DD251595A5 - Gleitlagerelement mit in homogener antifrikationsschicht - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gleitlagerelement mit inhomogener Antifrikationsschicht, bestehend aus einer Stuetzschicht und einer auf der Stuetzschicht aufgebrachten Tragschicht aus einem Gleitlagerwerkstoff, die mit Abstand voneinander, im wesentlichen parallel angeordnete, zumindest ueber einen Teil der Gleitflaeche verteilte, mit einem anderen Gleitlagerwerkstoff (Fuellstoff) ausgefuellte nutartige Vertiefungen aufweist, wobei der Gleitlagerwerkstoff der Tragschicht und der die Vertiefungen ausfuellende Gleitlagerwerkstoff voneinander unterschiedliche Haerte haben, beispielsweise Radialgleitlager mit sich in axialem Abstand voneinander in Umfangsrichtung erstreckenden, mit Gleitlagerwerkstoff ausgefuellten Vertiefungen in der Tragschicht. Ziel der Erfindung ist die Verbesserung hochbelasteter Gleitlager durch Ermoeglichung der Anpassung an den Belastungsfall. Die Erfindung unterscheidet sich vom Stand der Technik dadurch, dass die Nutbreite b der Vertiefungen, die zwischen den Vertiefungen verbleibende Stegbreite s und das Verhaeltnis von Nutbreite b und Stegbreite s zusammen mit der Belastbarkeit des jeweils fuer die Tragschicht gewaehlten Lagerwerkstoffes, sowie die Nuttiefe t und das Verhaeltnis der Nutbreite b zur Nuttiefe t zusammen mit der Belastbarkeit der jeweils fuer das Ausfuellen der Vertiefungen gewaehlten Gleitlagerwerkstoffes auf die fuer das Gleitlagerelement vorgesehene spezifische Lagerbelastung p abgestimmt sind. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Gleitlagerelement mit inhomogener Antifriktionsschicht. Das Lagerelement besteht aus einer Stützschicht und einer auf der Stützschicht angebrachten Tragschicht aus einem Gleitlagerwerkstoff, die mit Abstand voneinander im wesentlichen parallel angeordnete, zumindest über einen Teil des Umfangs verteilte, mit einem anderen Gleitlagerwerkstoff (Füllstoff) ausgefüllte nutartige Vertiefungen aufweist, wobei der Gleitlagerwerkstoff der Tragschicht und der die nutartigen Vertiefungen ausfüllende Gleitlagerwerkstoff voneinander unterschiedliche Härte aufweisen, insbesondere betrifft die Erfindung Radialgleitlager mit sich zumindest über einen Teil des Umfangs erstreckenden, mit einem Gleitlagerwerkstoff ausgefüllten nutartigen Vertiefungen in der Tragschicht. Das erfindungsgemäße Element dient als Gleitlager für rotierende Wellen im Maschinenbau.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Aus der AU-PS 143992, insbesondere deren Fig. 5 und den zugehörigen Teilen der Beschreibung ist ein Gleitlager mit inhomogener Antifriktionsschicht bekannt, und zwar mit sich in Umfangsrichtung des Gleitlagers erstreckender spiralischer Rillenanordnung. Diese Rillen sind mit einem weichen Gleitlagerwerkstoff gefüllt, der nur geringe Tragfähigkeit, dafür aber gute Reibeigenschaften aufweist. Die Dimensionierung der Rillen soll gemäß der AU-PS 143992 den unterschiedlichen Betriebsbedingungen angepaßt sein. Jedoch ist keine Angabe über die tatsächliche Anpassungsweise an die Betriebsbedingungen gemacht.

Aus der AT-PS 323476 ist ein Antifriktionselement, insbesondere ein Gleitlager bekannt, das als monolithischer Preßteil ausgebildet ist, in dem abwechselnd die aus einem mit Starrschmieren vom Typ wie Graphit, Bornitrid, Molybdänsulfid einzeln oder in einem Gemisch dieser Stoffe gefüllten Konstruktionspolymere vom Typ Phenolharze, Polyester, Polyheteroarylene, Polyolefine, Polyphenyle o. dgl. Materialien bestehenden selbstschmierenden Kunststoffabschnitte angeordnet sind. Auch AT-PS 323476 gibt keinen Aufschluß über die Dimensionierung der mit Festschmiermittel gefüllten Vertiefungen in der Tragschicht.

Ferner ist es aus der EP-PS 57 808 bekannt, einen weicheren Lagerwerkstoff in sich im wesentlichen in Laufrichtung erstreckende nutartige Vertiefungen einer härteren Lagerwerkstoffschicht einzubetten, um die Vorteile eines härteren Lagerwerkstoffes mit den Vorteilen weicherer Gleitlagerwerktoffe in einem Gleitlager zu verbinden. Da durch eine Festlegung des Abstandes benachbarter Ausnehmungen für eine feine Verteilung des härteren und weicheren Lagerwerkstoffes über die Laufflächenbreite gesorgt ist, kommen die einzelnen Lagerwerkstoffe auch in einem örtlichen Belastungsbereich nicht nur für sich, sondern in ihrer Kombination zur Wirkung, so daß die Nachteile der einzelnen separaten Lagerwerkstoffe im wesentlichen ausgeschaltet sind. Die Lagerwerkstoffschicht aus einem härteren Werkstoff übernimmt dabei eine Tragfunktion, die eine relative Entlastung des weicheren Werkstoffes bedingt, was eine Erhöhung der Dauerfestigkeit und der Verschleißfestigkeit zur Folge hat. Derartige Gleitlager verhalten sich deshalb bezüglich des Notlaufverhaltens weitgehend wie Lager mit einer durchgehenden Laufschicht aus einem weicheren Lagerwerkstoff, besitzen aber solchen letzteren Lagern gegenüber den Vorteil eines bedeutend geringeren Verschleißes. Das aus der EP-PS 57808 bekannte Gleitlager soll deshalb günstige Betriebsergebnisse hinsichtlich Verschleiß und Ermüdung liefern, weil die Rillenabmessung wie Breite, Tiefe und Abstand in einer bestimmten Abhängigkeit vom Lagerdurchmesser festgelegt werden.

Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß einmal durch die angegebenen extrem weit auseinanderliegenden Maximal- und Minimalbereiche der Rillenabmessungen eine optimale Verteilung der weichen und harten Traganteile selbst in mittleren Bereichen nicht gegeben ist. Lager dieser Ausführungsform sind deshalb nicht dazu geeignet, die an sie gestellten und erwarteten hohen Anforderungen zu erfüllen, da weitere wichtige Kriterien vernachlässigt wurden. So blieb beispielsweise unberücksichtigt, daß Lager mit einem bestimmten Durchmesser völlig unterschiedlich belastet sein können und der Lagerdurchmesser als Bezugsgröße deshalb allein in keiner Weise dazu geeignet ist, Verschleiß und Ermüdung vermindernde Maßnahmen in einer für die Praxis ausreichenden Weise zu definieren.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung von Gleitlagern und Ermöglichung von deren Anpassung an den Belastungsfall.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hochbelastbares Gleitlagereiement mit inhomogener Antifriktionsschicht zu schaffen, welches die an ein hochbelastbares Gleitlager zu stellenden Forderungen voll erfüllt und dabei die Möglichkeit schafft, die für die Verminderung von Verschleiß und Ermüdung einzusetzenden Maßnahmen aufgrund der im jeweiligen Fall vorgesehenen spezifischen Lagerbelastung vorher eindeutig und reproduzierbar festzulegen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei einem Gleitlagerelement mit inhomogener Antifriktionsschicht, bestehend aus einer Stützschicht und einer auf der Stützschicht aufgebrachten Tragschicht aus einem Gleitlagerwerkstoff, die mit Abstand voneinander, im wesentlichen parallel angeordnete, zumindest über einen Teil der Gleitfläche verteilte, mit einem anderen Gleitlagerwerkstoff (Füllstoff) ausgefüllte nutartige Vertiefungen aufweist, wobei der Gleitlagerwerkstoff der Tragschicht und der die Vertiefungen ausfüllende Gleitlagerwerkstoff voneinander unterschiedliche Härte haben, beispielsweise Radialgleitlager mit sich in axialem Abstand voneinander in Umfangsrichtung erstreckenden, mit Gleitlagerwerkstoff ausgefüllten Vertiefungen in der Tragschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutbreite der Vertiefungen, die zwischen den Vertiefungen verbleibende Stegbreite und das Verhältnis von Nutbreite und Stegbreite zusammen mit der Belastbarkeit des jeweils für die Tragschicht gewählten Lagerwerkstoffes, sowie die Nuttiefe und das Verhältnis der Nutbreite zur Nuttiefe zusammen mit der Belastbarkeit der jeweils für das Ausfüllen der Vertiefungen gewählten Gleitlagerwerkstoffes auf die für das Gleitlagerelement vorgesehene spezifische Lagerbelastung abgestimmt sind.

Die erfindungswesentlichen Maßnahmen sind nicht mehr auf den Lagerdurchmesser bezogen, sondern auf die spezifische Lagerbelastung, die sich wie folgt ergibt:

ρ = spezifische Lagerbelastung in [N/mm²]

F = Lagerkraft (Last) in [N]

D = Lagernenndurchmesser in [mm] (Innendurchmesser) ~

B = tragende Lagerbreite in [mm].

Mit der gemäß der Erfindung zur Bestimmung der Dimensionierung der Vertiefung herangezogenen spezifischen Lagerbelastung wird auch der Schmierfilmdruck im Gleitlager für die Dimensionierung der nutenartigen mit anderem Gleitlagerwerkstoff gefüllten Vertiefungen maßgebend. Im Rahmen der Erfindung hat sich gezeigt, daß die Höhe der spezifischen Belastungen erheblichen Einfluß auf die Festlegungen für die nutenartigen Vertiefungen hat. Dies gilt einerseits für die vorgesehene spezifische Belastung des Gleitlagers und andererseits auch hinsichtlich der spezifischen Belastbarkeit des naturgemäß entsprechend dem vorgesehenen Einsatz gewählten Gleitlagerwerkstoffs für die Tragschicht und des ebenfalls nach solchen Gesichtspunkten gewählten Gleitlagerwerkstoffs zum Ausfüllen der nutartigen Vertiefungen. In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung lassen sich somit mathematische Beziehungen für die Bestimmungen der Breite der nutartigen Vertiefungen verbleibende Stegbreite, das Verhältnis von Nutbreite zu Stegbreite aufgrund der Belastbarkeit des gewählten Gleitlagerwerkstoffs für die Tragschicht und die tatsächlich vorgesehene spezifische Lagerbelastung aufstellen. Desgleichen lassen sich mathematische Beziehungen für die Nuttiefe der Vertiefungen und für das Verhältnis der Nutbreite und derzur Nuttiefe der nutartigen Vertiefungen in Abhängigkeit von der Belastbarkeit des zum Ausfüllen der nutartigen Vertiefungen gewählten Gleitlagerwerkstoffes (Füllstoff) und dertatsächlich vorgesehenen spezifischen Lagerbelastung aufstellen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist gekennzeichnet durch die Abstimmung von Nutbreite und Stegbreite und des Verhältnisses von Nutbreite und Stegbreite auf die für das Gleitlagerelement vorgesehene spezifische Lagerbelastung für hochbelastbare Tragschichten, d.h. Tragschichten mit Belastbarkeit von oberhalb etwa 50 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, in folgender Weise:

a) Nutbreite b [μ,ηη] gleich oder kleiner, bevorzugt aber

b) Die verbleibende Stegbreite s in [μ,Γη] gleich oder größer, bevorzugt gleich

₌ 525(6 + 20)

^Smin 118,06 + 9,652·ρ+ 6,528·10~²·ρ² + 3,889·10~³·ρ³

c) Das Verhältnis von Nutbreite b der Vertiefungen zur verbleibenden Stegbreites (b/s)_max = (1,95 bis 2,0) · (1,757 + 3,1 · 10~³ · ρ + 7,233 · 10""⁴ · ρ²).

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung wird erreicht durch die Abstimmung von Nutbreite b und Stegbreite s und des Verhältnisses von Nutbreite b und Stegbreite s auf die für das Gleitlagerelement vorgesehene spezifische Lagerbelastung ρ für gering belastbare Tragschichten, d.h. Tragschichten mit Belastbarkeit unterhalb von etwa 35 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, in der folgenden Weise:

a) Nutbreite b der nutartigen Vertiefungen in [μ,ηη] gleich oder größer, bevorzugt gleich

^b- = ⁵⁶'²⁵f+^ b) Verbleibende Stegbreite s in [^m] gleich oder kleiner, bevorzugt gleich

2050(p + 20)

118,06 + 9,652 ρ + 6,528 · 10"² R² + 3,889 · 10~³ · p³

c) Das Verhältnis von Nutbreite b zu verbleibender Stegbreite s

(b/s)_min= (0,5 bis 0,55) (0,5100 + 0,9 · 10"³ · ρ"+2,ϊ"·" 10"*-"p²)."""

Weiterhin vorteilhaft ist die Abstimmung von Nutbreite bund Stegbreite s und des Verhältnisses von Nutbreite bund Stegbreite s auf die für das Gleitlagerelement vorgesehene spezifische Lagerbelastung ρ für mittelbelastbare Tragschichten, d. h. Tragschichten mit Belastbarkeit zwischen etwa 30 und etwa 55 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, in folgender Weise:

a) Nutbreite b in [fim] der nutartigen Vertiefungen kleiner oder größer, bevorzugt aber

b) Die verbleibende Stegbreite s in [μνη] kleiner oder größer, bevorzugt aber

750(6 + 20)

Sm it ~

118,06 + 9,652 ρ + 6,528 10"' ρ² + 3,889 · 1<T^J · ρ

-3. _Λ3

c) Das Verhältnis von Nutbreite b zu verbleibender Stegbreite s (b/s)_mi, = 0,9444 + 1,6667 · 10"³ · ρ + 3 + 3,8889 · 10*⁴ · ρ².

Ebenso vorteilhaft ist die Abstimmung der Nuttiefe t in [jum] der nutartigen Vertiefungen und des Verhältnisses der Nutbreite b zur Nuttiefe t der nutartigen Vertiefungen für hochbelastbare, die Vertiefungen ausfüllende Gleitlagerwerkstoffe, d. h. Gleitlagerwerkstoffe mit Belastbarkeit oberhalb von etwa 40 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, in der folgenden Weise:

d) Nuttiefe t in [μιη] gleich oder kleiner, bevorzugt aber

1350

^w= TTTiJ ^und s

e) das Verhältnis von Nutbreite bzu Nuttiefet der nutartigen Vertiefungen (b/t)_min = 4,167 · 10~² ρ + 0,8333.

Darüber hinaus ist vorteilhaft, die Abstimmung der Nuttiefe in [μ,ηη] der nutartigen Vertiefungen und des Verhältnisses der Nutbreite b zur Nuttiefe t der nutartigen Vertiefungen für geringbelastbare, die nutartigen Vertiefungen ausfüllende Gleitlagerwerkstoffe, d.h. Gleitlagerwerkstoffe mit Belastbarkeit unterhalb etwa 26 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, in der folgenden Weise: d) Nuttiefet in [μ,ηη] gleich oder größer, bevorzugt aber

900

^tmi" - TTTiJ ^und

e) das Verhältnis von Nutbreite bzu Nuttiefet der Vertiefungen (b/t)_max = (1,95 bis 2,0) · (10,834 · 10"² ρ + 2,1666).

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist gekennzeichnet durch die Abstimmung der Nuttiefe t in [μη\] der nutartigen Vertiefungen und des Verhältnisses der Nutbreite b zur Nuttiefe t der nutartigen Vertiefungen für mittelbelastbare, die nutartigen Vertiefungen ausfüllende Gleitlagerwerkstoffe, d. h. Gleitlagerwerkstoffe mit Belastbarkeit zwischen etwa 20 und etwa 45 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche in der folgenden Weise:

d) Nuttiefe t in [/im] der Vertiefungen kleiner oder größer, bevorzugt aber

^{w =} TTUF ^und

e) das Verhältnis der Nutbreite b zur Nuttiefe t der Vertiefungen (b/t)_m-_it = 6,667 10~² ρ + 1,333.

Vorteilhaft ist auch, daß zwei Gruppen von mit Abstand voneinander im wesentlichen parallel angeordneten nutartigen Vertiefungen vorgesehen sind, und zwar in sich gegenseitig kreuzender Anordnung, wobei der gegenseitige Abstand der nutartigen Vertiefungen in der einen Gruppe unterschiedlich vom gegenseitigen Abstand der nutartigen Vertiefungen der anderen Gruppe sein kann.

Die Erfindung läßt sich sowohl bei einfacher gutartiger, sich in Laufrichtung erstreckender Ausbildung der Vertiefungen als auch bei der Ausbildung der Vertiefungen in mehreren Gruppen, beispielsweise zwei sich kreuzenden Gruppen von nutartigen Vertiefungen anwenden, und zwar auch dann, wenn die gegenseitigen Abstände der nutartigen Vertiefungen in den verschiedenen Gruppen voneinander unterschiedlich sein sollen.

Versuche haben ergeben, daß bei erfindungsgemäßer Berücksichtigung der vorgesehenen spezifischen Lagerbelastung bei der Dimensionierung der nutförmigen Vertiefungen optimale Ergebnisse hinsichtlich Dauerfestigkeit, Verschleiß und Notlauf erzielt werden.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Lösung soll nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1: ein aus zwei Gleitlagerschalen gebildetes erfindungsgemäßes Gleitlager in perspektivischer Darstellung; Fig. 2: ein erfindungsgemäßes Gleitlager in Form einer Lagerbuchse;

Fig.3: ein Schema mit den für die Berechnung des mit Vertiefungen versehenen Bereiches der Lagergleitfläche wesentlichen Kenngrößen;

Fig.4: den Bereich 5 der Fig. 1, stark vergrößert;

Fig. 5: den Bereich 5 der Fig. 1 in abgewandelter Ausführung, stark vergrößert; Fig. 6: eine stark vergrößerte Draufsicht im Bereich 6 der Fig. 1;

Fig. 7: eine Draufsicht entsprechend Fig. 6 in abgewandelter Ausführung der Erfindung; Fig. 8: eine Draufsicht entsprechend Fig. 6 in einer weiteren Abwandlung der Erfindung; Fig. 9: eine gemäß der Erfindung ausgebildete einstückige Bundlagerschale;

und Fig. 10: eine Lagerschale und zwei halbringförmige Anlaufscheiben für eine erfindungsgemäße Lageranordnung in perspektivischer Darstellung.

Im Beispiel der Fig. 1 bis 8 ist ein Gleitlager 20, bespielsweise in Form zweier Gleitlagerschalen 21 und 22 oder in Form einer Gleitlagerbuchse 23, die nahtlos oder auch gebogen und mit einem axialen Schlitz 24 gebildet sein kann, an der Lagergleitfläche25 mit nutartigen Vertiefungen 26 in der Tragschicht 27 versehen. Die Lager-Mittelachse 28 ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt.

Im Beispiel der Fig. 1 ist das Gleitlager 20 aus zwei Gleitlagerschalen 21 und 22 gebildet, die nutartige Vertiefungen 26 in ihrer Tragschicht 28 aufweisen.

Für die nutartigen Vertiefungen 26 kommen verschiedene Ausführungsformen in Betracht, beispielsweise kreisförmig ringsum laufende Nuten, wie sie in Fig. 6 in Draufsicht dargestellt sind. Die nutartigen Vertiefungen 26 könnten auch schraubenförmig mit kleinem Steigungswinkel bis zu 15° ausgebildet sein. Zwischen den nutartigen Vertiefungen 26 und den dazwischen stehengebliebenen Stegen 29sind — wie besondersaus Fig.3ersichtlich—folgende Kenngrößen wesentlich:

a: Der Abstand von Stegmitte zu Stegmitte;

b: die Nutbreite im Bereich der Gleitfläche;

s: die verbleibende Stegbreite im Bereich der Gleitfläche;

t: die Nuttiefe.

Von den von diesen Kenngrößen abgeleiteten Verhältnissen ist besonders die Relation der Ausnehmungsbreite bzur verbliebenen Stegbreite s von Bedeutung. Für die Berechnung dieser Kenngrößen und der Relation von Ausnehmungsbreite b zur verbleibenden Stegbreite sind Minimumwerte, Maximumwerte und mittlere Werte aufgrund der spezifischen Lagerbelastung ρ zu ermitteln, wobei

ρ [N/mm²] zu errechnen ist aus

F = Lagerkraft (Last) in [N],

D = Lagernenndurchmesser in [mm] (Innendurchmesser),

B = tragende Lagerbreite in [mm] nach der Formel:

P =

D-B

Auf dieser Grundlage sind zu berechnen:

a) Lagerbreite b in [μτν\] der nutartigen Vertiefungen 26 bzw. Ausnehmungen; für hochbelastbare Tragschichten, d. h. Tragschichten mit Belastbarkeit oberhalb etwa 50 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, gleich oder kleiner, bevorzugt aber

ρ+12,5

für geringbelastbare Tragschichten, d. h. Tragschichten mit Belastbarkeit unterhalb etwa 35N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, gleich oder größer, bevorzugt aber

U _ CR OC P + 20

"min — 00,^0 -Γ"

p+12,5

für mittelbelastbare Tragschichten, d.h. Tragschichten mit Belastbarkeit zwischen etwa 30 und etwa 55 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, kleiner oder größer, bevorzugt aber

p+12,5

b) die verbleibende Stegbreite sin [μ,ιη]:

für geringbelastbare Tragschichten, d.h. Tragschichten mit Belastbarkeit unterhalb etwa 35 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, gleich oder kleiner, bevorzugt aber

2 050 (ρ+ 20)

118,06 + 9,652 ρ + 6,528 10"² · ρ² + 3,889 · 10'³ ρ³

für hochbelastbare Tragschichten, d. h. Tragschichten mit Belastbarkeit oberhalb etwa 50 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, gleich oder größer, bevorzugt aber

525(p + 20)

118,06 + 9,652 · ρ + 6,528 · 10"² · ρ² + 3,889 - 10~³ - ρ³

für mittelbelastbare Tragschichten, d.h. Tragschichten mit Belastbarkeit zwischen etwa 30 und 55 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, kleiner oder größer, bevorzugt aber

750(p+ 20)

118,06 + 9,652 · ρ + 6,528 10~² · ρ² + 3,889 · 10"³ · ρ³

c) Die Nuttiefe tin [/zrrt]:

für hochbelastbare Füllstoffe, d.h. Gleitiagerwerkstoffe mit Belastbarkeit oberhalb von etwa 40N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, gleich oder kleiner, bevorzugt aber

1350

ρ + 12,5

für geringbelastbare Füllstoffe, d.h. Gleitlagerwerkstoffe mit Belastbarkeit unterhalb von etwa 20N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, gleich oder größer, bevorzugt aber

900

""" ρ + 12,5

für mittelbelastbare Füllstoffe, d. h. Gleitlagerwerkstoffe mit Belastbarkeit zwischen etwa 20 und etwa 45 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, kleiner oder größer, bevorzugt aber

1125

'mit —

p + 12,5

d); die Relation von Nutbreite b zu verbleibender Steg breite s:

für hochbelastbare Tragschichten, d. h. Tragschichten mit Belastbarkeit oberhalb etwa 50 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche,

(b/s)_max = (1,95 bis2,0) · (1,757 + 3,1 · 10"³ · ρ + 7,233 · 10-" p²)

für geringbelastbare Tragschichten, d. h. Tragschichten mit Belastbarkeit unterhalb etwa 35 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche,

(b/s)_min = (0,5 bis 0,55) · (0,5100 + 0,9 · 10~³ ρ + 2,1 · 1<Γ⁴ · ρ²)

für mittelbelastbare Tragschichten, d.h. Tragschichten mit Belastbarkeit zwischen etwa 30 und etwa 55N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche,

(b/s)_mit = 0,9444 + 1,6667 10"³ · ρ + 3,8889 10"⁴ · p²

und die Abhängigkeit der gewählten Nutbreite (b) in Relation zu der Nuttiefe (t) für hochbelastbare Füllstoffe, d.h. Gleitlagerwerkstoffe mit Belastbarkeit oberhalb von etwa 40 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche,

(b/t)_min = 4,167 · 10~² · ρ + 0,8333

fürgeringbelastbare Füllstoffe, d.h. Gleitlagerwerkstoffe mit Belastbarkeit unterhalb von etwa 20 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerflä'.he,

(b/t)_max = 10,834 · 10~² · ρ + 2,1666

für mittelbelastbare Füllstoffe, d. h. Gleitlagerwerkstoffe mit Belastbarkeit zwischen etwa 20 und etwa 45 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, (b/t)_mit = 6,667 · 10'² ρ + 1,333,

erfüllt sein muß,

wobei ρ = spezifische Lagerbelastung in N/mm²

F P =

D-B

Hierbei ist berücksichtigt, daß grundsätzlich für die Dimensionierung der nutenförmigen Vertiefungen z. B. eines derartigen Gleitlagers nicht allein der Lagerdurchmesser, sondern vor allem der Schmierfilmdruck maßgebend ist. Vereinfacht kann anstelle des Schmierfilmdruckes die spezifische Lagerbelastung eingesetzt werden. Dabei hat sich gezeigt, daß bei hohen spezifischen Belastungen andere Festlegungen der maßgeblichen Größen für die nutförmigen Ausnehmungen (Breite, Tiefe, Abstand) vorteilhafter sind, als bei niedrigen spezifischen Belastungen. Insbesondere wirkt sie sich überraschenderweise in Verbindung mit der Auswahl des Gleitlagerwerkstoffes für die Trägerschicht sowie des Füllstoffes in den nutartigen Vertiefungen auf die konstruktive Auslegung der Vertiefungen in Breite und Tiefe aus. Hierdurch lassen sich Dauerfestigkeit und Verschleißfestigkeit eines Gleitlagers optimal günstig beeinflussen. Die Anwendung verschiedener Werkstoffe für die Trägerschicht und verschiedener Füllstoffe erfordert dementsprechend unterschiedliche Dimensionierung der Vertiefungen. In den obigen Erläuterungen sind Angaben enthalten, wie diese Werkstoffeigenschaften zu berücksichtigen sind. Versuche haben ergeben, daß bei Berücksichtigung der oben erläuterten Dimensionierung der nutartigen Vertiefungen optimale Ergebnisse hinsichtlich Dauerfestigkeit, Verschleiß und Notlauf erzielt werden.

Die nutartigen Vertiefungen können in sich geschlossene ringförmige Nuten bilden, bevorzugt wird man jedoch ringförmige Vertiefungen in schraubenförmiger Anordnung vorsehen.

Wie aus dem in Fig. 5 stark vergrößert dargestellten Bereich 5 der Fig. 1 ersichtlich, kann der die nutartigen Vertiefungen 26 füllende Gleitlagerwerkstoff über die stehengebliebenen Rippen bzw. Felder bzw. Stege 29 hinaus zu einer geschlossenen Gleitschicht 30 ausgebildet sein. Jenach den benutzten Gleitlagerwerkstoffen der Tragschicht 27 und des die nutartigen Vertiefungen 26 füllenden und ggf. die Gleitschicht 30 bildenden Materials kann zwischen der Tragschicht 27 und dem die nutartigen Vertiefungen 26 füllenden und ggf. die Gleitschicht 30 bildenden Material eine Diffusionssperrschicht oder eine Bindungsschicht 31 vorgesehen werden, die eine Dicke zwischen etwa 0,5 und 2μηι haben kann. Im Unterschied hierzu zeigt Fig.4 im vergrößerten Bereich 4 der Fig. 1 alternativ einen bündigen Abschluß der Stege 29 mit der Gleitschicht 30 bzw. der Füllung der nutartigen Vertiefungen 26.

Wie die Fig. 4 und 5 ferner zeigen, ist die Tragschicht 27 auf einem geeigneten Substrat 32 angebracht, beispielsweise einer Schale oder Buchse aus Stahl.

Die Form der nutartigen Vertiefungen kann verschieden sein, beispielsweise können die nutartigen Vertiefungen 26 in Art eines Kreuzgewindes ausgebildet sein, so daß sich zwischen den nutartigen Vertiefungen 26 rautenförmige oder in anderer Weise viereckige Felder, Stege 29, ergeben, wie dies Fig. 7 zeigt. Zusätzlich zu einem Kreuzgewinde können die nutartigen Vertiefungen 26 auch noch sich quer erstreckende Nuten 26a aufweisen, so daß sich dreieckförmige, stehengebliebene Stege 29 ergeben, wie diese Fig. 8 zeigt. Die gegenseitigen Abstände der sich kreuzenden nutartigen Vertiefungen 26 sind in den Fig.7 und 8 als gleich groß dargestellt. Es kann aber auch in der einen Gruppe von Vertiefungen 26 anderer gegenseitiger Nutabstand als in der sie kreuzenden Gruppe von Vertiefungen 26 vorgesehen sein.

Fig.9 zeigt eine Bundlagerschale 22a, die in ihrem Radiallagerteil eine Lagergleitfläche 25 mit nutartigen Vertiefungen 26 in der Tragschicht 27 enthält. Der eine Bund 35 ist an seiner Tragschicht 27 mit nutartigen Vertiefungen 26 ausgebildet, die in diesem Beispiel spiralförmig, d.h. sich in Umfangsrichtung aufweitend ausgebildet sind. Die nutartigen Vertiefungen 26 könnten in diesem Beispiel auch konzentrisch zur Lagermittelachse ausgebildet sein. Wie beim Radiallagerteil sind auch im Bund 35 die nutartigen Vertiefungen 26 mit Gleitlagerwerkstoff gefüllt, wobei dieser Lagerwerkstoff auch die zwischen den nutartigen Vertiefungen angeordneten Rippen oder Felder noch überdecken kann. Der zweite Bund 36 der Lagerschale 22 gemäß Fig. 9 kann wie der erste Bund oder auch in herkömmlicher Weise mit glatter Oberfläche seiner Tragschicht ausgebildet sein. Zur Bildung eines vollständigen Gleitlagers wird eine Bundlagerschale gemäß Fig. 9 mit einer zweiten Bundlagerschale zusammengesetzt, die in gleicher Weise wie diejenige nach Fig. 9 oder auch in herkömmlicher Weise ausgebildet sein kann. Gleiche oder ähnliche Ausbildung wie bei einer einstückigen Bundlagerschale 22 a kann auch bei solchen Gleitlagern vorgesehen werden, bei denen die Bunde als getrennte Anlaufscheiben 38 und 39 ausgebildet und mittels Verbindungslaschen an den Radiallagerteil direkt angesetzt sind.

Im Beispiel der Fig. 10 handelt es sich um eine Lageranordnung, bei der der Radiallagerteil durch zwei Gleitlagerschalen 21 und 22 (Fig. 1) gebildet ist. Die Gleitlagerschale 22 hat eine Lagergleitfläche 25, in welcher dieTragschicht mit nutartigen Vertiefungen 26 versehen ist. Berührungsfrei zu diesem Radiallagerteil sind Axiallagerteile eingesetzt, und zwar Anlaufscheiben 38 und 39, die mit seitlichem Abstand von den Seitenkanten des Radiallagerteiles in die Lageraufnahme eingesetzt sind. Die eine Anlaufscheibe 38 oder auch beide Anlaufscheiben 38 und 39 weisen nutartige Vertiefungen in ihrer Tragschicht auf, die konzentrisch zur Lagermittelachse verlaufen. Es könnten stattdessen aber auch spiralförmig verlaufende nutärtige Vertiefungen vorgesehen sein.

Bei allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die verschiedensten Kombinationen von Gleitlagerwerkstoffen möglich, beispielsweise kann die Tragschicht 27 aus Bleibronze bestehen. Der die nutartigen Vertiefungen 26 füllende Gleitlagerwerkstoff kann Weißmetall-Lagerlegierung sein, bevorzugt kann hierzu eine Zinn-Antimon-Legierung vom Typ SnSb7 benutzt werden. Anstelleder in Fig.4gezeigten Gleitschicht 30 kann auch eine Überdeckung der stehengebliebenen Rippen bzw. Felder bzw. Stege 29 mit einer Schicht aus Blei-Zinn-Legierung oder Zinn-Antimon-Legierung mit einer Dicke von 0,5 bis 2μηι vorgenommen werden.

Eine andere vorteilhafte Materialpaarung in einer Gleitlagerschale 22 bzw. einer Gleitlagerbuchse 23 kann beispielsweise darin bestehen, daß die Tragschicht 27 aus einer Aluminium-Legierung, vorzugsweise AIZn4, 5SiCuPbMg besteht und die nutartigen Vertiefungen mit einer Weißmetall-Gleitlagerlegierung ausgefüllt sind, vorzugsweise auf der Basis von PbSnCu. In solchem Fall wird eine Bindungsschicht 31 aus Nickel oder CuSn vorzusehen sein.

Claims (8)

1. Gleitlagerelement mit inhomogener Antifriktionsschicht, bestehend aus einer Stützschicht und einer auf der Stützschicht aufgebrachten Tragschicht aus einem Gleitlagerwerkstoff, die mit Abstand voneinander, im wesentlichen parallel angeordnete, zumindest über einen Teil der Gleitfläche verteilte, mit einem anderen Gleitlagerwerkstoff (Füllstoff) ausgefüllt nutartige Vertiefungen aufweist, wobei der Gleitlagerwerkstoff der Tragschicht und der die Vertiefungen ausfüllende Gleitlagerwerkstoff voneinander unterschiedliche Härte haben, beispielsweise Radialgleitlager mit sich in axialem Abstand voneinander in Umfangsrichtung erstreckenden, mit Gleitlagerwerkstdff ausgefüllten Vertiefungen in der Tragschicht, gekennzeichnet dadurch, daß die Nutbreite b der Vertiefungen, die zwischen den Vertiefungen verbleibende Stegbreite s und das Verhältnis von Nutbreite b und Stegbreite s zusammen mit der Belastbarkeit des jeweils für die Tragschicht gewählten Lagerwerkstoffes, sowie die Nuttiefe t und das Verhältnis der Nutbreite b zur Nuttiefet zusammen mit der Belastbarkeit der jeweils für das Ausfüllen der Vertiefungen gewählten Gleitlagerwerkstoffes auf die für das Gleitlagerelement vorgesehene spezifische Lagerbelastung ρ abgestimmt sind.

2. Gleitlagerelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Abstimmung von Nutbreite b und Stegbreite s und des Verhältnisses von Nutbreite b und Stegbreite s auf die für das Gleitlagerelement vorgesehene spezifische Lagerbelastung ρ für hochbelastbare Tragschichten, d. h. Tragschichten mit Belastbarkeit von oberhalb etwa 50 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, in folgender Weise:

a) Nutbreite b (μηη) gleich oder kleiner, bevorzugt aber

ρ+ 12,5

b) Die verbleibende Stegbreite s in (μ,ιτι) gleich oder größer, bevorzugt gleich

525 (ρ + 20)

118,06 + 9,652 · ρ + 6,528 · 10~² · ρ² + 3,889 · 10"³ · ρ

c) Das Verhältnis von Nutbreite b der Vertiefungen zur verbleibenden Stegbreite s (b/s)_max = (1,95 bis 2,0) · (1,757 + 3,1 · 10~³ · ρ + 7,233 · 10~⁴ · p²).

3. Gleitlagerelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Abstimmung von Nutbreite bund Stegbreite s und des Verhältnisses von Nutbreite b und Stegbreite s auf die für das Gleitlagerelement vorgesehene spezifische Lagerbelastung ρ für gering belastbare Tragschichten, d. h. Tragschichten mit Belastbarkeit unterhalb von etwa 35 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, in der folgenden Weise:
a) Nutbreite b der nutartigen Vertiefungen in (fim) gleich oder größer, bevorzugt gleich

b · -56 25 P ^{+ 20}
D_mm bb,^b P₊₁₂₅

b) Verbleibende Stegbreite s in (μ.ιτι) gleich oder kleiner, bevorzugt gleich

2 050(p + 20)

Smav — "

118,06 + 9,652 · ρ + 6,528 · 10~² ρ² + 3,889 · 10~³ · ρ

c) Das Verhältnis von Nutbreite b zu verbleibender Stegbreites (b/s)_min = (0,5 bis 0,55) · (0,5100 + 0,9 · 10~³ · ρ + 2,1 · 1(T⁴· p²).

4. Gleitlagerelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Abstimmung von Nutbreite b und Stegbreite s und des Verhältnisses von Nutbreite b und Stegbreite s auf die für das Gleitlagerelement vorgesehene spezifische Lagerbelastung ρ für mittelbelastbare Tragschichten, d. h. Tragschichten mit Belastbarkeit zwischen etwa 30 und etwa 55 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, in folgender Weise:

a) Nutbreite b in [μηη] der nutartigen Vertiefungen kleiner oder größer, bevorzugt aber

h -m P + ²⁰
b_mit-75 . _{+ 12(5}

b) Die verbleibende Stegbreite in s [/im] kleiner oder größer, bevorzugt aber

_ 750(0 + 20)

^Smit ~ 118,06 + 9,652 · ρ + 6,528 · 10~² · p² + 3,889 · 10~³ · p³

c) Das Verhältnis von Nutbreite b zu verbleibender Stegbreite s (b/s)_mit = 0,9444 + 1,6667 · 10~³ · ρ + 3 + 3,8889 ·10"⁴· p².

5. Gleitlagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Abstimmung der Nuttiefe t in [μηι] der nutartigen Vertiefungen und des Verhältnisses der Nutbreite b zur Nuttiefe t der nutartigen Vertiefungen für hochbelastbare, die Vertiefungen ausfüllende Gleitlagerwerkstoffe, d. h. Gleitlagerwerkstoffe mit Belastbarkeit oberhalb von etwa 40 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, in derfolgenden Weise:

d) Nuttiefet in [μΐη] gleich oder kleiner, bevorzugt aber

₊ 1350

^{t =}

^und

e) das Verhältnis von Nutbreite b zu Nuttiefe t der nutartigen Vertiefungen (b/t)_min = 4,167 · 10"² · ρ + 0,8333.

6. Gleitlagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Abstimmung der Nuttiefe in [μίτι] der nutartigen Vertiefungen und des Verhältnisses der Nutbreite b zur Nuttiefe t der nutartigen Vertiefungen für geringbelastbare, die nutartigen Vertiefungen ausfüllende Gleitlagerwerkstoffe, d. h. Gleitlagerwerkstoffe mit Belastbarkeit unterhalb etwa 25 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche, in derfolgenden Weise:
d) Nuttiefe t in [μίτι] gleich oder größer, bevorzugt aber

- ⁹⁰⁰ und

^mm ρ + 12,5

e) das Verhältnis von Nutbreite b zu Nuttiefet der Vertiefungen (b/t)_max = (1,95 bis 2,0) · (10,834 · ΙΟ"² · ρ + 2,1666).

7. Gleitlagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Abstimmung der Nuttiefe t in [μιη] der nutartigen Vertiefungen und des Verhältnisses der Nutbreite b zur Nuttiefe t der nutartigen Vertiefungen für mittelbelastbare, die nutartigen Vertiefungen ausfüllende Gleitlagerwerkstoffe, d.h. Gleitlagerwerkstoffe mit Belastbarkeit zwischen etwa 20 und etwa 45 N/mm², bezogen auf die projizierte Lagerfläche in derfolgenden Weise:

d) Nuttiefe t in [μ(η] der Vertiefungen kleiner oder größer, bevorzugt aber

1125
^{tmit = Und}

e) das Verhältnis der Nutbreite b zur Nuttiefe t der Vertiefungen: (b/t)_mit = 6,667 · 10"² · ρ + 1,333.

8. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß zwei Gruppen von mit Abstand voneinander im wesentlichen parallel angeordneten nutartigen Vertiefungen vorgesehen sind, und zwar in sich gegenseitig kreuzender Anordnung, wobei der gegenseitige Abstand der nutartigen Vertiefungen in der einen Gruppe unterschiedlich vom gegenseitigen Abstand der nutartigen Vertiefungen der anderen Gruppe sein kann.

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