-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitlagerschale zum Lager eines Gegenläufers (Welle oder Wellenzapfen) mit einer innenumfänglichen Gleitfläche und sich auf der Innenseite erstreckenden Rillen, die zum Rückführen von Schmiermittel zur axialen Mitte der Gleitlagerschale, in Umlaufrichtung des Gegenläufers betrachtet, von einem axialen Randbereich in Richtung der Mitte der Gleitlagerschale ausgerichtet sind, und mit einer auf der Innenseite in Umfangsrichtung verlaufende Ölnut zum Zuführen und Verteilen von Schmiermittel auf der Gleitfläche, wobei sich die Rillen zwischen der Ölnut und wenigstens einer axialen Stirnfläche erstrecken, sowie ein Gleitlager umfassend zumindest eine derartige Gleitlagerschale.
-
Bei derartigen üblicherweise aus zwei Gleitlagerschalen aufgebauten hydrodynamischen Gleitlagern entsteht im Betrieb ein Schmier- oder Ölfilm zwischen der oder den Gleitlagerschalen und der Welle, so dass die Welle auf dem Schmierfilm gleitet und nicht im direkten Kontakt mit der Lagerschale steht. Der Schmierfilm wird durch die Rotation der Welle und durch die Zufuhr von Schmiermittel mittels einer Pumpe ausgebildet.
-
Eine hydrodynamisch wirkende Gleitlagerschale ist in der
DE 101 56 344 A1 beschrieben. Die darin beschriebene Gleitlagerschale weist Nuten auf, welche dafür sorgen, dass das Öl aus der Ölnut in Richtung von Stirnflächen transportiert und gleichmäßig über den gesamten tragenden Bereich des Gleitlagers verteilt wird, so dass sich ein die Reibung zwischen Welle und Gleitlagerschale vermindernder Schmierfilm sicher ausbilden kann. Nachteilig daran ist, dass ein nicht unerheblicher Teil des Öls in axialer Richtung aus dem Gleitlager austritt. Durch die Ölleckage wird der Öldurchsatz erhöht, was zu einem erhöhten Aufwand bei der Ölversorgung oder zu der Gefahr nicht ausreichender Ölversorgung führen kann.
-
Im Gegensatz zu den beispielsweise aus der
DE 101 56 344 A1 bekannten Nuten dienen die, in Umfangsrichtung betrachtet, auf die Mitte der Gleitlagerschale zulaufenden Rillen, wie sie beispielsweise aus der
GB 2 442 969 A oder der
DE 399 649 A bekannt sind, nicht zum Fördern des Öls aus der Ölnut und zum Verteilen des Öls innerhalb der tragenden Bereiche der Gleitlagerschale, sondern zum Rückführen des Öls in Richtung der Lagermitte, wodurch die Menge des axial aus dem Gleitlager austretenden Öls zumindest reduziert wird. Das Rückführen in axialer Richtung zur Lagermitte wird durch die in Umlaufrichtung betrachtet pfeilförmige Anordnung der Rillen sichergestellt. Bei dieser Rillenanordnung stellt sich aufgrund der Förderwirkung in Umlaufrichtung auch eine Förderwirkung in axialer Richtung einwärts, d. h. in Richtung der Lagermitte ein, was einem axialen Austreten des Öls aus dem Gleitlager entgegenwirkt.
-
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Menge des im Betrieb axial aus dem Gleitlager austretenden Öls weiter zu reduzieren.
-
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Gleitlagerschale der eingangs genannten Art, bei welcher die Rillen geschlossen sind und eine Länge aufweisen, die zwischen 5 und 30% der Lagerschalenbreite beträgt.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die Rillen eine Längsachse auf, die mit der Umfangsrichtung der Gleitlagerschale einen Anstellwinkel einschließt, der zwischen 5° und 85°, insbesondere zwischen 15° und 25° beträgt.
-
Der Anstellwinkel ist hierbei so definiert, dass er ausgehend von der Lagermitte bzw. Ölnut zur Rille in Umlaufrichtung aufgetragen wird. Bei der erfindungsgemäßen Größe des Anstellwinkels wird sichergestellt, dass das Öl zuverlässig in Richtung der Ölnut zurückgefördert, ohne dass hierzu die Rillen mit einer besonderen Geometrie versehen werden müssen. Die Rillen enden in axialer Richtung vor den Stirnflächen, das heißt, die Rillen, die eine Vertiefung auf der Innenseite der Gleitlagerschale bilden, laufen vor Erreichen der Stirnflächen aus, so dass sie keine (axiale) Verbindung mit der Umgebung bilden, durch die Schmiermittel aus dem Lager austreten könnte. Ferner wird so zwischen den Rillen und dem axialen Ende der Gleitlagerschale ein in Umfangrichtung durchgehender Tragflächenabschnitt zum Tragen des Gegenläufers ausgebildet.
-
Vorzugsweise weisen die Rillen eine Länge auf, die zwischen 10 und 20% der Lagerbreite beträgt.
-
Es hat sich herausgestellt, dass die Förderung des Öls in Richtung der Ölnut bei geschlossenen Rillen, also bei Rillen ohne Verbindung zu Umgebung und ohne Verbindung zu einer etwaigen Ölnut, besonders effektiv bewirkt wird, da vermieden wird, dass aufgrund der Schleppwirkung der drehenden Welle Öl aus der Ölnut in die Rillen gefördert wird. Ferner hat sich die Länge der Rillen in den angegebenen Bereichen als positiv für die Förderung erwiesen. Schließlich wird so zwischen den Rillen und der Ölnut ein in Umfangrichtung durchgehender Tragflächenabschnitt zum Tragen des Gegenläufers ausgebildet.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, weisen die Rillen eine Breite zwischen 0,1 und 10 mm auf.
-
Ferner weisen die Rillen eine Tiefe auf, die vorzugsweise zwischen 0,05 und 1 mm beträgt.
-
In einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung laufen die Rillen in Richtung eines zu einer Stirnseite weisenden Endes mit einem ersten Radius und in Richtung eines zur Ölnut weisenden Endes mit einem zweiten Radius aus.
-
In dieser Weiterentwicklung lassen sich die Rillen fertigungstechnisch besonders einfach herstellen.
-
Eine favorisierte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lagerschale zeichnet sich dadurch aus, dass die Rillen einen kreissegmentförmigen Querschnitt mit einem dritten Radius aufweisen.
-
Eine derartige Ausgestaltung des Rillengrundes ist fertigungstechnisch einfach zur realisieren.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Lagerschale, in der zwei benachbarte Rillen einen Abstand aufweisen, beträgt der Abstand das 1- bis 10-fache der, insbesondere das 1- bis 2-fache der Rillenbreite.
-
Mit zunehmendem Abstand wird die gesamte Tragfläche der Lagerschale erhöht, wodurch größere Lasten aufgenommen werden können. Andererseits wird die Förderung des Öls mit zunehmendem Abstand von zwei benachbarten Rillen verschlechtert. Der beanspruchte Bereich des Abstands ist so gewählt, dass er sowohl eine akzeptable Belastung der Lagerschale als auch eine ausreichende Förderung des Öls in Richtung der Ölnut ermöglicht.
-
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Lagerschale, weisen die Rillen im Querschnittsprofil, bezogen auf die Umlaufrichtung, eine rückwärtige Flanke und eine vordere Flanke auf, wobei die rückwärtige Flanke einen ersten Rillenwirkel α und die vordere Flanke einen zweiten Rillenwinkel β jeweils mit der Oberfläche/Gleitfläche der Gleitlagerschale einschließen und wobei der erste Rillenwinkel α kleiner als der zweite Rillenwinkel β ist.
-
Hierdurch wird eine zusätzliche Förderwirkung in Richtung der Lagermitte bzw. der Ölnut bewirkt.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Gleitlagerschale, sind die Rillen durch einen ersten Tragflächenabschnitt, der eine Breite von 20 bis 30% der Lagerschalenbreite aufweist, axial von der Ölnut bzw. der Lagermitte und durch einen zweiten Tragflächenabschnitt, der eine Breite von 5 bis 20% der Lagerschalenbreite aufweist, axial von der Stirnseite der Gleitlagerschale beabstandet.
-
Als Tragflächenabschnitt ist in diesem Zusammenhang ein Gleitflächenabschnitt zu verstehen, auf der sich der Schmierfilm ungestört ausbilden kann, so dass er den Gegenläufers tragen kann. Bei den genannten Breiten der Tragflächenabschnitte kann sich der hydrodynamische Schmierfilm sicher ausbildet und es können ausreichend hohe Lasten aufgenommen werden, und ferner wird vermieden, dass eine größere Menge Öl aufgrund der Schleppwirkung der drehenden Welle aus der Ölnut bzw. aus den Rillen in Richtung der Stirnflächen der Gleitlagerschale gefördert wird.
-
Besonders bevorzugt sind die Rillen in einem axialen Außenbereich angeordnet, dessen Breite in Bezug auf die Gesamtbreite der Gleitlagerschale 20%, insbesondere 10% nicht übersteigt.
-
Auf diese Weise wird die Funktion der Ölrückführung auf den axialen Bereich beschränkt, in dem sie am wichtigsten und deshalb am effektivsten ist, nämlich nahe der Stirnflächen. Gleichzeitig wird ein maximaler Tragflächenanteil im Zentrum der Gleitlagerschale sichergestellt.
-
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Gleitlager zum Lager von Wellen, welche aus einer oder mehreren erfindungsgemäßen Gleitlagerschalen besteht oder welche eine oder mehrere erfindungsgemäße Gleitlagerschalen umfasst.
-
Die Erfindung wird nun anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Es zeigen
-
1 eine Abwicklung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Gleitlagerschale,
-
2 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Gleitlagerschale,
-
3 einen vergrößerten Ausschnitt des zweiten Ausführungsbeispiels in einer planaren Draufsicht,
-
4 eine Schnittdarstellung durch die Rillen entlang der in 3 mit X-X gekennzeichneten Schnittebene,
-
5 eine Schnittdarstellung durch die Rillen entlang der in 3 mit Y-Y gekennzeichneten Schnittebene und
-
6 eine Schnittdarstellung durch die Rillen entlang der in 1 gezeigten Schnittebene Z-Z.
-
Die in 1 dargestellte Abwicklung einer erfindungsgemäßen Gleitlagerschale 10 umfasst einen Grundkörper 30 (vgl. 2), auf dessen Innenseite in Umfangsrichtung eine Ölnut 12 und durch den hindurch zwei mit der Ölnut kommunizierende, d. h. in diese mündende, Ölzuführkanäle 14 eingearbeitet sind. Der oder die Ölzuführkanäle 14 sind mit einem nicht dargestellten Ölreservoir verbunden, in dem eine bestimmte Menge Öl vorgehalten werden kann. Typischer Weise ist in die Zuführleitung zwischen dem Ölreservoir und den Ölzuführkanälen 14 eine Ölpumpe zur Erzeugung eines im Betrieb notwendigen Öldruckes eingeschaltet. Von diesem Ölzuführkanal 14 gelangt das Öl in die Ölnut 12, in der es sich ansammeln und ausbreiten kann. Die Ölnut 12 ist axial in der Mitte der Gleitlagerschale angeordnet, so dass eine Mittel- und diesem Fall eine Symmetrieebene SE der Gleitlagerschale 10 die Ölnut 12 mittig schneidet.
-
Ferner weist die Gleitlagerschale 10 Stirnflächen 16 auf, die in axialer Richtung gleich weit von der Ölnut 12 beabstandet sind. Der Ölnut 12 schließen sich axial auswärts beidseits jeweils ein erster Tragflächenabschnitt 18 zum Tragen eines Gegenläufers 20 (vgl. 6 und 7) mit einer Breite P, bevorzugt zwischen 20 und 30% der Gesamtlagerschalenbreite, an. Weiter in Richtung der Stirnflächen 16 sind benachbart zu den ersten Tragflächenabschnitten 18 wiederum beidseits, d. h. symmetrisch, eine Vielzahl von Rillen 22 angeordnet. Diese weisen in Breitenrichtung eine Erstreckung Q, bevorzugt zwischen 5 und 20% der Gesamtlagerschalenbreite, auf. Zwischen den Rillen 22 und den Stirnflächen 16 sind auf beiden Seiten jeweils zweite Tragflächenabschnitte 24 mit der Breite R, bevorzugt zwischen 5 und 20% der Gesamtlagerschalenbreite, angeordnet.
-
Die in 1 nicht dargestellte Welle 20 dreht sich um eine Achse M (vgl. 6 und 7), wobei die Relativbewegung der Wellenoberfläche 20 bezüglich der Gleitfläche der Gleitlagerschale 10, auch Umlaufrichtung bezeichnet, durch den Pfeil A dargestellt ist.
-
Die Rillen 22 weisen eine Längsachse L auf, welche in der abgewickelten Darstellung eine Gerade ist. Abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen können die Rillen 22 auch in der Abwicklungsebene gekrümmt verlaufen. Die Längsachse L schließt mit der Symmetrieebene SE der Gleitlagerschale 10 einen Anstellwinkel γ ein, wobei der Schnittpunkt der Längsachse L mit der Symmetrieebene SE einen Ursprung O definiert. Der Anstellwinkel γ ist in der Abwicklungsebene aufgetragen. Der Anstellwinkel γ ist so definiert, dass er ausgehend von der Ölnut 10 oder der Symmetrieebene SE zur Rille 22 in Umlaufrichtung A aufgetragen wird.
-
In 2 ist ein gegenüber dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel modifiziertes zweites Ausführungsbeispiel einer Gleitlagerschale 10' in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Die Unterschiede sind im Wesentlichen eine kleinere Relativlänge (E) der Rillen 22' im Bezug auf die Lagerschalenbreite, andere Relativbreiten P und R der ersten bzw. zweiten Tragflächenabschnitte 18' bzw. 24' und kleinere Anstellwinkel γ. insbesondere sind in diesem Ausführungsbeispiel die Rillen in einem axialen Außenbereich angeordnet sind, dessen Breite Q + R in Bezug auf die Gesamtbreite der Gleitlagerschale vorzugsweise 10%, bis 40% beträgt.
-
3 zeigt insbesondere die Rillen 22' aus dem Beispiel gemäß 2 in einer vergrößerten Darstellung. Die Rillen 22' sind geschlossen, weisen eine Länge E und eine Breite B auf und ihre Längsachse L schließt mit der Symmetrieebene SE den Anstellwinkel γ ein. Die geschlossenen Rillen 22' weisen ein erstes, zur Stirnfläche 16' der Gleitlagerschale 10' weisendes Ende F1 und ein zweites, zur (hier nicht dargestellten) Ölnut weisendes zweites Ende F2 auf. Zwei benachbarte Rillen 22' haben in Umfangsrichtung einen Abstand D zueinander. Ferner ist der zweite Tragflächenabschnitt 24' mit der Breite R zu erkennen.
-
In 4 ist eine der Rillen 22 in einer Schnittdarstellung entlang der in 3 definierten Schnittebene X-X dargestellt. Neben der Länge E ist zu erkennen, dass die dargestellte Rille 22' eine Tiefe T aufweist und in Richtung des ersten Endes F1 mit einem ersten Radius r1 und in Richtung des zweiten Endes F2 mit einem zweiten Radius r2 ausläuft.
-
5 zeigt eine der Rillen 22' in einer Schnittdarstellung entlang der in 3 definierten Schnittebene Y-Y. Man erkennt den im Wesentlichen kreissegmentförmigen Querschnitt am Grund der Rille 22' mit einem dritten Radius r3.
-
In 6 sind die Rillen 22 der Ausführungsform gemäß 1 in einer planaren Schnittdarstellung entlang der in 1 dargestellten Schnittebene Z-Z vergrößert gezeigt. Die Rillen 22 weisen einen ersten Rillenwinkel α und einen zweiten Rillenwinkel β auf.
-
Die Rillenwinkel sind einerseits von einer seitlichen Flanke 25 bzw. 27 der Rille 22, im Querschnitt Z-Z betrachtet, und andererseits von der Innenoberfläche bzw. Gleitfläche 23. der Gleitlagerschale eingeschlossen, wobei die, bezogen auf die Umlaufrichtung A, rückwärtige, erste Flanke 25 den ersten Rillenwinkel α und die, bezogen auf die Umlaufrichtung, vordere, zweite Flanke 27 einen zweiten Rillenwinkel β der Gestalt bildet, dass beide Rillenwinkel jeweils auf der Innenseite der Rille aufgetragen werden.
-
Die Rillen 22 weisen in Umlaufrichtung den Abstand D auf, vgl. 3, der unter Berücksichtigung der Rillenbreite B und des Anstellwinkels γ in 6 zu einer Auflage- oder Tragfläche 32 zwischen den Rillen mit der Breite D' = D·cos γ – B führt.
-
Im Folgenden wird die Funktion des erfindungsgemäßen Gleitlagers beschrieben. Aufgrund der Wahl des Anstellwinkels γ bildet sich innerhalb der Rillen 22 im Betrieb ein Öldruckgradient aus, so dass der in den jeweiligen Rillen 22 herrschende Druck in Drehrichtung der Welle 20 ansteigt. Dies gilt unabhängig von der Rillengeometrie. Deshalb kann beispielsweise eine der in den 3 bis 5 dargestellten relativ einfachen Geometrien verwendet werden. Durch die Wahl des Anstellwinkels γ findet eine Förderung des Öls weg von den Stirnflächen 16 hin zu der Ölnut 12 statt, was zumindest dafür sorgt, dass eine geringere Ölmenge axial aus dem Gleitlager austritt.
-
Bei den in 6 dargestellten Rillen 22 wird die Ölförderung in Richtung der Ölnut durch die Wahl des ersten und des zweiten Rillenwinkels α und β gesteigert, sofern der in 6 definierte erste Rillenwinkel α kleiner als der zweite Rillenwinkel β ist
-
Die vorliegende Erfindung ist beispielhaft anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert worden. Naheliegende Modifikationen oder Ergänzungen gehen nicht über das der Erfindung zugrundeliegenden Konzept hinaus und sind vom Schutzumfang erfasst, der durch die folgenden Ansprüche definiert wird. So ist Kern der Erfindung, eine Ölförderung weg von den Stirnflächen hin zu der Mitte der Gleitlagerschalen zu erzeugen, wo üblicherweise eine Ölnut angeordnet ist. Die Erfindung lässt sich aber genauso gut auf Gleitlagerschalen übertragen, die keine Ölnut aufweisen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10, 10'
- Gleitlagerschale
- 12, 12'
- Ölnut
- 14, 14'
- Ölzuführkanal
- 16, 16'
- Stirnflächen
- 18, 18'
- erster Tragflächenabschnitt
- 20
- Gegenläufer, Welle
- 22, 22'
- Rille
- 23
- Innenoberfäche, Gleitfläche
- 24, 24'
- zweite Tragflächenabschnitt
- 25
- rückwärtige, erste Flanke der Rille
- 26
- Lippe
- 27
- vordere, zweite Flanke der Rille
- 28
- Schmierfilm
- 30
- Grundkörper
- 32
- weitere Tragflächenabschnitte
- α
- erster Rillenwinkel
- β
- zweiter Rillenwinkel
- γ
- Anstellwinkel
- A
- Drehrichtung der Weile, Umlaufrichtung
- B
- Breite der Rillen
- D, D'
- Abstand zwischen zwei benachbarten Rillen
- E
- Länge der Rillen
- F1
- zur Stirnseite weisendes Ende der Rillen
- F2
- zur Ölnut weisendes Ende der Rillen
- L
- Längsachse der Rillen
- M
- Drehachse der Welle
- O
- Ursprung des Winkels
- P
- Breite des ersten Tragflächenabschnittes
- Q
- Erstreckung der Rillen in Richtung der Stirnfläche
- R
- Breite des zweiten Tragflächenabschnittes
- SE
- Mittelebene der Gleitlagerschale
- T
- Tiefe einer Rille
- V
- Pfeil
- r1
- erster Radius
- r2
- zweiter Radius
- r3
- dritter Radius
