein geringes Verschwenken des Schuhteils 6 zu sammen mit dem Auflageteil 7, was die Ausbildung eines keilförmigen Ölfilms ermöglicht, auf welchem die Welle 1 ruht.
Diese Verschwenkung des Lagerschuhs und die Ausbildung des keilförmigen Spaltes 5 geht aus Fig. 5 hervor, wobei natürlich die Spaltweite stark übertrie ben gezeichnet ist. Ebenso ist aus dieser Figur ersicht lich, wie die Nuten 8 und 9 zusammen mit der Ober fläche der Welle 1 Austrittsöffnungen 8a bzw. 9a bilden, deren Weite vom Verschwenkungswinkel des Lager schuhs abhängt.
Der Schuhteil 6 ist in Achsrichtung mit einer Ge windebohrung 15 versehen, und auch der Auflageteil 7 weist eine koaxiale Bohrung 16 auf, deren Durchmesser jedoch grösser ist, so dass genügend Spiel 23 gegenüber dem in die Bohrung 15 eingeschraubten Gewindebol zen 17e besteht. Die Bohrung 16 ist von der Innenseite her auf den Durchmesser<I>16a</I> erweitert, welcher die Mündungen der Kanäle 10 und 11 umfasst (Fig. 1). Durch die Bohrungen 2d im Lagergehäuse und 16 im Auflageteil 7 ragt ein Zuleitungsbolzen 17 für das Schmiermittel. Er ist in die Gewindebohrung 15 ge schraubt und weist eine Längsbohrung 17a sowie im Bereiche des erweiterten Durchmessers 16a eine Quer bohrung 17b auf, so dass das Öl aus der Nut 2c unter Druck durch den Bolzen 17 hindurch bis in die Kanäle 10 und 11 gelangen kann.
Der Aussendurchmesser des Bolzens 17 ist stufen weise abgesetzt. Der Gewindeteil 17e ist im Schuhteil 6 festgeschraubt, und indem der Bund 17d am Auflage teil 7 anliegt, entsteht eine dichte Verbindung zwischen den Teilen 6 und 7 in der Vertiefung 12. Die Bohrung <I>2d</I> im Gehäuseflansch <I>2b</I> weist eine Schulter 18 auf und gestattet durch genügendes Spiel 19 gegenüber dem Bolzen 17 eine gewisse Schwenkbewegung des Bolzens in der Bohrung 2d. Zwischen dem Kopf 17c des Bol zens und der Schulter 18 sind eine Druckfeder 20, eine Unterlagscheibe 21 und eine Dichtungsscheibe 22 an geordnet. Letztere besteht aus einem nachgiebigen Material, so dass die dichte Verbindung unter dem Druck der Feder 20 auch bei leichter Schräglage des Bolzens 17 aufrechterhalten bleibt.
Wie erwähnt, besteht ein Zwischenraum 19 zwi schen den Bolzen 17 und dem Gehäuseflansch 2b und ein weiterer Zwischenraum 23 zwischen dem Auflage teil 7 und dem Gewindeteil 17e. Diese Massnahmen begrenzen den Wärmeübergang vom Lagerschuh 3 auf den Zuleitungsbolzen 17, indem ein metallischer Kon takt zwischen diesen Teilen nur an der Gewindeboh rung 15 und dem Bund 17d besteht. Dadurch wird vermieden, dass das Öl bereits auf dem Zuleitungsweg durch die Bohrung 17a unnötig erhitzt wird.
In der graphischen Darstellung Fig. 4 zeigt die aus gezogene Kurve B eine Temperaturverteilung, wie sie mit der beschriebenen Anordnung erreicht werden kann, indem das Öl an weit auseinanderliegenden Stellen, nämlich in der Nähe der Auflaufkante und der Ablaufkante des Lagerschuhs, zugeführt wird. Das durch die Nut 8 eintretende Schmiermittel ist wesent lich kühler als dies bei Tauchschmierung möglich wäre, da das Schmiermittel von ausserhalb des Ge häuses herangeführt wird, wo dessen Temperatur be einflusst werden kann. Ferner wirkt das durch die Nut 9 eintretende Öl als Kühlmittel sowohl für den Ölfilm als auch für die Welle und den Lagerschuh in der Nähe der Ablaufkante. Dies bewirkt eine Verschiebung des Scheitels der Kurve A (gestrichelt) gegen die Mitte des Lagerschuhs hin.
Die genannte Kurve A zeigt einen typischen Temperaturverlauf auf einem schwenkbaren Lagerschuh bekannter Bauweise. Indem also das Schmiermittel an zwei getrennten Stellen des Umfanges zugeführt wird, erfüllt es zwei wichtige Funktionen. Der grössere, in der Nähe der Auflaufkante eintretende Teilstrom (Pfeile 24 in Fig. 5) liefert das gekühlte Öl, aus welchem sich der keilförmige, die Welle tragende Ölfilm bildet, währenddem der kleinere, in der Nähe der Ablaufkante eintretende Teilstrom (Pfeile 25 in Fig. 5) in erster Linie als Kühlmittel wirkt.
Die Länge der Pfeile 24 und 25 ist ein Mass für den Ölfluss. Die wirksame Kühlung des Lagerschuhs hat eine Senkung der Höchsttemperatur des Schmiermittels und deshalb eine Steigerung der Tragfähigkeit des Lagers dank er höhter Viskosität des Schmiermittels an der Stelle höchster Flächenpressung zur Folge. Die Senkung der Höchsttemperatur ermöglicht ausserdem eine Erwei terung des Drehzahlbereiches.
Es ist von Bedeutung, dass die Nuten 8 und 9 mög lichst weit auseinander, d. h. möglichst in der Nähe der Lagerschuh-Kanten liegen. Dies ergibt nicht nur die grösstmögliche Lagerfläche zwischen den Nuten, sondern erlaubt auch einen möglichst unbehinderten Abfluss von Öl auf beiden Seiten des Lagerschuhs. Letzteres ist besonders wichtig, da diese Querströmung des Öls proportional zum Druckgradienten in dieser Richtung ist; der Druck variiert zwischen dem Höchst druck im Zentrum der Lagerfläche und dem Atmo sphärendruck am Rande der Lagerfläche. Die Fähig keit des Öles, die sich am meisten erwärmende Mittel partie des Lagerschuhs zu kühlen, hängt in starkem Masse von dieser Strömung des Öls in Querrichtung ab.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Lageranord nung ist die folgende: Bei Rotation der Welle 1 in Pfeilrichtung (Fig. 5) neigt sich die linke Kante des Lagerschuhs 6 radial nach aussen, währenddem sich die Kante rechts der Oberfläche der Welle nähert, vorausgesetzt, dass genügend Schmiermittel zur Bil dung des keilförmigen Schmierfilms herangefördert wird. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist das Kippen des Lagerschuhs von einem Abrollen der Fläche 13 auf der Fläche 14 begleitet, wobei für die Ausbildung des Schmierfilms nur eine äusserst geringe Schwenk bewegung erforderlich ist, da die Radialbewegung der Kanten des Lagerschuhs durch die Tatsache verstärkt wird, dass die Oberfläche des Schuhteils 6 gewölbt ist.
Auch der mit dem Lagerschuh verschraubte Bolzen 17 wird gegenüber dem Flansch 2b verschwenkt, was durch den Zwischenraum 19 ermöglicht wird. Da der Bolzen 17, der Auflageteil 7 und der Schuhteil 6 sich gemeinsam bewegen, wird die Dichtung bei 17d nicht beeinträchtigt. Auch der Abschluss zwischen dem Bol zen 17 und dem Gehäuse 2 durch die Dichtung 22 bleibt unter dem Druck der Feder 20 aufrechterhalten, und zwar auch bei leichter Seitenverschiebung der Dichtung 22 auf der Schulter 18, soweit sie durch das Spiel des Dichtungsringes in der Bohrung 2d möglich ist. Diese Anordnung erlaubt somit die Zufuhr des Öls unter Druck, ohne dass die freie Schwenkbewegung der Lagerschuhe behindert wird.
Die in Fig. 5 übertrieben dargestellte Schwenkbe wegung des Lagerschuhs hat auch zur Folge, dass der Ausflussquerschnitt bei 9a etwas verringert und bei 8a etwas erweitert wird. Dies bewirkt, dass selbsttätig bei der Auflaufkante, zur Bildung des Schmierfilms, ein grösserer Anteil des zugeführten Öls ausfliesst als bei der Ablaufkante zur Kühlung.
Bei einem Wechsel der Drehrichtung der Welle 1 stellt sich selbsttätig die ent gegengesetzte Schwenklage der Lagerschuhe ein, wobei sich die Öffnung 9a erweitert und die Öffnung 8a ver- engert. Die Wirkungsweise des Lagers ist deshalb für beide Drehrichtungen genau dieselbe. Das Ausmass der Schwenkbewegung, welche den Querschnitt der Öffnungen 8a und 9a und damit das Verhältnis der durch die Nuten 8 und 9 austretenden Teilströme be stimmt, lässt sich berechnen und ist von verschiedenen Parametern abhängig, wie Lagerbelastung, Drehzahl, Viskosität, Wellendurchmesser und Lagerspiel.
Das Öl wird somit unter Druck in zwei getrennten Teilströmen zwischen die Welle und den Lagerschuh gepresst, wobei der eine Teilstrom die Schmierung be wirkt und der andere Teilstrom für wirksame Kühlung der thermisch am meisten beanspruchten Stelle in der Nähe der Ablaufkante sorgt, wodurch die Betriebs temperatur des Lagers wesentlich herabgesetzt wird.