DE10253279B4

DE10253279B4 - Hybridlagersystem

Info

Publication number: DE10253279B4
Application number: DE10253279.6A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey M. Post; Jan Krakowski; Mathew Mormino jun.; Bruce B. Yurczak
Original assignee: Kamatics Corp
Current assignee: Kamatics Corp
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2022-11-16
Also published as: GB2384278B; FR2832773B1; US20030095729A1; GB2384278A; US6729763B2; FR2832773A1; DE10253279A1; GB0226607D0

Abstract

Ein Lagersystem (10) aufweisend:ein erstes Bauteil (14);ein zweites Bauteil (12), das so gestaltet ist, dass es drehbar innerhalb des ersten Bauteils (14) aufgenommen ist, wobei das zweite Bauteil (12) eine innere Öffnung zur Aufnahme einer Achswelle eines Antriebs aufweist;ein selbstschmierendes Einlagesystem (20), das zwischen dem ersten Bauteil (14) und dem zweiten Bauteil (12) platziert ist;einen ersten Kanal (26), der auf dem selbstschmierenden Einlagesystem (20) und einem Teil entweder des ersten Bauteils (14) oder des zweiten Bauteils (12) platziert ist;einen zweiten Kanal (30), der auf dem selbstschmierenden Einlagesystem (20) und einem Teil entweder des ersten Bauteils (14) oder des zweiten Bauteils (12) platziert ist; undeiner Schmierungsöffnung (32), die entweder mit dem ersten Kanal (26) oder dem zweiten Kanal (30) fluidisch verbunden ist, wobei die Schmierungsöffnung (32) ein Mittel zum Ausbringen eines Schmierfettes in den ersten Kanal (26) oder den zweiten Kanal (30) aufweist.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Lagereinheiten und im besonderen auf ein Hybridlagersystem, das sowohl Mittel zum Schmieren als auch Mittel zur Selbstschmierung aufweist.
Hintergrund
Lager, die Rotation und Versetzung erlauben, wurden und werden an den Enden von Stellgliedern, die Flugregelungen beim Einsatz in Luftfahrzeugen bewegen, genutzt. Ein Beispiel für Flugregelungen umfasst die folgenden Steuerflächen eines Luftfahrzeugs, sind jedoch nicht auf diese begrenzt: Querruder, Ruder, Höhenruder, kombinierte Höhen- und Querruder, „Ruddevons“, Klappenhöhenruder („flapperons“), etc.
Da der Fortschritt der in modernen Kampfflugzeugen und kommerziellen Luftfahrzeugen genutzten Technologie sich verbessert, treffen die in solchen Flugregelungsstellgliedersystemen genutzten Lager auf unterschiedlichen Arten von Bewegungen. Insbesondere treffen in Stellgliedersystemen Bewegungen großer Art und kleiner konstanter oder kontinuierlich zitternder Art aufeinander.
Beispielsweise sind die meisten modernen Luftfahrzeuge mit „fly-by-wire“- oder „fly-by-light“-aktivierten Flugregelungssystemen geplant. In solchen Flugregelungssystemen sprechen Hochgeschwindigkeitscomputer sofort auf Änderungen der Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges und der Höhe an und die Flugregelung wird fortlaufend aktiviert, da das Flugregelungssystem fortlaufend bemüht ist, die beste Stellung zu finden, in der sich die Flugregelung befinden sollte. Die Gesamtauswirkung dieser Tätigkeit ist, dass die mit den Enden der Flugregelungsstellglieder in Verbindung stehenden oder verbundenen Lager sehr kleinen und kontinuierlich zitternden Bewegungen ausgesetzt sind.
Diese Bewegungen sind von großen Bewegungen überlagert, die das Resultat einer Steuereingabe des Piloten sind (z. B. einer großen Bewegung), was andere Arten von Verschleiß erzeugt, die nicht mit den oben erwähnten kleinen und kontinuierlich zitternden Bewegungen zusammenhängen.
Viele Typen und Ausführungen von Lagern wurden mit mäßigem Erfolg in diesen Flugregelungsanwendungen genutzt, was normalerweise einen vorzeitigen Ausbau der Lager durch die Luftfahrzeugwartung zur Folge hatte und die Wartungskosten und den Arbeitseinsatz erhöhte, was wiederum die direkten Betriebskosten des Luftfahrzeugs verteuerte.
Es sind zwei Typen von Lagern entwickelt worden, selbstschmierende Lager und schmierende (z. B. Schmierfett) Lager oder fettgeschmierte oder Trockenfilmgeschmierte Metal-auf-Metal Lager.
Selbstschmierende Lager umfassen Kunstfaserlager und geformte Verbundlagereinlagen, die auf den Verschleiß während ihrer Betriebslebensdauer ausgelegt sind oder alternativ in einer Anwendung genutzt werden, wo wenig Bewegung oder Verschleiß ist. Folglich hängt die Lebensdauer eines Kunstfaserlagers oder einer geformten Verbundlagereinlage von der Verwendung und von der während des Gebrauchs anwachsenden Menge des Verschleiss ab. Insbesondere sind die Lager in Luftfahrzeuganwendungen, wo die Lager auf große Bewegungen, in erster Linie größeren Flugregelungsbewegungen entsprechend, treffen können, größerem Verschleiß ausgesetzt, was ein Ergebnis der Regelungseingaben des Piloten ist.
Fettgeschmierte oder trockenfilmgeschmierte Metal-auf-Metal Lager sind dadurch gekennzeichnet, dass sie metallene Einzelteile haben, die fettgeschmiert oder trockenfilmgeschmiert sind. In einem Rollenlager werden stählerne Wälzelemente genutzt, die zwischen zwei anderen metallenen Oberflächen rollen, bei einem Metal-auf-Metal Lager gleiten zwei metallene Einzelteile relativ zueinander. In diesen Lagern wird entweder ein Fett oder ein Trockenfilmschmiermittel zum Schmieren der metallenen Oberflächen genutzt. Diese Lager sind insbesondere für sehr kleine schwankende Bewegungen, wie sie in aktiven „fly-by-wire“- und „fly-by-light“-Systemen vorherrschen, nicht gut geeignet. Die sehr kleinen Bewegungen führen in das Lager keine zur Verteilung des Schmierfettes geeigneten Ausschläge ein, was in den Lagern zu Brinellieren, Reibverschleiß, Festfressen oder Lagerversagen hervorrufen kann. Zusätzlich verursachen diese sehr kleinen schwankenden Bewegungen auch, dass das Schmierfett oder Trockenschmiermittel von den Kontaktflächen des Lagers wegwandert.
Zusätzlich sind Metalllager auch gewöhnlich aus hochharten, nicht korrosionsbeständigen Metallen oder Metallen, die nitriert oder malcomisiert worden sind, hergestellt, was weiterhin ihre Korrosionsbeständigkeit reduziert. Demgemäß führt Korrosion gekoppelt mit unzureichender Schmierung, die ein möglicher Nebeneffekt der sehr kleinen zitternden Bewegungen ist, die das Fett nicht ausreichend verteilen, zum Brinellieren, Reibverschleißen, Korrodieren, Festfressen oder Lagerversagen.
Beide, selbstschmierende und fettgeschmierte Lager arbeiten gut mit primär einer Art der Bewegungen oder in einer besonderen Anwendungsweise. Die selbstschmierenden Lager arbeiten am besten mit sehr kleinen zitternden oder vibrierenden Arten der Bewegungen, während die fettgeschmierten Lager zum Einsatz mit großen Bewegungen gestaltet sind, in denen das Fett durch die großen Bewegungen (Ausschläge) im Lager verteilt wird.
Die Druckschrift GB 2350652 A offenbart ein Lager für einen Motor. Das Lager ist mit einer Öltasche versehen. Die Öltasche kann durch eine Mehrzahl von Ausnehmungen gebildet werden. Die Druckschrift DE 2149453 A beschreibt ein Schwenklager oder Pendellager mit einem kugelkalottenförmigen konkaven Außenring und einem konvexen Innenring. In dem Außenring sind hydrostatisch beaufschlagbare Lagertaschen vorgesehen. Es wird somit eine hydrostatische Lagerung für Schwenklager und Pendellager vorgeschlagen. Die Druckschrift DE 2748156 A1 betrifft eine Dichtung für Pendellager und Verfahren zu ihrer Herstellung. Als Dichtung wird zum Schutz vor korrodierenden Umgebungen ein Ring aus einem Elastomer verwendet.
Die Druckschrift US 4108505 A beschreibt ein Pendellager mit zwei halbkugelförmigen Ringen. Die Druckschrift US 4111499 A betrifft ein Einlagesystem für ein Lager, das für extreme Temperaturen ausgelegt ist. Das Einlagesystem weist eine Harz-Verbundmatrix auf. Die Druckschrift US 5964325 A offenbart eine Wellenbuchsenanordnung zum Stützen eines Teils einer Bremswelle.
Die Wellenbuchsenanordnung weist zwei Gehäusehälften auf, die einen Hohlraum bilden. Eine der Gehäusehälften ist mit einer Öffnung versehen, durch die Schmiermittel in den Hohlraum ein- und aus diesem austreten kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Lagersystem, ein verbessertes Hybridlagersystem, ein verbessertes Lager sowie ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Hybridlagers anzugeben. Die Aufgabe wird gelöst durch Angabe des Lagersystems nach Anspruch 1, des Hybridlagersystems nach Anspruch 8, des Lagers nach Anspruch 13 und des Verfahrens zur Herstellung eines Hybridlagers nach Anspruch 20.
Zusammenfassung
Ein Hybridlagersystem, das einen selbstschmierenden Teil und einen fettgeschmierten Teil auf derselben Oberfläche angeordnet aufweist, wird verwendet, um wenigstens zwei ausgeprägte Tragemechanismen anzupassen, die durch verschiedene Arten von Bewegungen erzeugt werden.
Ein Lagersystem weist auf: Ein erstes Bauteil, ein zweites Bauteil das so gestaltet ist, dass es drehbar innerhalb des ersten Bauteils aufgenommen ist, wobei das zweite Bauteil eine innere Öffnung zur Aufnahme einer Achswelle eines Antriebs aufweist, ein selbstschmierendes Einlagesystem, das zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil platziert ist, einen ersten Kanal, der auf dem selbstschmierenden Einlagesystem und einem Teil entweder des ersten Bauteils oder des zweiten Bauteils platziert ist, einen zweiten Kanal, der auf dem selbstschmierenden Einlagesystem und einem Teil entweder des ersten Bauteils oder des zweiten Bauteils platziert ist und eine Schmierungsöffnung, die entweder mit dem ersten Kanal oder dem zweiten Kanal fluidisch verbunden ist, wobei die Schmierungsöffnung ein Mittel zum Ausbringen eines Schmierfettes in den ersten Kanal oder den zweiten Kanal aufweist.
Die oben beschriebenen und weitere Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden klar erkennbar und vom Fachmann durch die folgenden detaillierten Beschreibungen, Zeichnungen und den anhängenden Ansprüchen verstanden.
Figurenliste

1 ist eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht eines Hybridlagers, ausgeführt gemäß einer beispielhaften Ausführung;
2 ist ein Querschnitt eines Hybridlagers gemäß einer beispielhaften Ausführung;
3 ist eine Ansicht entlang der Linie 3-3 in 2;
4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 3;
5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 2;
6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils vom 2;
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils Hybridlagersystems;
8 ist eine Aufsicht einer Hülse eines Hybridlagersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung;
9 ist eine Ansicht entlang der Linie 9-9 von 8 und
10 ist eine Ansicht entlang der Linie 10-10 von 8.

Ausführliche Beschreibung
Ein Hybridlagersystem nutzt eine Kombination vom Materialien und Konstruktionsweisen um ein Lagersystem mit einer langen Lebensdauer zum Gebrauch in Anwendungen mit einem bestimmten Bewegungsspektrum zu schaffen. Insbesondere schließt das Bewegungsspektrum Kräfte und Bewegungen ein, wie sie in Fluglageregelungen von Systemen in Luftfahrzeugen auftreten. Das Hybridlagersystem umfasst und nutzt ein selbstschmierendes Einlagesystem und ein Schmiermittel, welches zur Bereitstellung eines Mittels zur zusätzlichen Schmierung zwischen zwei beweglichen Bauteilen, von denen eines so gestaltet ist, dass auf ihm die selbstschmierende Lagerfläche angeordnet ist, platziert ist.
Das Hybridlagersystem schafft Schmierung oder Reibung reduzierende Fähigkeiten für Bewegungen eines weiten Bereiches bezüglich der zwei beweglichen Bauteile. Das Hybridlagersystem ist im Stande, weite Ausschläge oder große Schwingbewegungen durch den Gebrauch eines Schmierfettes aufzunehmen, während zusätzlich sehr kleine zitternde oder vibrierende Bewegungen durch den Einsatz des selbstschmierenden Systems aufgenommen werden.
Nun Bezug nehmend zu den 1 und 2, ist ein Hybridlagersystem 10 gemäß einer beispielhaften Ausführung gezeigt. In einer Ausführungsform ist das Hybridlagersystem 10 ein Pendellager mit einem sphärischen Innenringbauteil 12 und einem Außenringbauteil 14. Das in den Figuren dargestellte Pendellager dient dazu, ein Beispiel eines Hybridlagersystems zu liefern und die Anwendung der vorliegenden Anmeldung soll nicht auf Pendellager beschränkt werden. Nur um einige Alternativen aufzuzeigen, kann beispielsweise das Hybridlagersystem an Lagerbüchsen oder angeflanschten Buchsenkonfigurationen angebracht werden.
Das Innenringbauteil 12 ist sphärisch gerundet aus einem korrosionsbeständigen Metall hergestellt. Das für das sphärische Lager genutzte Metall besteht aus Beryllium, Kupfer, Aluminium-Nickel-Bronze, Aluminium-Bronze, Kupfer-Nickel-Zinn, Kupfer, Messing, „Spinoidaler“-Bronze, korrosionsbeständigem Stahl/rostfreier Stahl, Aluminium, Nickel, Titan, Inconel und Plasmagesprühten/„high-velocity-oxy-fuel“ (HVOF) Beschichtungen, wie Chromoxide, Chromcarbide, Titannitride, Wolframcarbide, Wolfram-Kobalt-Carbide, etc. oder Hartchrombeschichtungen über metallischen Materialien, ist jedoch nicht auf diese begrenzt.
Das Innenringbauteil 12 hat einen äußeren Durchmesser oder einen äußeren oberflächlichen Teil 16, der so gestaltet ist, dass er drehbar innerhalb einer inneren Öffnung 18 des Außenringbauteils 14 aufgenommen wird. Das Innenringbauteil 12 weist eine innere Öffnung auf, die für die Aufnahme einer Achswelle eines Antriebs (nicht dargestellt) vorgesehen ist. Wie im Nachfolgenden ausführlicher diskutiert, ist die innere Öffnung 18 mit einer komplementären Oberflächengestaltung ausgestattet, um die Rotation des Innenringbauteils darin zu vereinfachen.
Das Außenringbauteil 14 ist ebenso aus einem korrosionsbeständigen Material hergestellt. Die Materialien für den Außenring bestehen aus Beryllium-Kupfer, Aluminium-Nickel-Bronze, Aluminium-Bronze, Kupfer-Nickel-Zinn, Kupfer, Messing, „Spinoidaler“-Bronze, korrosionsbeständigem Stahl/rostfreier Stahl, Aluminium, Nickel, Titan, Inconel, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Die vorgezogenen Metalle sind korrosionsbeständig und werden bezüglich ihres Widerstandes gegenüber galvanischer Korrosion ausgesucht.
Ein Kunstfaser- oder gegossenes Einlagesystem 20 ist zwischen den benachbarten Oberflächen des Innenringbauteils 12 und des Außenringbauteils 14 angeordnet.
In einer Ausführung ist das Einlagesystem 20 ein selbstschmierendes Kunstfaserverbund Lagermaterial, das aus PTFE- oder Teflonfasern 22 hergestellt ist, das mit anderen Gewebeeinlagen verwoben ist, wie zum Beispiel Dracon, Polyester, Fiberglas, Baumwolle, Nomex, Kevlar, etc., jedoch nicht auf diese beschränkt ist. Das Gewebe und die Dracon-Gewebeeinlage sind mit einem metallischen Substratmaterial des Innenringbauteils oder des Außenringbauteils verbunden, um durch den Gebrauch eines geeigneten Klebers, wie ein Polyester, Epoxi, Phenol, Urethan, Polyimid oder anderen Arten von geeigneten Harzsystemen aufweisen, eine Verbundmatrix zu formen. Das Harzsystem umschließt auch das Schmiermittel des PTFE- oder Teflongewebes.
Alternativ ist das Einlagesystem 20 ein selbstschmierendes gegossenes PTFE- oder Teflonverbundeinlagesystem, welches schmierende Fasern, eingeschlossen PTFE- oder Teflonfasern, und/oder Graphite oder andere Arten spezieller Füllstoffe aufweist in einem Verbund mit Polyester, Epoxi, Phenol, Urethan, Polyimid oder anderen Arten geeigneter Harzsysteme. Das selbstschmierende Verbundeinlagesystem ist eine Ausführung ist an eine bevorzugte Stelle ei ngegossen.
Die harzbasierte Kleberbindung oder entweder das Gewebe oder das Verbundeinlagesystem liefert selbst ein Einlagesystem, das in das Lager maschinell eingearbeitet, eingegossen oder injiziert werden kann. In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführung, wo die selbstschmierende Einlage maschinell bearbeitbar sein soll, ermöglicht die Kombination der Harze, des PTFE und des Füllers, dass das ausgehärtet Einlagesystem maschinell bearbeitbar ist. Übereinstimmend und in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführung ist das Einlagesystem 20 durch seine Fähigkeit maschinell bearbeitbar zu sein, charakterisiert. Wie unten genauer diskutiert werden wird, ist das Einlagesystem 20 und die Oberfläche, an der dieses anhaftet, maschinell bearbeitet um eine Vielzahl von Fett schmierenden Kanälen zu haben.
Das Einlagesystem haftet an der inneren Oberfläche des Außenringbauteils 14 oder alternativ am Außendurchmesser des Innenringbauteils. Demgemäß kann die Oberfläche oder die Einlage, die das selbstschmierende Material enthält, zu beiden Komponenten des Lagers bewegt werden. Spezifisch und bezüglich eines Pendellagers können das selbstschmierende Material und die Fettkanäle auf dem äußeren Durchmesser der Drehachse anstelle des inneren Durchmessers der Buchse eingerichtet sein.
Das Kunstfaserlager oder gegossene Einlagelagersystem rangiert in einer Stärke von 0,00762 bis 0,0762 cm Stärke und ist klebend an die metallische Oberfläche entweder des Innenrings oder des Außenrings gebunden. Die klebende Verbindung verhindert, dass die selbstschmierende Einlage aus der primären Lagertragezone aufgrund von sehr kleinen zitternden Bewegungen oder Vibrationen, denen das Lager ausgesetzt ist, herauswandert. Natürlich beansprucht die Anmeldung, dass die Stärke des Einlagematerials größer oder weniger als die zuvor erwähnten Bereiche sein kann.
Die klebende Verbindung wird durch ein System auf Harzgrundlage erreicht, wie oben aufgeführt. Das Harz gestützte System, das zum Formen der selbstschmierenden Verbundmatrix genutzt wird, hat einen Temperatureinsatzbereich von 37,8 bis 315,6 °C. Natürlich beansprucht die Anmeldung, dass der Temperatureinsatzbereich des harzbasierten Systems größer oder kleiner als der oben erwähnte Bereich sein kann.
Das Kunstfaserlager oder gegossene Einlagelagersystem liefert die notwendige Schmierung für den konstanten Bereich sehr kleiner zitternder Bewegungen. Die Umhüllung des Schmiermittels in einer Harzverbundmatrix verhindert, dass das Schmiermittel (PTFE, Teflon oder Graphit) aus der Tragezone aufgrund zitternder oder vibrierender Bewegungen herauswandert. Die hier genutzten Bewegungen zitternder Art sind Bewegungen, die durch das ständige „Jagen“ der Flugregelung zum Finden der richtigen Position in einem aktiven „fly-by-wire“- oder „fly-by-light“-Regelungssystem verursacht werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist zusätzlich eine Betätigungsoberfläche 24 des Einlagesystems platziert, um entweder mit der inneren Oberfläche des Außenringbauteils oder alternativ mit der äußeren Oberfläche des Innenringbauteils einen Kontakt herzustellen, abhängig davon, welchem Bauteil das Einlagesystem 20 zugewandt ist.
Die Betätigungsoberfläche 24 liefert durch den Gebrauch eines Einlagesystems 20 ein selbstschmierendes Mittel, welches geeignet ist für kleine zitternde Bewegungen zwischen dem Innenringbauteil 12 und dem Außenringbauteil 14. Die selbstschmierenden Mittel des Einlagesystems 20 liefern ein Mittel zum Schmieren oder zum Arbeiten mit einer ersten Art von Bewegungen, namentlich sehr kleinen Arten zitternder oder vibrierender Bewegungen.
Nachdem das Harz basierte Einlagesystem ausgehärtet ist, wird die Betätigungsoberfläche maschinell bearbeitet, eingespritzt, gegossen oder am Ort verklebt, um vorbestimmte Toleranzen zu schaffen (z. B. geeignet, um Bewegungen zwischen den beiden Oberflächen zu vereinfachen).
Die Betätigungsoberfläche 24 und ein Teil der Oberfläche, der das Einlagesystem zugewandt ist, wird maschinell bearbeitet, um Schmierungskanäle 26 zu erhalten, um einen ausgebuchteten Bereich zum Erhalten und Halten einer Menge eines Lagerfettes zu erhalten. Eine Art von erwägten Lagerfetten schließt die folgenden ein, ist aber nicht auf diese begrenzt: mineralisch basiertes Fett, synthetisches Fett oder ein mineralisch/synthetisches Hybridfett.
Die Schmierkanäle werden in die Betätigungsoberfläche des Einlagesystems maschinell eingearbeitet, nachdem das Einlagesystem entweder am inneren oder am äußeren Ringbauteil angebracht ist und bevor das innere Ringbauteil innerhalb des äußeren Ringbauteils eingesetzt wird. Die Schmierungskanäle bieten örtlich begrenzte Bereich zum Erhalt eines Schmierfettes, die den Bewegungsbahnen des inneren und äußeren Ringbauteils bezüglich einander entsprechen.
Diese Schmierungskanäle bieten ein Schmierungsmittel für große Bewegungen (z. B. größer als zitternde Bewegungen), denen das Lagersystem ausgesetzt ist, die die PTFE- oder Teflon-Kunstfasern oder das selbstschmierende gegossene Einlagesystem ergänzen. Diese Bewegungen werden typischerweise hervorgerufen durch eine Regelungseingabe des Piloten zur Manipulation der Flugregelungsantriebe eines Flugzeugs.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung weisen die Schmierungskanäle einen ersten Schmierungskanal 28 und eine Mehrzahl von zweiten Schmierungskanälen 30 auf. Der erste Schmierungskanal 28 durchläuft vollständig die Betätigungsoberfläche 24 in einer kreisförmigen oder bogenförmigen Bahn. Der erste Schmierungskanal 28 liefert ein Mittel zur Schmierung, wenn das Innenringbauteil 12 bezüglich des Außenringbauteils 14 in einer ersten Ebene rotiert (z. B. in einer Richtung, die im wesentlichen parallel dem ersten Schmierungskanal 28 ist).
Zusätzlich kreuzen zweite Schmierungskanäle 30 den ersten Schmierungskanal 28 in einer rechtwinkligen Anordnung. Die zweiten Schmierungskanäle 30 sind platziert, um eine Schmierung in Richtung außerhalb der Flucht bezüglich der rotierenden Bewegung des inneren Rings bezüglich des äußeren Rings zu liefern. Natürlich sind andere Konfigurationen und winklige Anordnungen des ersten Schmierungskanals 28 und der zweiten Schmierungskanäle 30 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erwägt. Beispielsweise und bezogen auf die gestrichelten Linien in 1 können die zweiten Schmierungskanäle 30 maschinell in winkligen Anordnungen hergestellt werden und können vielfache Paare von Schmierungskanälen 30 aufweisen.
Als eine einfache Alternative und bezogen auf die gestrichelten Linien in 9 sind eine Vielzahl diagonaler oder spiralförmiger Kanäle 30 in die Oberfläche des Einlagersystems maschinell eingearbeitet.
Die zweiten Schmierungskanäle 30 liefern ein Mittel zur Schmierung, wenn das Innenringbauteil 12 bezüglich des Außenbauteils 14 in einer zweiten Ebene rotiert. Es ist vorgesehen, dass die ersten und zweiten Ebenen generell rechtwinklig bezüglich einander sind. In einem anderen Beispiel bezieht sich die erste Bewegungsebene auf die erwünschte Rotation des Lagers, während die zweite Bewegungsebene sich auf Bewegungen außerhalb der ersten Ebene bezieht. Selbstverständlich und wie vorher festgestellt, können die Konfigurationen und/oder die Anordnungen der Winkel der ersten und zweiten Ebene variieren.
Die Anzahl zweiter Schmierungskanäle 30 kann beispielsweise variieren und abhängig vom Durchmesser des Lagers kann es verschiedene Mengen von Kanälen geben. Beispielsweise können in einem Lagersystem mit 1,27 cm Durchmesser vier zweite Schmierungskanäle 30 vorhanden sein. Selbstverständlich kann die Anzahl der Kanäle variieren, wenn die Anwendung dies erfordert. Die zweiten Schmierungskanäle 30 werden vorzugsweise mit gleich bleibenden Abstand platziert, z. B. würden sie, wie in dem Beispiel von vier Kanälen 30, auf der Betätigungsoberfläche 24 ungefähr 90 Grad voneinander angeordnet. Alternative können sie mit einer angemessenen Anzahl von Kanälen (z. B. sechs Kanäle) 60 Grad voneinander entfernt sein. Selbstverständlich werden andere Kombinationen von Kanälen und Abständen (z. B. Gradzahlen) voneinander entfernt in Erwägung gezogen für den Gebrauch mit der vorliegenden Offenbarung.
Nochmals, die Platzierung und Anordnung der Kanäle 30 kann auch variieren. Des weiteren werden das Schmierfett und die Kanäle 28 und 30 zwischen den Benachbarten Oberflächen des Einlagesystems 20 und der äußeren Oberfläche des Innenringbauteils 12 oder alternativ der inneren Oberfläche des Außenringbauteils 14 angeordnet.
Wenigstens eine Schmierungsöffnung 32 wird durch das Außenringbauteils 14 oder alternativ durch das Pendellager durchgebohrt, bis sie in einer Tiefe ist, die erreicht ist, wenn die Fettkanäle maschinell durch das Einlagersystem in den Lagerringen eingearbeitet werden. Dadurch sind die Kanäle, nachdem sie maschinell hergestellt sind, in fluider Verbindung mit der Schmierungsöffnung. Die Schmierungsöffnung 32 erlaubt, dass ein Schmierungsfett in den Aufnahmebereich der Kanäle 28 und 30 eingebracht wird. Die Schmierungsöffnung 32 erlaubt, dass das Schmierfett eingebracht wird, nachdem das Lagersystem zusammengebaut worden ist zusätzlich zum nachfüllen des Lagersystems während der Einsatzdauer desselben. Zusätzlich und um das Schmiermittel innerhalb der Schmierungskanäle zu halten, werden ein Einbau für das Fett oder andere Mittel zum erhalten einer fluiden Verbindung in eine Richtung in die Schmierungskanäle vorgesehen.
Bezug nehmend nun auf die 2 und 6, ist ein Dichtungsmittel in Form eines Paares von Dichtungsbauteilen oder Dichtungen 34 entlang des äußeren Umfangs des Außenringbauteils 14 platziert. Die Dichtungen 34 dichten die Kontaktoberflächen des Innenringbauteils 12 und des Außenringbauteils 14. Die Dichtungen 34 verhindern, dass das Schmierungsfett der Kanäle 28 und 30 von seiner bevorzugten Stelle herausdringt (z. B. zwischen der Betätigungsoberfläche 24 und der ihr gegenüberliegenden Oberfläche des Hybridlagersystems). Zusätzlich verhindern die Dichtungen 34, dass Schmutz in diese Stelle eindringt.
Wenn die Dichtungen 34 an ihrer bevorzugten Stelle platziert sind, wird ein Rückhaltebauteil 36 zum Zurückhalten der Dichtungen 34 in ihrer Dichtungsposition platziert. In einer beispielhaften Ausführung ist das Rückhaltebauteil 36 ein Teil des Außenringbauteils 14, welches über die Dichtung 34 geformt ist. Die Dichtungen 34 sind ausgewählt oder hergestellt, um eine Dichtung mit niedriger Reibung zu bieten, sowie um nicht mit der Bewegung des Innenringbauteils bezüglich des Außenringbauteils zu interferieren.
Ein geeignetes Material zum Liefern des Dichtungsmittels ist ein O-Ring, alternative Mittel um das Schmierfett vom Heraustreten aus seiner bevorzugten Stelle abzudichten hängen teilweise von der Geometrie des Lagersystems ab. Ein Beispiel eines alternativen Mittels schließt eine eingespritzte, geformte Kunststoff- oder Verbundstoffkomponente ein. Ein Beispiel eines anderen Dichtungsverfahrens, ist in der US 4,060,287 offenbart, dessen Inhalte mit Bezug darauf hier eingebracht werden. In Einstimmung mit der vorliegenden Offenbarung und nun Bezug nehmend auf die 1-7, kann ein Hybridlagersystem für ein Pendellagersystem der vorliegenden Offenbarung nach einer der folgenden Methoden konstruiert werden. Die Einlage kann durch Einspritzen, Formen, Kleben oder Anbringen installiert werden, danach maschinell bearbeitet werden (vielteiliger Außenring). Beispielsweise kann die Einlage und deren Kleber nach einer der Arten/Verfahren, die in den Anmeldungen US 3,806,216 , US 4,048,370 , US 4,108,505 und US 4,717,268 , deren Inhalte unter Bezugnahme darauf hier eingebracht werden, angebracht werden. Die vorstehend erwähnten Patente dienen um Beispiele von Verfahren zum Anbringen der Einlage zu liefern und sind nicht verstanden um die vorliegende Offenbarung auf Dergleichen zu begrenzen.
Nachdem das Harz basierte Einlagesystem ausgehärtet ist, wird seine freiliegende Oberfläche, falls nötig, maschinell auf eine Toleranz bearbeitet, um eine geeignete Oberflächenbeschaffenheit zu liefern oder alternativ kann die Einlage in ihre endgültige Gestalt eingespritzt oder eingeformt werden, wobei ein maschineller Schritt zur Bearbeitung der Oberflächengestalt nicht erforderlich ist.
Nach dem maschinellen Bearbeitungsprozess der Betätigungsoberfläche 24 oder anderen Methodiken, in welchen das Einlagesystem zwischen den zwei beweglichen Bauteilen des Hybridlagersystems platziert wird, werden die Schmierungskanäle maschinell in die Betätigungsoberfläche des Harz basierten Einlagesystems eingearbeitet. Die Schmierungskanäle werden maschinell bis zu einer Tiefe eingearbeitet, die ausreichend ist, um eine Menge eines Schmierfettes zu erhalten und zuhalten. Zusätzlich ist die Tiefe des Schmierungskanals (Kanäle) normalerweise größer als die Stärke des Einlagesystems und infolge dessen ist ein Teil des Ringbauteils ebenfalls maschinell bearbeitet.
Das Ringbauteil ist ebenfalls maschinell bis in eine ausreichende Tiefe bearbeitet, um mit der in diesem eingebauten Schmierungsöffnung eine fluide Verbindung zu liefern. Die Schmierungsöffnung 32 wird auf eine Tiefe vorgebohrt, die mit den Schmierungskanälen, nachdem sie in die Oberfläche des Ringbauteils maschinell eingearbeitet wurden, verbunden ist. Folglich wird die Schmierungsöffnung 32 auf diese Weise mit dem Prozess zum Einbringen des Harz basierten Einlagesystems nicht interferieren.
Nachdem die Schmierungskanäle in die Betätigungsoberfläche des Einlagesystems und eines Teils des Ringbauteils, dem es zugewandt ist, maschinell eingearbeitet wurde, wird das Innenringbauteil in dem Außenring platziert und das Lager ist zusammengebaut.
In einer Ausführungsform wird der Innenring in ein zylindrisches Bauteil 40 eingesetzt, welches eventuell das Außenringbauteil 14 wird. Das zylindrische Bauteil 40 hat einen Innendurchmesser, der groß genug ist, um zu erlauben, dass das Innenringbauteil 12 darin eingesetzt wird. Nachdem das Innenringbauteil 12 in das zylindrische Bauteil 40 eingesetzt wurden ist, wird dasselbe in eine Form zum Aufbringen einer Kraft eingesetzt um den Außenring um den Innenring zu formen. Insbesondere wird die innere Oberfläche des zylindrischen Bauteils 40 manipuliert, um die winklige Konfiguration des Innenringbauteils wie in den 1, 2, 5 und 6 dargestellt zu haben.
In einer weiteren Ausführung wird der Außenring um das Innenringbauteil mit einer vorbestimmten Toleranz zwischen diesen geformt und das Einlagesystem wird in den Spalt zwischen dem Innen- und Außenring spritzgegossen. In dieser Ausführungsform ist entweder der Innen- oder der Außenring mit Öffnungen zum Einspritzen des Einlagesystems ebenso wie mit Öffnungen zum Zuführen des Schmierfetts ausgebildet.
In noch einer weiteren Ausführungsform ist das Einlagesystem (entweder Kunstfaser oder Verbund) an dem äußeren Durchmesser des Innenrings angebracht, die Schmierungskanäle werden maschinell darin eingearbeitet und ein zweiteiliger Außenring wird um den Innenring geformt, wobei ein Sicherungs- oder Schweißverfahren gebraucht wird, wie es in den US 4,108,505 oder US 4,033,019 offenbart wird, deren Inhalte mit Bezug darauf hier eingebracht werden.
Demgemäß ist danach der Innenring drehbar innerhalb des Außenringbauteils 14 aufgenommen und festgehalten. Die Dichtungsmittel in Form von Dichtungen 34 und Alternativen dazu werden um das Innenringbauteil 12 entweder vor oder nach dem vorher erwähnten Formungsprozess platziert. Wenn die Dichtungsmittel vor dem Formungsprozess angebracht werden, kann der Formungsprozess genutzt werden, um die Dichtungsmittel in ihrer bevorzugten Lage fest zu halten (z. B. Formen eines Festhalteteils 36). Alternativ kann ein separater Formungsprozess genutzt werden, um die Dichtungsmittel in ihrer bevorzugten Lage fest zu halten.
Die Kombination zweier Lagerschmierungssysteme stattet das Hybridlagersystem mit der Fähigkeit aus, verschiedene Arten und Bereiche von Bewegungen aufzunehmen. Das Schmierfett, das in einem PTFE, Teflon und/oder einem Graphit-Schmiermittelkunstfaser oder PTFE, Teflon und/oder Graphitgusssystem enthalten ist, ermöglicht niedrige Verschleißraten, während hohe Lager Schwingungs Oberflächen Ausschläge aufgenommen werden, verschieden von großen Bewegungen durch Regelungseingaben des Piloten.
Der Gebrauch eines selbstschmierenden Lagergewebes oder eines gegossenen Lagereinlagesystems kombiniert mit einem mineralisch basierten, synthetischen oder mineralisch/synthetischen Hybridfett, bietet eine längere Lebensdauer für Luftfahrtanwendungen, wie Lager für Flugregelungen, die ein einzigartiges Spektrum von großen Bewegungen über die Lebensdauer des Lagers und auch kontinuierliche, sehr kleine zitternde Arten von Bewegungen aufweisen.
Andere Arten von Anwendungen wären in Lagern in Fahrgestellen für Anwendungen in Flugzeugen. In diesen Anwendungen bezieht sich das Ausfahren und Einfahren des Fahrgestells auf die Bewegungen großer Bereiche, während vibratorische Bewegungen auf kleinere Bereiche von Bewegungen bezogen sind. Eine andere Anwendung ist eine Zapfen-Hülse oder Flansch-Buchse Konfiguration, wo ein Kunstharzlager oder ein Gusseinlagelagersystem hergestellt wird zusammen mit Fettkanälen und geeigneten mineralischen, synthetischen oder mineralisch/synthetischen Hybridfetten. Die aufeinander arbeitende Fläche in dieser Anwendung ist eine Achse, die in die Buchse eingesetzt ist. Die Materialien für den Buchsenwerkstoff sind die Gleichen, wie für den Außenring des oben beschriebenen Pendellagers beschrieben. Die Materialien für die Achse sind wie für die oben beschriebene Kugelfläche des Pendellagers beschrieben.
Obwohl die Erfindung mit Bezug zu einer beispielhaften Ausführung beschrieben wurde, wird es von Fachleuten verstanden werden, dass verschiedenen Änderungen gemacht werden können und dass Äquivalente anstelle von Elementen eingesetzt werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Zusätzliche können viele Veränderungen durchgeführt werden um eine bestimmt Situation oder Material zu den Lehren der Erfindung hinzuzufügen ohne deren wesentlichen Bereich zu verlassen. Daher ist vorgesehen, dass die Erfindung nicht auf die besonderen Ausführungen beschränkt ist, die als die besten Weise betrachtet werden um die Erfindung zu verdeutlichen, dass die Erfindung jedoch alle Ausführungen einschließt, die in den Bereich der angehängten Ansprüche fallen.

Claims

Ein Lagersystem (10) aufweisend: ein erstes Bauteil (14); ein zweites Bauteil (12), das so gestaltet ist, dass es drehbar innerhalb des ersten Bauteils (14) aufgenommen ist, wobei das zweite Bauteil (12) eine innere Öffnung zur Aufnahme einer Achswelle eines Antriebs aufweist; ein selbstschmierendes Einlagesystem (20), das zwischen dem ersten Bauteil (14) und dem zweiten Bauteil (12) platziert ist; einen ersten Kanal (26), der auf dem selbstschmierenden Einlagesystem (20) und einem Teil entweder des ersten Bauteils (14) oder des zweiten Bauteils (12) platziert ist; einen zweiten Kanal (30), der auf dem selbstschmierenden Einlagesystem (20) und einem Teil entweder des ersten Bauteils (14) oder des zweiten Bauteils (12) platziert ist; und einer Schmierungsöffnung (32), die entweder mit dem ersten Kanal (26) oder dem zweiten Kanal (30) fluidisch verbunden ist, wobei die Schmierungsöffnung (32) ein Mittel zum Ausbringen eines Schmierfettes in den ersten Kanal (26) oder den zweiten Kanal (30) aufweist.
Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagersystem (10) ein Pendellager ist.
Lagersystem (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (12) ein sphärisches Innenringbauteil (12) und das erste Bauteil (14) ein Außenringbauteil (14) ist.
Lagersystem (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das sphärische Innenringbauteil (12) und das Außenringbauteil (14) aus einem nicht rostenden Metall gebildet sind und das Einlagesystem (20) klebend an eines der Ringbauteile gebunden ist.
Lagersystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlagesystem (20) ein selbstschmierendes Kunstfaserverbundmaterial ist, das mit Füllmaterial verwoben ist und klebend entweder an den Innenring (12) oder den Außenring (14) mit einem Harz gebunden ist.
Lagersystem (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet dass die Kunstfaser PTFE ist.
Lagersystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlagesystem (20) ein Verbundmaterial ist, das schmierende Fasern und Füllmaterial in einem Verbundharzsystem aufweist.
Hybridlagersystem (10), aufweisend: ein erstes Bauteil (14); ein zweites Bauteil (12), das so gestaltet ist, dass es drehbar innerhalb des ersten Bauteils (14) aufgenommen ist, wobei das zweite Bauteil (12) eine innere Öffnung zur Aufnahme einer Achswelle eines Antriebs aufweist; ein erstes Mittel (20) zur Reduzierung von Reibung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil, wobei das erste Mittel (20) zur Reduzierung von Reibung ein selbstschmierendes Einlagesystem (20) ist; ein zweites Mittel (26) zur Reduzierung von Reibung zwischen dem ersten Bauteil (14) und dem zweiten Bauteil (12), wobei das zweite Mittel (26) zur Reduzierung der Reibung einen ersten Kanal (28) aufweist, der in dem ersten Mittel (20) und einem Teil entweder des ersten Bauteils (14) oder des zweiten Bauteils (12) angebracht ist, und einen zweiten Kanal (30) aufweist, der in dem ersten Mittel (20) und einem Teil entweder des ersten Bauteils (14) oder des zweiten Bauteils (12) angebracht ist; eine Schmierungsöffnung (32) in fluidischer Verbindung mit dem zweiten Mittel (26) zur Verminderung der Reibung.
Hybridlagersystem (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das System für den Gebrauch als Lager in einer beweglichen Fahrzeugkomponente gestaltet ist.
Hybridlagersystem (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Flugzeug ist und die bewegliche Komponente ein Teil des Fahrgestells ist.
Hybridlagersystem (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel (20) selbstschmierend ist und das zweite Mittel (26) eine Menge eines Schmieröls einschließt, wobei die Menge des Öls fähig ist, durch die Schmierungsöffnung (32) aufgefüllt zu werden.
Hybridlagersystem (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagersystem (10) ein Pendellager ist und das zweite Bauteil (12) ein sphärisches Innenringbauteil (12) und das erste Bauteil (14) ein Außenringbauteil (14) ist, wobei beide aus einem nicht rostenden Metall ausgeführt sind und das erste Mittel (20) klebend an eines der Ringbauteile gebunden ist.
Ein Lager (10), aufweisend: ein erstes Bauteil (14); ein zweites Bauteil (12), das so gestaltet ist, dass es drehbar innerhalb des ersten Bauteils (14) aufgenommen ist, wobei das zweite Bauteil (12) eine innere Öffnung zur Aufnahme einer Achswelle eines Antriebs aufweist; eine selbstschmierende Einlage (20), die entweder an dem ersten Bauteil (14) oder an dem zweiten Bauteil (12) anhaftet, wobei die selbstschmierende Einlage (20) zwischen dem ersten Bauteil (14) und dem zweiten Bauteil (12) angeordnet ist; einen ersten Kanal (28), der in der selbstschmierenden Einlage (20) und einem Teil entweder des ersten Bauteils (14) oder des zweiten Bauteils (12) angebracht ist; einen zweiten Kanal (30), der in der selbstschmierenden Einlage (20) und einem Teil entweder des ersten Bauteils (14) oder des zweiten Bauteils (12) angebracht ist; und eine Schmierungsöffnung (32) in fluider Verbindung mit entweder dem ersten Kanal (28) oder dem zweiten Kanal (30), wobei die Schmierungsöffnung (32) ein Mittel zum Ausgeben eines Schmierfetts in den ersten Kanal (28) oder den zweiten Kanal (30) schafft.
Lager (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (14) ein Außenring (14) eines Pendellagers und das zweite Bauteil (12) ein Innenring (12) ist, wobei der Außenring (14) um den Innenring (12) geformt ist.
Lager (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die selbstschmierende Einlage (20) ein mit Füllstoffen verwobenes selbstschmierendes Verbundfaserlagermaterial ist und klebend an entweder den Innenring (12) oder den Außenring (14) durch ein Harz gebunden ist.
Lager (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kanal (28) in fluider Verbindung mit dem zweiten Kanal (30) ist.
Lager (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von zweiten Kanälen (30) vorgesehen ist, wobei jeder in fluider Verbindung mit dem ersten Kanal (28) ist.
Lager (10) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Kanäle (30) rechtwinklig bezüglich des ersten Kanals (28) platziert sind.
Lager (10) nach Anspruch 18, weiterhin wenigstens einen zwischen dem ersten Bauteil (14) und dem zweiten Bauteil (12) platzierten O-Ring (34) aufweisend.
Verfahren zur Herstellung eines Hybridlagers (10), aufweisend: Anbringen und Ankleben einer Einlage (20), die ein selbstschmierendes mit Füllstoffen verwobenes Kunstfaserverbundmaterial aufweist, an entweder einer äußeren Oberfläche eines Innenrings (12) oder einer inneren Oberfläche eines Außenrings (14) eines Pendellagers; maschinelle Herstellung eines ersten Kanals (28) und einer Mehrzahl zweiter Kanäle (30) in die Einlage (20) und in einen Teil entweder des Außenrings (14) oder des Innenrings (12), wobei der erste Kanal (28) in fluider Verbindung mit der Mehrzahl zweiter Kanäle (30) ist, der erste Kanal (28) und die Mehrzahl zweiter Kanäle (30) ein Mittel zum Halten und Erhalten eines Schmierfetts schaffen; Einsetzen des Innenrings (12) in eine innere Öffnung des Außenrings (14); Formen des Außenrings (14) um den Innenring (12), so dass der Innenring (12) drehbar innerhalb des Außenrings (14) aufgenommen ist und der erste Kanal (28) und die Mehrzahl an zweiten Kanälen (30) an einer Betätigungsoberfläche (24) zwischen dem Innenring (12) und dem Außenring (14) platziert sind.
Verfahren nach Anspruch 20, weiterhin aufweisend: Formen einer Öffnung (32) in einem Pendellager (10), wobei die Öffnung (32) in fluider Verbindung mit dem ersten Kanal (28) ist und ein Mittel zum Eingeben des Schmierfetts in den ersten Kanal (28) und die Mehrzahl der zweiten Kanäle (30) schafft.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage (20) vor der maschinellen Herstellung des ersten Kanals (28) maschinell bearbeitet wird, um eine glatte Oberfläche zu schaffen.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial auf die Lageroberfläche gegossen wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage (20) mit einem Harz klebend an den Innenring (12) oder den Außenring (14) gebunden wird, wobei die ersten (28) und zweiten (30) Kanäle in die Einlage (20) maschinell eingearbeitet werden, nachdem das Harz ausgehärtet ist.