CN105164436B - 具有聚合物滑动元件的轴向‑径向滑动轴承和相应滑动元件 - Google Patents

具有聚合物滑动元件的轴向‑径向滑动轴承和相应滑动元件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有聚合物滑动元件(20)的轴向‑径向滑动轴承(10)。包括能围绕轴承轴线(A)相对彼此旋转的第一轴承环(11)和第二轴承环(12)，第二轴承环(12)形成基本U形的横截面，以至少局部地接收第一轴承环(11)。滑动元件(20)由摩擦聚合物制成并布置在第一轴承环和第二轴承环之间，以使这些轴承环轴向和径向脱耦。滑动元件(20)具有基本L形的横截面，该横截面具有带轴向滑动面的轴向区域(21)和带径向滑动面的径向区域(22)。根据本发明，滑动轴承(20)的径向区域(22)具有至少一个铰链连接部(23)，其使径向区域的两个部段(24)柔性地并且可相对彼此运动地连接。由此，滑动元件(20)可适配于轴向‑径向滑动轴承(20)的对应直径(D)。本发明还涉及在滑动元件(20)的径向区域(22)中具有至少一个这种铰链连接部(23)的滑动元件(20)。

Description

具有聚合物滑动元件的轴向-径向滑动轴承和相应滑动元件
技术领域
本发明一般性地涉及一种组合式的、具有聚合物滑动元件的轴向/径向滑动轴承以及一种尤其针对这种滑动轴承研发的聚合物滑动元件。
背景技术
由专利US 5,509,738已知一种复合结构式的组合的轴向/径向滑动轴承。在此，由聚合物、尤其由聚酰亚胺制成的滑动元件固定在由金属制成的轴承半部上。为了形成圆盘形的轴向滑动面，通过粘接来施加多个由聚酰亚胺制成的扇形部段。为了提供柱形的径向滑动面，在轴承壳的内周上粘接多个由聚酰亚胺制成的弯曲的条状物。不利的例如是，扇形部段和弯曲条状物必须适配于对应的轴承壳的尺寸。此外，按照US 5,509,738的这种复合滑动轴承的制造费用高。
公开文献DE 21 59 801 A涉及铰链轴承衬套，具有由金属支撑层和位于其上的、由塑料制成的自润滑工作层组成的多层式结构。
由易格斯有限公司(igus GmbH)的目录“聚合物轴承06.2005”(PloymerGleitlager 06.2005)已知一种所述类型的轴向/径向滑动轴承(见第50.1-50.2页)。这种滑动轴承也称为聚合物回转轴承(PRT)，包括由金属或合适的塑料制成的外部的第一轴承环和内部的第二轴承环。这两个轴承环能围绕轴承轴线相对彼此旋转。内部的第二轴承环由两个部分组合成并且具有基本U形的横截面。由此，第二轴承环形成一个接收部，第二轴承环以该接收部来接收第一轴承环的内周区域。
该聚合物回转滑动轴承还包括由在摩擦学上适合的聚合物(“摩擦聚合物”)制成的滑动元件。这些滑动元件以环形布置设置在第一轴承环和第二轴承环之间，用于使两个轴承环在轴向上和径向上脱耦。这些滑动元件为此在轴向平面中分别具有基本L形的横截面，使得轴向滑动面设置在轴向区域上而径向滑动面设置在径向区域上。
由实用新型文献DE 20 2004 006 697U1也已知一种类似的轴向/径向滑动轴承，被视为最接近的现有技术。
这种滑动轴承的优点尤其在于：小的摩擦、不需要保养地运行、廉价制造、坚固的结构和高的抗磨损强度。
有利的轴承特性决定性地通过所使用的聚合物滑动元件达到。这些滑动元件专门针对每个希望的轴承直径来适应性制造，例如以压铸方法。相应地，伴随着不同的轴承直径的制造也会带来用于制造滑动元件的模具的相应成本。相应大数量构件的仓储管理也带来一定的费用。
发明内容
因此，本发明的目的在于，使得能够仅以一种滑动元件几何形状或者说构件形状而实现不同的轴承直径。
根据本发明，该目的通过根据本发明的轴向/径向滑动轴承以及独立于此地也通过根据本发明的相应聚合物滑动元件实现。在此，轴向/径向滑动轴承不仅理解为用于主要承受轴向负载的应用场合的滑动轴承，而且理解为用于主要承受径向负载的应用场合的滑动轴承(有时也称为径向/轴向轴承)。
对于根据本发明的所述类型滑动轴承或者根据本发明的所述类型聚合物滑动元件，根据本发明设置，滑动元件的径向区域具有至少一个铰链连接部，它使径向区域的两个部段柔性地、从而可相对彼此运动地连接。仅以一个这样的铰链连接部或者说以分为两个可相对彼此运动地连接的部段的一个径向区域已可达到：轴承环之间的滑动元件能够适配于轴承环的不同直径。在此，布置在径向区域中的铰链连接部允许滑动元件能根据轴承直径调节绕轴承轴线的曲率并因而允许该滑动元件安置到不同直径的轴承环之间的径向间隙中。
由此，具有确定的预给定滑动元件几何形状的滑动元件可有效地置入到不同大小(即至少对于确定区域来说轴承直径不同)的轴承环之间。
在此，不需要改变第一和第二轴承环的已知结构。根据本发明的滑动元件原则上适合于用在任意的回转轴承中，尤其是内部轴承环具有U形横截面并且支承盘形外环的回转轴承。当然，所述滑动元件同样适合于具有处于外部的U形横截面的相反结构形式。在这两种情况中，所述滑动元件都具有折曲的、最广义的L形横截面，其具有两个横向于彼此的区域，由这些区域构成轴向的第一滑动面(因此在此称为轴向区域)和径向的第二滑动面(因此在此称为径向区域)。
优选，铰链连接部在滑动元件的径向区域中类似薄膜铰链地制成，即，通过具有与滑动元件的其余壁厚相比减小的壁厚的区域来实现。该具有减小的壁厚的区域分别连接至少径向区域的两个相邻的、比较刚性的部段。由此可实现仅由一种材料完成一体式制造。
铰链连接部原理上也可通过附加的柔性塑料实现，该柔性塑料与在摩擦学上合适的塑料以适合的方式配对，例如注塑在其上。替代地或附加地，铰链连接部也可用其它方式获得，如通过材料削弱，例如借助两个部段之间的穿孔。
因此，概念“铰链连接部”在此应最广义地理解为一个区段，它与径向区域内的邻接部段相比具有更高的柔性。这种柔性可通过附加的、具有更小弹性模量的材料达到。优选，附加的柔性通过滑动元件内的起铰链作用的区段的相应构型获得，该滑动元件由所提到的聚合物一体地制成。
在可投入使用的组件中，具有较高柔性的铰链轴线或者区段优选基本平行于轴承轴线延伸，并且在所述径向滑动面或者说所述径向区域的整个轴向延伸尺寸上延伸。原则上，铰链连接部的走向可相对于轴承轴线倾斜设置，然而该走向应该具有至少一个足够大的轴向部分，以允许围绕轴承轴线的、能调整的弯曲。
为了允许在尽可能大的直径范围内使用，优选设置，滑动元件的径向区域具有多个根据本发明的铰链连接部。因此，径向区域优选通过多个铰链连接部分划分相应数量的柔性连接的部段。由此，也可在铰链连接部具有相对高刚性的情况下，例如在壁厚减小或其他材料削弱尽可能小的情况下，以所述滑动元件整体上获得径向区域围绕轴承旋转轴线的较强弯曲。
为了尽可能大地构造折径向区域在弯方向或旋转方向上的柔性，符合目的的是，滑动元件的径向区域仅在唯一一个部段的长度上、例如在两个中部铰链连接部之间，与横向的轴向区域连接。比较刚性的所述部段或区域之间的连接部也优选通过另一铰链连接部柔性地实现。该另一铰链连接部的轴线优选垂直于根据本发明的铰链连接部在径向区域中的轴线。
根据使用了该滑动元件的轴向/径向滑动轴承的直径不同，相邻滑动元件的轴向区域之间当然出现不同的间隙尺寸。为了减小或避免滑动元件之间由于这种缝隙而出现的相对运动和与此伴随的磨损，滑动元件的轴向区域优选具有连接器，以使轴向区域在彼此上固定。尤其符合目的的是布置在外部角上的形状锁合连接器。由此，相邻滑动元件的相对置的棱边能够以简单的方式可拆卸地固定在彼此上。例如，轴向区域的棱边或角部上的卡锁钩-环眼快速连接器能够以压铸方法简单地制成。
在根据本发明的滑动元件中尤其有利的是，设置一个或多个附加的、在横向方向上(尤其垂直于径向区域中的铰链连接部)延伸的收缩部或横截面减小部。由此，即使在摩擦聚合物刚性的情况下也可提高轴向区域的可弯性，由此避免由于折弯部引起的拱曲而增大的磨损或者不希望的夹紧。
为了使彼此相继的滑动元件的轴向区域之间的与轴承直径相关地变化的间隙尺寸保持尽可能小，符合目的的是：至少轴向区域在基本轮廓中基本实施为对称的梯形，所述梯形具有两个相同的腰，它们夹成一个比较小的角度，尤其是小于等于20°、优选小于15°的角度。
在一种实际优选构型中，在两个轴承环之间布置两个在轴向上对置的滑动环，这两个滑动环由多个彼此串联的单个聚合物滑动元件组成。由各个滑动元件组成的两个轴承环允许这些轴承环在轴向上和径向上相对彼此优化地支承。然而在其它情况下，例如当径向支承具有决定作用时，也可通过径向区域的相应构型，设置仅唯一一个由聚合物滑动元件组成的滑动环。
在这两种情况中，根据本发明的聚合物滑动元件在周向上彼此相继地串联，符合目的地没有显著的中间缝隙或间隙，并且这样分别构成近似连续的盘形轴向轴承面和近似连续的环形径向轴承面。
根据本发明的聚合物滑动元件尤其使得能够实现具有大轴承直径的轴向/径向滑动轴承，例如大于250mm，优选大于500mm。在此，轴承直径是指的是处于内部的轴承环的净内直径。在这种数量级的直径的情况下，一般也可用已提到的摩擦聚合物以简单的方式例如通过类似薄膜铰链的材料削弱在制造过程中产生根据本发明的铰链连接部。
前述作为优选说明的结构特征，只要它们涉及聚合物滑动元件，也分别针对根据本发明的聚合物滑动元件独立地要求保护。根据本发明的聚合物滑动元件尤其适合、但不仅仅适合于用在不同直径的轴向/径向滑动轴承中，尤其聚合物回转轴承中。通过所述铰链连接部，根据本发明的聚合物滑动元件也可选择式地在直线聚合物滑动轴承中使用。
除了根据本发明构型的滑动元件外，本发明还涉及这种滑动元件在任意构型的轴向/径向滑动轴承中的使用，尤其在任意构型的、具有两个能相对彼此旋转的轴承环的滑动轴承中的使用。
附图说明
由下文中参考附图对优选实施例的详细说明得知本发明的进一步细节、优点和特征。附图示出：
图1A具有聚合物滑动元件的本发明轴向/径向滑动轴承沿着轴承轴线的横截面；
图1B该轴向/径向滑动轴承的俯视图；
图2A沿着假想轴承轴线的俯视图中的本发明滑动元件优选实施例；
图2B图2A中的滑动元件从一侧看的立体视图；
图2C图2A中的滑动元件从另一侧看的立体视图。
具体实施方式
在图1A-1B中以一般地以10标记轴向-径向滑动轴承。它包括第一轴承环11和第二轴承环12，这些轴承环以已知方式制成，典型地都由金属、例如由铝制成。这两个轴承环11、12之一或两者都可以由合适的塑料制成。第二轴承环12在示出的例子中实施为内环，具有基本U形的横截面。由此，第二轴承环12形成一个接收部，第一轴承环11的处于径向内部的区域全面地被接收在该接收部中。第二轴承环12如从图1A最清楚地看到的那样由两个通过拧紧连接相互法兰式贴靠的部分组合成。第一轴承环11在示出的例子中作为外环并且一体地实施。由于这两个轴承环11、12之间的相应的间隙或缝隙，它们能围绕轴承轴线A相对彼此旋转。两个轴承环11、12具有轴向孔13，用于固定要以能旋转的方式连接的、在此未详细示出的部件。关于合适的轴承环11、12的其它已知特征，参阅开头所述的现有技术。
图1A还示出由摩擦聚合物制成的滑动元件20，它们布置在第一和第二轴承环11、12之间，更确切地说在第二轴承环12中的接收部的区域中。在此，分别由多个在周向彼此相继的滑动元件20形成两个对置的滑动环，它们使轴承环11、12在轴向上和径向上脱耦并且形成用于这些轴承环的滑动面。为了该目的，滑动元件20在包含旋转轴线A(见图1A)的横截面平面中分别具有近似L形的横截面，该横截面具有轴向区域21和相对于轴向区域21横向地、尤其基本垂直地折曲的径向区域22。
在图2A-2C中详细示出本发明滑动元件20。该滑动元件20由在摩擦学方面适合于轴承环11、12的轴向支承和径向支承的聚合物制成，优选一体地以压铸方法制造。在图2A的平面中，轴向区域21以它的大的外侧面形成两个对置的轴向滑动面，用于在旋转轴线A的方向上支撑轴承环11、12。相应地，径向区域22在每个大的外侧面上形成一个大致垂直于轴向滑动面、在工作状态中轻微弯曲延伸的径向滑动面，用于径向支撑或支承。
滑动元件20的径向区域22具有多个铰链连接部23，在示出的该例子中具有两个铰链连接部23。这些铰链连接部23将径向区域22分为相应数量的、在此三个部段24，并且使这些部段24柔性地或者说可相对彼此运动地连接。如图2B所示，铰链连接部23这样实施：它们使得这些部段24能够围绕处于它们之间的摆动轴线S(见图2B)相对彼此的折曲或弯曲。这些铰链连接部23在此这样实施：使得摆动轴线S在工作状态中大致平行于旋转轴线A延伸。由此达到，滑动元件20，尤其径向区域22，适配于轴向/径向滑动轴承10的当前直径D(见图1A-1B)。相应地，具有预定几何形状的滑动元件20可根据本发明运用于不同的直径D，例如用于具有从500mm到600mm或更大的范围内的直径D的轴承。
在根据图2A-2C的优选实施中，铰链连接部23分别以薄膜铰链的方式制成，即，分别通过径向区域22在两个相对刚性的部段24之间的过渡区中的减小的壁厚来实现。但也不排除铰链连接部23的其他实现方式。
为了不影响部段24相对彼此的可弯性，径向区域22仅在唯一一个部段24(在此是中间部段)的尺寸上与轴向区域21连接。为此，如从图2C中最清楚地看出的那样，符合目的地设置另一铰链连接部25，使得轴向区域21和径向区域22之间的连接也柔性地实施。该另一铰链连接部25允许轴向区域21和径向区域22之间围绕在图2C中以点划线表示的横轴线T弯折，该横轴线基本垂直于摆动轴线S或者说相切于滑动轴承10的旋转方向延伸。
图2A-2C还示出，垂直于径向区域22的铰链连接部23的摆动轴线S延伸的另外一些横截面减小部28分别相对于第一横轴线T错开并且平行地(由图2C可见)延伸。还可以垂直于第一横轴线T(由图2C可见)置另外的横截面减小部，它们能够特别简单地通过铰链连接部23的高度上的延长部实现。通过合适地布置这种横截面减小部28，轴向区域21的可弯性根据需要不依赖于滑动元件20的材料地适配。
如图2A-2C所示，符合目的的是，扁平布置的整个滑动元件20的、至少尽可能大的轴向区域21的基本轮廓按照等腰梯形来构型。在此，两个相同的腰可夹成小于20°、优选小于15°的角度并且朝向假想旋转轴线A逐渐收缩。在图2A中为了清楚说明而以点虚线表示出相应的半角α。由此，在相邻的轴向区域21之间和相邻的径向区域22之间，周向上的间隙宽度得到优化。
图2B-2C示出，在滑动元件20的外角部上布置有卡锁钩26以及适合用于接收相邻滑动元件20的卡锁钩26的环眼27。滑动元件20上的卡锁钩26和环眼27使得相邻的滑动元件20能够形状锁合地连接，以便在相对于旋转轴线A而言的周向上或者说切向上防松。
最后要指出，在图2A-2C中示出径向区域22的扁形的、平面的布置，然而，部段24之间围绕摆动轴线S的角度可通过铰链连接部23在大的范围内自由选择或者说根据直径D调整。但是，从2A-2C中所示的平面布置也可得知这些滑动元件20适合用于直线形滑动轴承。
附图标记列表
10 轴向-径向滑动轴承
11 第一轴承环
12 第二轴承环
13 孔
20 滑动元件
21 轴向区域
22 径向区域
23 铰链连接部
24 部段
25 铰链连接部
26，27 形状锁合连接器
28 横截面减小部
A 旋转轴线
D (内)直径
S 摆动轴线
T 横轴线
α 半角(梯形两腰之间)

Claims (26)

1.具有聚合物滑动元件(20)的轴向-径向滑动轴承(10)，包括：
能够相对于彼此绕轴承轴线(A)旋转的第一轴承环(11)和第二轴承环(12)，其中，第二轴承环(12)形成基本U形的横截面，以便至少局部地接收所述第一轴承环(11)；
由聚合物制成的滑动元件(20)，所述滑动元件布置在所述第一轴承环和第二轴承环之间，以使这些轴承环在轴向上和径向上脱耦，其中，所述滑动元件(20)分别具有基本L形的横截面，所述横截面具有带有轴向滑动面的轴向区域(21)和带有径向滑动面的径向区域(22)；
其特征在于，所述滑动轴承(20)的径向区域(22)具有至少一个铰链连接部(23)，所述铰链连接部使所述径向区域的两个部段(24)柔性地并且能相对彼此运动地连接，使得所述滑动元件(20)适配于所述轴向-径向滑动轴承(20)的对应的直径(D)。
2.如权利要求1所述的轴向-径向滑动轴承，其特征在于，所述铰链连接部(23)通过所述径向区域(22)中的所述部段(24)之间的减小的壁厚而类似薄膜铰链地制成。
3.如权利要求1所述的轴向-径向滑动轴承，其特征在于，所述滑动元件的所述径向区域(22)具有多个铰链连接部(23)，这些铰链连接部将所述径向区域分为多个柔性连接的部段(24)。
4.如权利要求1所述的轴向-径向滑动轴承，其特征在于，所述径向区域的仅一个部段(24)与所述轴向区域柔性地通过一个另外的铰链连接部(25)连接。
5.如权利要求1所述的轴向-径向滑动轴承，其特征在于，所述滑动元件的所述轴向区域(21)具有布置在外角部上的连接器(26，27)，用于使所述轴向区域在彼此上固定。
6.如权利要求1所述的轴向-径向滑动轴承，其特征在于，一个或多个横截面减小部(28)相对于所述径向区域(22)的所述至少一个铰链连接部(23)的摆动轴线(S)在横向上延伸，以提高所述轴向区域(21)的可弯性。
7.如权利要求1所述的轴向-径向滑动轴承，其特征在于，至少所述滑动元件的所述轴向区域(21)具有梯形基本轮廓，该梯形基本轮廓具有两个相同的腰，所述两腰夹成一个小于等于20°的角度2α。
8.如权利要求7所述的轴向-径向滑动轴承，其特征在于，所述角度2α小于等于15°。
9.如权利要求1所述的轴向-径向滑动轴承，其特征在于，在所述轴承环(11，12)之间布置有两个对置的、由多个滑动元件(20)组成的滑动环，并且，这些轴承环在轴向上和径向上相互支承。
10.如权利要求1所述的轴向-径向滑动轴承，其特征在于，所述轴向-径向滑动轴承(10)的内直径(D)为至少250mm。
11.如权利要求1所述的轴向-径向滑动轴承，其特征在于，所述轴向-径向滑动轴承(10)的内直径(D)为至少500mm。
12.如权利要求1-11之一所述的轴向-径向滑动轴承，其特征在于，所述滑动元件(20)由摩擦聚合物制成。
13.用于滑动轴承的聚合物滑动元件(20)，其中，所述滑动元件(20)具有基本L形的横截面，该横截面具有带有轴向滑动面的轴向区域(21)和带有径向滑动面的径向区域(22)，其特征在于，所述径向区域(22)具有至少一个铰链连接部(23)，所述铰链连接部使所述径向区域的两个部段(24)柔性地并且能相对彼此运动地连接，使得所述滑动元件(20) 能适配于对应的滑动轴承。
14.如权利要求13所述的聚合物滑动元件(20)，其特征在于，所述滑动元件(20)能适配于轴向-径向滑动轴承(10)的直径(D)。
15.如权利要求13所述的聚合物滑动元件(20)，其特征在于，所述铰链连接部(23)通过所述径向区域(22)中的所述部段(24)之间的减小的壁厚来类似薄膜铰链地制成。
16.如权利要求13所述的聚合物滑动元件(20)，其特征在于，所述滑动元件的所述径向区域(22)具有多个铰链连接部(23)，所述铰链连接部将所述径向区域分为多个柔性连接的部段(24)。
17.如权利要求13所述的聚合物滑动元件(20)，其特征在于，所述径向区域的仅一个部段(24)与所述轴向区域柔性地通过另一铰链连接部(25)连接。
18.如权利要求13所述的聚合物滑动元件(20)，其特征在于，所述滑动元件的所述轴向区域(21)具有布置在外角部上的连接器(26，27)，以使所述轴向区域在彼此上固定。
19.如权利要求13所述的聚合物滑动元件(20)，其特征在于，一个或多个横截面减小部(28)相对于所述径向区域(22)的所述至少一个铰链连接部(23)的摆动轴线(S)在横向上延伸，以提高所述轴向区域(21)的可弯性。
20.如权利要求13所述的聚合物滑动元件(20)，其特征在于，至少所述滑动元件的所述轴向区域(21)具有梯形基本轮廓，该梯形基本轮廓具有两个相同的腰，所述两腰夹成一个小于等于20°的角度2α。
21.如权利要求20所述的聚合物滑动元件(20)，其特征在于，所述角度2α小于等于15°。
22.用于滑动轴承的聚合物滑动元件(20)，其中，所述滑动元件(20)具有基本L形的横截面，该横截面具有带有轴向滑动面的轴向区域(21)和带有径向滑动面的径向区域(22)，所述轴向区域(21)形成所述L形的横截面的较长侧，而所述径向区域(22)形成所述L形的横截面的较短侧，其特征在于，所述径向区域(22)具有比在所述轴向区域(21)中高的柔性并且具有能相对彼此运动的部段(24)，使得所述滑动元件(20)能适配于轴向-径向滑动轴承(10)的对应的直径(D)。
23.如权利要求22所述的聚合物滑动元件(20)，其特征在于，所述径向区域(22)整体地用摩擦聚合物制成。
24.如权利要求22所述的聚合物滑动元件(20)，其特征在于，所述滑动元件的所述径向区域(22)具有多个铰链连接部(23)，所述铰链连接部将所述径向区域分为多个柔性连接的部段(24)。
25.如权利要求24所述的聚合物滑动元件(20)，其特征在于，所述径向区域(22)的仅一个部段(24)与所述轴向区域(21)柔性地通过另一铰链连接部(25)连接。
26.如权利要求22所述的聚合物滑动元件(20)，其特征在于，所述径向区域(22)的仅一个部段(24)与所述轴向区域(21)连接。
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