DE102014200593A1 - Hydrodynamic plain bearing - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Gleitlager – mit einer Lagerschale, deren innere Oberfläche eine Lagerfläche für eine umlaufende Welle oder dergleichen bildet, wobei – die Lagerfläche eine Vielzahl von in Umfangsrichtung der Lagerschale hintereinander angeordnete, voneinander getrennte Flächensegmente aufweist. Das erfindungsgemäße Gleitlager ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Lagerfläche oder die gesamte Lagerschale aus CuCr1Zr hergestellt ist.The invention relates to a hydrodynamic plain bearing - with a bearing shell whose inner surface forms a bearing surface for a rotating shaft or the like, wherein - the bearing surface has a plurality of circumferentially of the bearing shell arranged one behind the other, separate surface segments. The plain bearing according to the invention is characterized in that at least the bearing surface or the entire bearing shell is made of CuCr1Zr.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Gleitlager mit einer Lagerschale, deren innere Oberfläche eine Lagerfläche für eine umlaufende Welle oder dergleichen bildet, wobei die Lagerfläche eine Vielzahl von in Umfangsrichtung der Lagerschale hintereinander angeordnete, voneinander getrennte Flächensegmente aufweist. The present invention relates to a hydrodynamic sliding bearing with a bearing shell, whose inner surface forms a bearing surface for a rotating shaft or the like, wherein the bearing surface has a plurality of circumferentially of the bearing shell arranged one behind the other, separate surface segments.
Solche hydrodynamische Gleitlager, wie sie die vorliegende Erfindung betrifft, sind gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform als Lager mit Mehrkeilbohrung ausgeführt, bei welchem die Flächensegmente mit ihrem inneren Umfang jeweils ein Kreissegment mit einem Radius R ausbilden, wobei der Mittelpunkt des jeweiligen Kreissegments gegenüber einem Mittelpunkt der Lagerschale jeweils um eine Exzentrizität verschoben ist. Eine solche Verschiebung wird auch als Profilierung bezeichnet, die durch die Differenz des Radius R und eines Bezugsradius r, normiert auf den Bezugsradius definiert ist. Der Bezugsradius r ist beispielsweise der Radius eines theoretisch in die Lagerfläche eingepassten Kreisrings oder der Radius der äußeren Oberfläche der im Lager umlaufenden Welle. Such hydrodynamic plain bearings, as they relate to the present invention, are designed according to an advantageous embodiment as a multi-keyed bearing in which the surface segments each form a circle segment with a radius R with its inner circumference, wherein the center of each circle segment with respect to a center of the bearing shell each shifted by one eccentricity. Such a displacement is also referred to as profiling, which is defined by the difference of the radius R and a reference radius r, normalized to the reference radius. The reference radius r is, for example, the radius of a circular ring theoretically fitted in the bearing surface or the radius of the outer surface of the shaft rotating in the bearing.
Gattungsgemäße Lager sind beispielsweise als Lager mit Zweikeilbohrung ausgeführt, auch Zitronenspiellager genannt, oder als Lager mit Dreikeilbohrung oder Vierkeilbohrung. Generic bearings are designed for example as a bearing with Zweikeilbohrung, also called Zitronenspiellager, or as a bearing with Dreikeilbohrung or Vierkeilbohrung.
Herkömmliche Lager weisen den Nachteil, dass sie im Betrieb erheblichen thermischen und mechanischen Belastungen unterliegen, die zu einer verkürzten Lebensdauer führen können. Conventional bearings have the disadvantage that they are subject to considerable thermal and mechanical stresses during operation, which can lead to a shortened service life.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrodynamisches Gleitlager der eingangs genannten Art anzugeben, dessen im Betrieb auftretende Belastung reduziert und dessen Lebensdauer verlängert ist. The present invention has for its object to provide a hydrodynamic sliding bearing of the type mentioned, which reduces the load occurring during operation and its life is extended.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein hydrodynamisches Gleitlager mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben. The object of the invention is achieved by a hydrodynamic sliding bearing with the features of claim 1. In the dependent claims advantageous and particularly expedient embodiments of the invention are given.
Ein erfindungsgemäßes hydrodynamisches Gleitlager weist eine Lagerschale auf, deren innere Oberfläche, wie eingangs dargelegt, eine Lagerfläche für eine umlaufende Welle oder dergleichen bildet. Anstelle einer umlaufenden Welle kann beispielsweise auch ein Zapfen eines anderen umlaufenden Bauteils innerhalb der Lagerschale gelagert sein. In der Regel ist die äußere Oberfläche des gelagerten Bauteils innerhalb der Lagerschale zylindrisch. An inventive hydrodynamic sliding bearing has a bearing shell, whose inner surface, as stated at the outset, forms a bearing surface for a revolving shaft or the like. Instead of a rotating shaft, for example, a pin of another rotating component may be mounted within the bearing shell. As a rule, the outer surface of the mounted component is cylindrical within the bearing shell.
Erfindungsgemäß weist die Lagerfläche eine Vielzahl von in Umfangsrichtung der Lagerschale hintereinander angeordnete, voneinander getrennte Flächensegmente auf. Die Flächensegmente können dabei derart gestaltet und positioniert sein, dass sie ein sogenanntes Lager mit Mehrkeilbohrung bilden, wie eingangs dargelegt wurde. According to the invention, the bearing surface has a multiplicity of surface segments arranged one behind the other in the circumferential direction of the bearing shell. The surface segments can be designed and positioned so that they form a so-called multi-keyed bearing, as stated above.
Erfindungsgemäß ist nun zumindest die Lagerfläche oder vorteilhaft die gesamte Lagerschale aus CuCr1Zr hergestellt. According to the invention, at least the bearing surface or advantageously the entire bearing shell is made of CuCr1Zr.
Durch die erfindungsgemäße Werkstoffwahl, insbesondere kombiniert mit den nachfolgend noch beschriebenen geometrischen Besonderheiten der Lagerschale, kann eine besonders hohe Wärmeabfuhr erreicht werden, was zu einer deutlichen Reduzierung der mechanischen Belastung des Lagers im Betrieb führt. By the choice of material according to the invention, in particular combined with the below-described geometric features of the bearing shell, a particularly high heat dissipation can be achieved, resulting in a significant reduction of the mechanical stress of the bearing during operation.
Besonders vorteilhaft beträgt der Anteil von Cr 0,5 bis 1,2 Gew.-%, der Anteil von Zr 0,03 bis 0,3 Gew.-%, gegebenenfalls sind Beimengungen anderer Stoffe von maximal 0,2 Gew.-% vorgesehen, und Cu bildet den restlichen Anteil der erfindungsgemäßen Legierung gemäß diesem Ausführungsbeispiel. The proportion of Cr is particularly advantageously 0.5 to 1.2 wt .-%, the proportion of Zr 0.03 to 0.3 wt .-%, optionally admixtures of other substances of not more than 0.2 wt .-% are provided , And Cu forms the remaining portion of the alloy according to the invention according to this embodiment.
Günstig ist es, wenn zumindest die Lagerfläche oder die gesamte Lagerschale warmausgehärtet ist, im Gegensatz zu einem lösungsgeglühten Werkstoff. It is favorable if at least the bearing surface or the entire bearing shell is hot-hardened, in contrast to a solution-annealed material.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist zumindest die Lagerfläche oder die gesamte Lagerschale eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 300 Watt pro Meter und Kelvin (W / (m·K)) auf, insbesondere bei einer Temperatur von 250 °C oder weniger. According to a particularly advantageous embodiment, at least the bearing surface or the entire bearing shell has a thermal conductivity of at least 300 watts per meter and Kelvin (W / (m · K)), in particular at a temperature of 250 ° C or less.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Lagerfläche wenigstens drei oder genau drei Flächensegmente aufweist, insbesondere mit verschiedenen Umfangswinkeln. Beispielsweise ist ein erstes Flächensegment vorgesehen, das einen Umfangswinkel von 170° bis 190°, insbesondere von 180° aufweist, ferner ein zweites Flächensegment, das einen Umfangswinkel von 110° bis 140°, insbesondere von 130° oder 120° aufweist, und ein drittes Flächensegment, das einen Umfangswinkel von 40° bis 70°, insbesondere von 50° oder 60° aufweist. One embodiment provides that the bearing surface has at least three or exactly three surface segments, in particular with different circumferential angles. For example, a first surface segment is provided which has a circumferential angle of 170 ° to 190 °, in particular of 180 °, furthermore a second surface segment which has a circumferential angle of 110 ° to 140 °, in particular of 130 ° or 120 °, and a third Surface segment having a circumferential angle of 40 ° to 70 °, in particular 50 ° or 60 °.
Günstig ist, wenn die beiden Flächensegmente mit dem vergleichsweise kleineren Umfangswinkel eine größere Profilierung als das verbleibende Flächensegment aufweisen, wobei die Profilierung dieser beiden Flächensegmente mit vergleichsweise kleinerem Umfangswinkel insbesondere gleich beziehungsweise identisch ist. Der Begriff der Profilierung ist dem Fachmann geläufig und wurde eingangs nochmals definiert. It is favorable if the two surface segments with the comparatively smaller circumferential angle have a greater profiling than the remaining surface segment, wherein the profiling of these two surface segments with a comparatively smaller circumferential angle is in particular the same or identical. The term profiling is familiar to the person skilled in the art and has been defined again at the outset.
Gemäß einer Ausführungsform ist in der Lagerfläche wenigstens eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Ölnut vorgesehen, die insbesondere über nur einen Teil des Umfangs oder nur über den Umfang eines Flächensegments oder einen Teil des Umfangs eines Flächensegments reicht. Beispielsweise weist die wenigstens eine Ölnut eine Breite zwischen 20 und 30 Prozent einer Breite der Lagerfläche in Axialrichtung des Gleitlagers auf. According to one embodiment, at least one circumferentially extending oil groove is provided in the bearing surface, which extends in particular over only a part of the circumference or only over the circumference of a surface segment or part of the circumference of a surface segment. For example, the at least one oil groove has a width between 20 and 30 percent of a width of the bearing surface in the axial direction of the sliding bearing.
Gemäß einer Ausführungsform sind verschieden breite Ölnuten vorgesehen. According to one embodiment, different width oil grooves are provided.
Günstig ist es, wenn über dem äußeren Umfang der Lagerschale ein Ringkanal zur Ölversorgung eingebracht ist, der über radiale Ölbohrungen in ölleitender Verbindung mit der Lagerfläche steht. Die Ölbohrungen können jedoch auch ohne einen entsprechenden Ringkanal vorgesehen sein. It is advantageous if over the outer circumference of the bearing shell, an annular channel is introduced for oil supply, which is on radial oil holes in oil-conducting connection with the bearing surface. However, the oil holes can also be provided without a corresponding annular channel.
Günstig ist, wenn die Mündung wenigstens einer Ölbohrung oder aller Ölbohrungen in der Lagerfläche jeweils durch eine in die Lagerfläche als Aussparung eingebrachte Schmiertasche umschlossen wird. Beispielsweise kann die Schmiertasche in Axialrichtung des Lagers breiter als die wenigstens eine Ölnut oder als alle Ölnuten sein. Insbesondere ist die wenigstens eine Schmiertasche zumindest breiter als die ihr in Drehrichtung der Welle gesehen vorgestellte Ölnut. It is advantageous if the mouth of at least one oil hole or all oil holes in the bearing surface is enclosed in each case by a lubricant pocket introduced into the bearing surface as a recess. For example, the lubrication pocket may be wider in the axial direction of the bearing than the at least one oil groove or all oil grooves. In particular, the at least one lubricating pocket is at least wider than the oil groove seen in the direction of rotation of the shaft.
Eine Ausführungsform, die zu einem besonders hochbelastbaren Lager führt, sieht vor, dass eine Schmiertasche, die in Umfangsrichtung vor dem Flächensegment oder am Anfang des Flächensegments mit dem kleinsten Umfangswinkel positioniert ist, in Axialrichtung des Lagers breiter als alle anderen Schmiertaschen und insbesondere breiter als alle Ölnuten ist. One embodiment that results in a particularly heavy duty bearing provides that a lubrication pocket positioned circumferentially in front of the surface segment or at the beginning of the smallest segment circumferential segment will be wider in the axial direction of the bearing than any other lubrication pocket and, in particular, wider than all Oil grooves is.
Durch die wenigstens eine Schmiernut oder durch andere Maßnahmen kann ein sogenannter Druckdamm ausgebildet sein, der aus der Lagerfläche nach innen hervorsteht und gegen das Öl beim Drehen der Welle in Drehrichtung strömt. Ein solcher Druckdamm ist insbesondere in der oben liegenden Lagerschale vorgesehen. By the at least one lubrication groove or by other measures, a so-called pressure dam can be formed, which protrudes inwardly from the bearing surface and flows in the direction of rotation against the oil during rotation of the shaft. Such a pressure dam is provided in particular in the overhead bearing shell.
Die Lagerschale ist beispielsweise aus zwei Lagerschalenhälften zusammengefügt, die an einer Teilfuge aneinander gefügt sind. Die weniger belastete Lagerschalenhälfte, in der Regel die obere Lagerschalenhälfte, kann beispielweise stärker profiliert sein, insbesondere drei- bis fünfmal stärker profiliert sein, als die im Betrieb stärker belastete Lagerschalenhälfte, die in der Regel unten positioniert ist. Dabei muss die Teilfuge jedoch nicht in einer waagerechten Ebene verlaufen, sondern kann auch schräg hierzu stehen. The bearing shell is assembled, for example, from two bearing shell halves, which are joined together at a parting line. The less loaded bearing shell half, usually the upper half of the bearing shell, for example, be more profiled, in particular be profiled three to five times stronger than the more heavily loaded in operation bearing shell half, which is usually positioned below. However, the parting line does not have to run in a horizontal plane, but may also be oblique to it.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und den Figuren exemplarisch beschrieben werden. The invention will be described below by way of example with reference to an embodiment and the figures.
Es zeigen: Show it:
In der
Die Lagerschale
In Radialrichtung der Lagerschale
In der
Wie man aus der
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird die gesamte erste Lagerschalenhälfte
Beachtlich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist, dass eine Versatzebene
Die in der
In der
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