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Gleitlager für radiale Drücke mit mindestens drei auf Kugelflächen
mittel- oder unmittelbar am Lagergehäuse schwenkbar gelagerten Gleitstützkörpern
Für Präzisionswerkzeugmaschinen können für die Werkstückspindellagerung und bei
Schleifmaschinen außerdem für die Schleifscheibenlagerung nur Gleitlager wegen ihres
ruhigen und schwingungsarmen Laufes verwendet werden. Das erstere ergibt sich daraus,
daß die Welle beim Gleitlager im Schmierfilm schwimmt und keine harte metallische
Berührung zwischen Welle und Lager, wie das z. B. beim Wälzlager der Fall ist, stattfindet.
Das letztere ist dadurch gegeben, daß bei Gleitlagerung einer Welle normalerweise
in einem gewissen Abstand zwei zylindrische Lagerflächen vorhanden sind, die sehr
genau in ihrer geometrischen Kreis- und Zylinderform hergestellt werden können.
Die Welle läuft dann direkt im Lagerkörper mit möglichst dünnem Schmierfilm, aber
ohne zusätzliche Zwischenteile, die auch wieder Toleranzen haben und damit zu Schwingungen
sowie zu einer gewissen Weichheit und damit Unstabilität infolge von zusätzlichen
losen Anlagen Anlaß geben können.
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Es sind auch Gleitlager mit eingesetzten, wenig beweglichen Gleitstützkörpern
bekannt, bei denen die rückwärtigen Anlageflächen der Gleitstützkörper schwach ballig
gearbeitet sind und in ihrer Lagerung etwas Lose haben, damit sie beweglich sind.
Eine solche Lagerung der Gleitstützkörper auf Kugelflächen ist keineswegs als ideal
zu betrachten, denn die leicht ballige Anlage berührt mit einem sehr großen Radius
ihre Gegenlage am Gehäuse. Dabei können bei Einstellung der Gleitstützkörper zu
der Welle erhebliche Abstandsänderungen zwischen der Anlagefläche des Gleitstützkörpers
an der Welle und der Anlagefläche am Lagergehäuse auftreten. Außerdem bringt die
lose Verbindung zwischen Gleitstützkörper und Lagerkörper als solche zusätzliche
Lose, die sich als Unstabilität in radialer Belastungsrichtung auswirkt. Der spezifische
Flächendruck ist an der Berührungsstelle infolge einer fast punkt- oder linienförmigen
Berührung sehr groß. Es entsteht folglich durch elastische oder bleibende Materialdeformation
nochmals Weichheit im Lager in radialer Richtung.
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Auch sind bereits Zapfenlager bekannt, bei denen die Belastung gleichmäßig
auf eine Anzahl drehbarer Segmente unter Vermittlung einer federnden Lagerung übertragen
wird, die gleichzeitig Erschütterungen dämpft. Die gegen eine Kugelfläche abgestützten
Gleitstützkörper sind teilweise radial einstellbar. Derartige Lager haben jedoch
den Nachteil, daß der Drehpunkt der Segmente außerhalb der Gleitfläche liegt, wodurch
die erforderliche Einstellmöglichkeit nach dem jeweiligen hydrodynamischen Druckkeil
im Schmierfilm nicht gewährleistet ist. Schließlich ist ein Lager mit selbsttätiger
Nachstellung zum Ausgleich des Lagerspieles bekannt, bei dem innerhalb der Umlaufschmierung
die Lagerschalen oder Teile derselben derart frei beweglich angeordnet sind, daß
sie durch Öldruck und/oder andere Druckmittel gegen die Welle oder Zapfen ständig
angedrückt werden. Auch bei solchen Ausführungen ist infolge der kolbenartig geführten
Lagersegmente eine Angleichung an den jeweiligen Druckkeil des Schmierfilms und
damit eine größtmögliche Erfüllung der hydrodynamischen Gleitbedingungen nicht gegeben.
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Diese Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt, die im wesentlichen
darin besteht, daß die kugeligen Tragflächen eines jeden Gleitstützkörpers in ihrer
Kugelpfanne mittels einer Feder unter Gewährleistung der Pendelfähigkeit des Gleitstützkörpers
hineingezogen wird. Die Nachstellung der Gleitstützkörper erfolgt durch radiale
Verschiebung der Kugelkalotten. Bei Lagern mit veränderlicher Drehzahl und hoher
Belastung kann die selbsttätige radiale Einstellung der Gleitstützkörper in Abhängigkeit
von der Erwärmung des Lagers bewirkt werden.
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Das erfindungsgemäße Gleitlager ist für zwei verschiedene Verwendungszwecke
gedacht, und zwar wird ein Lager nach Abb. 1 an ganz langsam laufenden Maschinen
oder Geräten Verwendung finden, wie z. B. an Kreisteilmaschinen, Goniometern, Teilköpfen
usw., und nach Abb, 2 an Maschinen und Geräten mit weit und wiederholt schnell veränderlicher
Drehzahl, bei nicht allzu hoher Belastung, bei denen Umlaufschmierung mit Pumpe
nur bedingt erforderlich ist.
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Das in der Abb. 1 im Querschnitt dargestellte Ausführungsbeispiel
eines Lagers besitzt drei mehr bewegliche Gleitstützkörper 1, 2 und 3. In diesen
Gleitstützkörpern sind gehärtete und in ihrer Kugelfläche gelappte Stahlzylinder
4, 5 und 6 fest eingedrückt
oder, wie dargestellt, eingeschraubt.
Der Krümmungsradius dieser Kugelflächen ist so groß gewählt, daß eine Beweglichkeit
der Gleitstützkörper 1 bis 3 auch quer zur Achse gewährleistet ist, ohne daß dabei
eine seitliche Abwanderung stattfindet, wie das bei einem großen Radius (leicht
billig) der Fall ist. In der Längsrichtung der Welle liegen die Stahlzylinder in
der Mitte der Lagerlänge. Die im Lagergehäuse angeordneten Gegenbolzen 7, 8 und
9 passen sich den Stahlzylindern 4. 5 und 6 in ihrer Kugelfläche genau an. Die Berührungsflächen
sind gehärtet, geschliffen und geläppt und in ihrer Tragfläche so groß, daß bei
der Höchstbelastung des Lagers weder elastische noch bleibende Deformation eintritt.
Die Gegenbolzen 8 und 9 sind im äußeren Lagerring fest eingedrückt. mährend der
Gegenbolzen 7 mit Gewinde und einer Gegenmutter 7' verstellbar ist, so daß zu jeder
Zeit das kleinstmögliche Lagerspiel eingestellt werden kann. Die Stahlzylinder 4.
5 und 6 werden mit ihren jeweilig zusammengehörigen Gegenstücken 7, 8 und 9 mit
Schraubenfedern 10. 11 und 12 über entsprechende Verbindungsschrauben immer metallisch
aneinandergepreßt, so daß die an sich bewegliche Verbindung in bezug auf radiale
Beanspruchung zur festen metallischen Verbindung wird und damit zusätzliche Lose
an diesen Verbindunmsteilen nicht auftreten kann. Damit ist das Lager in radialer
Richtung im Gegensatz zu den bekannten Lagern absolut fest abgestützt.
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Infolge der kugeligen Aufhängung der drei Gleitflächen 1, 2 und 3
stellen sich diese nicht nur in radialer, sondern auch in Längsrichtung automatisch
nach den Laufzylindern der Welle ein, d. h., bei diesem Lager können unmöglich Kantenpressungen
entstehen. die bei festen Lagern an der Tagesordnung sind und infolgedessen früh
zum Heißlaufen führen. Die hydrodynamische Druckentwicklung im Schmierfilm ist infolge
des sich selbst einstellenden Druckkeiles über die ganze Fläche der Gleitbacken
ideal vorhanden. Damit ist die Belastbarkeit dieser Lager bei vollkommen flüssiger
Reibung außerordentlich hoch, ohne jegliche mechanische Abnutzung. Im Gegensatz
zu dem eingangs beschriebenen Lager, wo die Gleitstützkörper mit wenig Luft billig
in den Lagerkörpern eingebettet liegen, erhalten bei diesem Lager die Gleitstützkörper
ihre Befestigung bzw. Halterung nur in ihrer kugeligen Aufhängung. Das bringt fertigungstechnisch
ganz erhebliche Erleichterungen.
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Das erfindungsgemäße Lager ist infolge der vorher beschriebenen Aufhängung
der Gleitstützkörper in radialer Richtung absolut standfest. Es hat damit neben
den hervorragenden Eigenschaften des bekannten Mackensenlagers noch den Vorteil,
daß keine Kantenpressungen auftreten können, sowie noch den besonderen Vorteil dem
Mackensenlager gegenüber, daß die Tragfähigkeit infolgedessen, daß sich die Gleitstützkörper
nach der Welle einstellen und auf ihrer wesentlich größeren Fläche ganz tragen,
um ein Vielfaches höher als beim Mackensenlager ist.
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Das Ausführungsbeispiel nach der Abb. 2 ist im Grundaufbau dem nach
Abb. 1 gleich. Der Gleitstützkörper 1 findet hier jedoch beispielsweise seine Widerlage
über einen Hebel 13, der auf der einen Seite seine Widerlage an einer zylindrischen
Lagerung 14 und andererseits an einer unter dem Druck einer Feder 15 stehenden Anschlagsschraube
16 erhält. Der Druck der Feder 15 ist so groß, daß im Ruhezustand des Lagers, d.
h. bei Raumtemperatur, gerade die kleinstmögliche Schmierfilmdicke zwischen den
Gleitstützkörpern und der Welle vorhanden ist. Die Feder 15 ist ferner so stark
zu halten, daß sie bei Höchstbelastungen des Lagers in der Richtung auf den Gleitstützkörperl
noch nicht ausweicht. Eine Stellschraube 17 ist so einzustellen, daß der Gleitstützkörper
l um 1 bis 2 ausweichen kann bzw. nur so viel, wie durch eine eventuelle Erwärmung
der Welle zu erwarten ist. Das Übersetzungsverhältnis des Hebels 13 ist so abzustimmen,
daß der Gleitstützkörper 1 so viel auswandert, wie sich die Welle durch Erwärmung
ausgedehnt hat. Dieses Lager gibt bei steigender Drehzahl infolge des damit verbundenen
höheren hydrodynamischen Druckes im Schmierfilm von dieser Seite her selbst so viel
Lagerspiel, wie es die hydrodynamische Druckveränderung, infolge von wechselnden
Drehzahlen, jeweilig direkt und sofort erfordert. Es wird folglich bei diesem Lager,
welches sich für stark und schnell wechselnde Drehzahlen besonders gut eignet, gar
nicht erst zu einer Wärmeentwicklung von der hydrodynamischen Seite her kommen.
Da die drei Gleitstützkörper kugelig aufgehängt sind, kann sich der hydrodynamische
Druckkeil über die ganze Gleitfläche außerordentlich gut entwickeln und zur Regulierung
der jeweiligen Schmierfilmdicke, abhängig vorn hydrodynamischen Druck, herangezogen
werden. Erwärmungen durch Kantenpressungen sind ausgeschlossen. Die Gleitstützkörper
sind an den Ein-]aufstellen des Schmiermittels unter flachem Winkel anzufassen.
damit das Schmiermittel zwischen Gleitstützkörper und Welle gut eingezogen werden
kann.