CH668271A5

CH668271A5 - Verfahren zur herstellung von nut/steg-bemusterungen in den lagerflaechen von dynamischen lagern.

Info

Publication number: CH668271A5
Application number: CH1393/86A
Authority: CH
Inventors: Horst-Peter Wasel; Horst-Walter Grollius
Original assignee: Atlas Copco Ab
Priority date: 1985-06-13
Filing date: 1986-04-09
Publication date: 1988-12-15
Also published as: US4711706A; IT8620729A1; GB2176545B; DE3521181C2; GB2176545A; FR2583475A1; IT8620729A0; IT1190013B; DE3521181A1; GB8611565D0; FR2583475B1; JPS61292000A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Nut/Steg-Bemusterungen in den Lagerflächen dynamischer Lager einer Nuttiefe von bis zu 100 |j,m. Insbesondere handelt es sich um die dynamischen Lager von hochtourigen Expansionsturbinen. Diese rein dynamischen Lager können als Gaslager ausgeführt sein. Im Rahmen der Erfindung werden jedoch auch dynamische Öllager, die entsprechende Nut/Steg-Bemusterungen aufweisen, angesprochen. Sind solche Lager als Axiallager ausgeführt, so sind die Nuten im allgemeinen als Spiralnuten geführt. Handelt es sich um Radiallagerflächen, so sind die Nuten im allgemeinen als Herringbone-Nuten, d.h. fischgrätenartig, angeordnet. Die Nuten in den Nut/Steg-Bemusterungen haben eine Tiefe von bis zu 100 um. Die Herstellung der Nut/Steg-Bemusterungen muss gemäss vorgegebener Tiefe erfolgen. Sie erfolgt mechanisch durch spanabhebende Formgebung, durch Erodieren, Ionenstrahlbearbeitung oder Ätzen. Insbesondere beim Ätzverfahren müssen Mängel in Kauf genommen werden, die die Standzeit der Lager beeinträchtigen und zu vorzeitigen Lagerschäden führen. Die Mängel beruhen auf ungenauen und «rauhen» Nutenrand-und damit Stegrandkonturen, rauhem Nutengrund und rauhen Nutenflanken sowie ungleichmässigem Werkstoffabtrag über dem Nutengrund und damit unterschiedlicher Nutentiefe. Häufig können diese Mängel nur durch aufwendige Nacharbeitung in Grenzen gehalten werden.

Für ganz andere Aufgaben kennt man das elektrochemische Polieren, welches kurz auch als Elektropolieren bezeichnet wird (vergi. Metalloberfläche 38,1984, S. 505 bis 511). Das elektrochemische Polieren wurde ursprünglich zur Behandlung von Schliffen in der Metallographie entwickelt und diente zu Beginn der industriellen Anwendung hauptsächlich zum dekorativen Glänzen und Polieren von Buntmetall. Inzwischen hat sich das elektrochemische Polieren zwar zu einem Verfahren zur Bearbeitung hochwertiger, technischer Funktionsflächen entwickelt; es dient jedoch bisher lediglich dazu, blanke Metalloberflächen herzustellen oder Werkstücke zu entgraten. Das elektrochemische Polieren hat zur Weiterentwicklung dynamischer Lager bisher nicht beigetragen.

s Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nut/Steg-Bemusterung dynamischer Lager so herzustellen, dass die Lager auch bei hohen Beanspruchungen eine wesentlich verbesserte Standzeit aufweisen und vorzeitige Lagerschäden nicht mehr eintreten.

io Die Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich erfindungs-gemäss dadurch, dass die Oberfläche der zwischen den Nuten stehenbleibenden Stege elektrolytisch inaktiv abgedeckt und die Nuten durch elektrochemisches Polieren erzeugt werden. Die elektrolytisch inaktive Abdeckung kann mit photogra-ls phischen Hilfsmitteln erzeugt werden. Im Rahmen der Erfindung kann es sich um die Nuten dynamischer Gaslagerflächen oder um die Nuten von dynamischen Öllagerflächen handeln. In der Ausführungsform für Axiallagerflächen ist eine bevorzugte Massnahme der Erfindung dadurch gekenn-20 zeichnet, dass die Nuten als Spiralnuten erzeugt werden. In der Ausführungsform für Radiallagerflächen werden die Nuten zweckmässigerweise als Herringbone-Nuten erzeugt.

Wie erwähnt lassen sich durch die Anwendung des elektrochemischen Polierens Nuttiefen von bis zu 100 jo.m erzeugen. 25 Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung besitzen die Nuten eine Tiefe von 1 bis 30 jim. Die erfindungsge-mässen Massnahmen können bei Lagerflächen angewendet werden, die aus den verschiedensten Metallen bestehen. Insbesondere können die Nuten auch in Lagerflächen aus Stahl 30 eingebracht werden.

Dynamische Lager, deren Nut/Steg-Bemusterungen nach der Lehre der Erfindung hergestellt worden ist, zeichnen sich durch eine überraschende Verbesserung der Standzeit aus und zeigen vorzeitige Lagerschäden nicht mehr. Das beruht darauf, dass die Nutenrand- und damit Stegrandkonturen sehr glatt verlaufen. Sie zeigen ebenso wie die Nutenflanken und der Nutengrund keine störende Rauhigkeit mehr. Die Rauhigkeitsspitzen im Nutengrund werden, bei Betrachtung der durchschnittlichen Rauhtiefen, z.B. gegenüber dem Ätzverfahren um 70% und mehr abgebaut. Betrachtet man die maximalen Rauhigkeitsspitzen, so erreicht man einen Abbau von bis zu 98%. Darüber hinaus erfolgt ein sehr gleichmäs-siger Abtrag an allen Nutflächen. Anzustrebende Nuttiefen 4s lassen sich durch die Dauer der Behandlung des elektrochemischen Polierens mit grosser Genauigkeit einstellen. Es war nicht zu erwarten, dass mit der Methode des elektrolytischen Polierens mit der angegebenen hohen Präzision die Nut/ Steg-Bemusterungen in den Lagerflächen herstellbar sind und dass gleichzeitig die mit derartigen Nut/Steg-Bemuste-rungen versehenen Lager die angegebene Verbesserung aufweisen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführ-55 licher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 die Ansicht der Nut/Steg-Bemusterung bei einem Axiallager,

Fig. 2 die Nut/Steg-Bemusterung für ein Radiallager, 60 Fig. 3 eine Einrichtung zur Herstellung einer Nut/Steg-Bemusterung in der Lagerfläche eines Radiallagers und

Fig. 4 eine Einrichtung zur Herstellung einer Nut/Steg-Bemusterung in der Lagerfläche eines Axiallagers.

65 Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Nut/Steg-Bemuste-rungen sind etwa im Massstab 5:1 hergestellt und verdeutlichen insoweit die Feinheit der Bemusterung. Man erkennt einerseits die Nuten 1 und andererseits die Stege 2. Ist die

Bemusterung nach der Lehre der Erfindung hergestellt, so verlaufen die Nutrandkonturen 3 und damit die Stegrandkonturen extrem glatt. In der Fig. 1 mag die Nuttiefezwischen 8 und 12 (im liegen, in der Fig. 2 bei etwa 20 (im. Die Nuten zeichnen sich durch die oben bereits angegebenen qualitativen Vorteile aus.

Die Fig. 3 zeigt eine Einrichtung, mit der die Lehre der Erfindung auf einfache Weise und mit sehr gutem Ergebnis verwirklicht werden kann. Man erkennt zunächst einen Behälter 4, der den Elektrolyten für das elektrochemische Polieren aufweist und ausserdem einen Motor 5, der über eine Kupplung 6 eine Welle 7 antreibt, die mit der Nut/Steg-Bemusterung der Radiallagerflächen für ein dynamisches Lager zu versehen ist. Man erkennt das Herringbone-Muster. Die Welle 7 ist als Anode geschaltet, vor der Welle 7 befinden sich im Bereich der herzustellenden Nut/Steg-Bemusterung die entsprechenden Kathoden 8.

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Sie können sich auch an der gegenüberliegenden Seite befinden. Es versteht sich, dass die elektrischen Potentiale nach Massgabe der Regeln des elektrochemischen Polierens eingerichtet sind. Das gilt auch für den Elektrolyten. Zu der s Nut/Steg-Bemusterung der schon angegebenen hohen Qualität kommt man auch deshalb, weil die Welle 7 beim elektrochemischen Polieren rotiert, und zwar mit nicht zu hoher Rotationsgeschwindigkeit.

Die Fig. 4 zeigt eine entsprechende Einrichtung für die io Herstellung einer Nut/Steg-Bemusterung bei einem Axiallager. Auch hier erkennt man den Behälter 4 für den Elektrolyten, die beiden Kathoden 8 und die als Anode geschaltete Lagerscheibe 9. Es versteht sich, dass diese Lagerscheibe 9 mit ihrer Oberfläche parallel zu den Kathodenflächen 15 angeordnet ist. Auch hier kann zur Erzielung sehr gleichmäs-siger Ergebnisse die Lagerscheibe 9 bei der Behandlung rotieren.

B

2 Blatt Zeichnungen

Claims

668271 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von Nut/Steg-Bemuste-rungen in den Lagerflächen von dynamischen Lagern einer Nuttiefe von bis zu 100 (im, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der zwischen den Nuten (1) stehenbleibenden Stege (2) elektrolytisch inaktiv abgedeckt und die Nuten (1) durch elektrochemisches Polieren erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (1) in den Lagerflächen von dynamischen Gaslagern erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (1) in den Lagerflächen von dynamischen Öllagern erzeugt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zur Herstellung der Bemusterung in Axiallagerflächen, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (1) als Spiralnuten erzeugt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zur Herstellung der Bemusterung in Radiallagerflächen, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (1) als Herringbone-Nuten erzeugt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (1) mit einer Tiefe von 1 bis 30 um erzeugt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (1) in Lagerflächen aus Metall eingebracht werden.