DE1575651A1 - Gleitlager - Google Patents

Description

Kennzeichen 1802 2l'

Dr. F. Zumsiein - Cr. E. Assmcnn

Dr. R. Koenigsbeiv er Dipl. Phys. R. Ho zbu. er '

Paltr.fiit völta

München 2, Lu-! ..-■.iirc're 4/iif

cf.f AiMI CARBON K.V., HEERLEN (die Niederlande) Gleitlager

Es ist bei radial unbelasteten, senkrecht rotierenden Achsen bereits bekannt,' dass in bestimmten Fällen, u.a. bei einem bestimmten Spiel in den Lagern, eine Instabilität auftritt, wodurch die Achse zum Schwingen kommen k^nn. Ein im Vergleich zum Gegenmoment der schwingenden Achse gro'sseres Antriebsmoment hat einen schnelleren Verschlelss der ' Lager zur Folge. Bei einem im Vergleich zum Gegenmoment kleineren Antriebsmoment wird die Achse bis zum Stillstand abgebremst. Bei nicht geschmierten Lagern wird sich diese Schwingungserscheinung im allgemeinen eher einstellen als bei geschmierten Lagern.

Die genannten Schwierigkeiten machen sich u.a. bei Lagern mit

Gasschmierung bemerkbar, welche z.B. in der Raumfahrttechnik Anwendung finden. Bei diesen Lagern- kann bei bestimmte!" Drehzahl dxe Achsenmitte mit einer Drehzahl j entsprechend etwa der halben Drehzahl der Achse, einen Kreis beschreiben, dessen Druckmesser das Zweifache des Spiels beträgt. Diese Erscheinung ist bekannt unter dem Namen "half-frequency whirl". Bei nicht geschaiierten Lagern kann die Schwingung aus einer Rotation in entgegengesetzter Drehrichtung bestehen.

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Es wird versucht die Schwierigkeiten nach Möglichkeit zu vermeiden. Es stehen hierfür mehrere Mittel zur Verfügung u.a.:'

- möglichst geringes Spiel der Achse in den Lagern;

- aufbringen einer gerichteten äusseren Radialbelastung;

- einbringen eines dämpfenden Mittels (Schmierfilm) zwischen Lager und Achse;

- Wahl einer Achse mit möglichst grosser Masse;

- sorgfältiges Ausbalanzieren der Achse;

- Anfertigung einer Achse mit möglichst grosser kreisrunder Form; und

- Wahl solcher Materialien für Achse und Lager, welche zusammen eine möglichst hohe Verschleissfest.igkeit ergeben, so dass das Spiel kaum noch grosser wird.

Bisher ist es nicht gelungen, eine Konstruktion zu verwirklichen, welche sich in jeder Situation bewährt, . ,

Erfindungsgemä'ss wird ein sehr zweckmässiges Lager erhalten, wenn man, ausgehend von einem Gleitlager, versehen mit einer muldenförmigen, zum Zentrieren der Achse vorgesehenen Fläche, eine um die Achse fest angeordnete zylindrische Stützfläche anbringt mit einem solchen Spiel, das sie bei zentrierter Achse nicht als Lauffläche dient.

Bei normalem ruhigem Lauf zeigt die Stützfläche also keinen Verschleiss. Die Stützfläche gestattet nur eine geringe Exzentrizität der Achse. Ist letzteres der Fall, so wird die Stützfläche vorübergehend belastet, wonach die muldenförmige Fläche für eine schnelle Zentrierung Sorge trägt. .

Weil bei erfindungsgemässen Lagern ein grösseres Spiel zulässig, ist als bei den bekannten Lagern, kann die Stützfläche aus verschleissfesten Kunststoffen hergestellt sein, welche einen grossen thermischen Dehnungs-

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koeff l^i-enten aufweisen, was z.B. bei einem im Handel unter dem Namen Teflon erhältlichen Stoff der Fall ist. Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit kann der Stoff mit z.B. Graphit vermisoht werden.-.

Es können auch Stoffe mit "grosser Aufnahmefähigkeit für Feuchtigkeit verwendet werden, welche sich bei dieser Feuchtigkeitsaufnahme auch ausdehnen; als solcher ist ein im Handel unter dem Nahmen Nylon bekannter Stoff bekannt, der unter bestimmten Bedingungen verschleissfest.er ist als Zusammensetzungen von Teflon. ·

Ein solches, völlig trockenlaufendes Lager mit einem Spiel von etwa 0,1 mm ist mit gutem Erfolg unter sehr schwierigen Betriebsbedingungen erprobt worden, wo bekannte Vorrichtungen mit gleichem Spiel und unter denselben Umständen den Erwartungen nicht entsprachen. Diese Betriebsverhältnisse betrafen einen rotierenden Rührer fUr einen Autoklav, wobei in einem druckfesten Gehäuse (300 atü) die Achse des Rührwerks durch magnetische Übertragung angetrieben wurde. Während des Rührens mit einer Drehzahl bis zu 2000 U/m durfte überhaupt kein Schmiermittel wie 01 oder-Fett in den Reaktionsraum kommen. Stopfbüchsen durften gleichfalls nicht verwendet werden. Sämtliche Bauteile müssen sehr korrosionsbeständig'sein.

Eine sehr zweckmässige AusfUlirungsform wird erhalten durch Einbau von Gleitblöcken, welche axial verschiebbar um die Achse angeordnet sind, durch Federwirkung an die muldenförmige Fläche angedrückt werden und somit eine stabilisierende Wirkung haben. Der Vorteil dieser AusfUhrungs-, form ist,.dass man zum Aufbringen des für die Zentrierung erforderlichen Axialdrucks auf die muldenförmige Fläche nicht von dem Gewicht und einer etwaigen Axialverschiebung der Achse abhängig ist. Man kann bei einer senkrechten Achse mit Ober- und Unterlager das Gewicht dieser Achse mit den Zubehörteilen auf die muldenförmige Fläche eines der Lager aufruhen lassen, wenn die Gefahr einer Axialverschiebung der Achse nicht gegeben

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ist und mit Hilfe der Federkraft dafür Sorge tragen, dass die muldenförmige Fläche des anderen Lagers mit Druck beaufschlagt ist, welcher Druck dieselbe Richtung wie die Schwerkraft aber auch eine entgegengesetzte Richtung haben kann.

Vorzugsweise sind die genannten Gleitblöcke nicht rotierbar. Sie bilden also jetzt eine zylindrische Lauffläche, während dahingegen die muldenförmige Fläche nicht mehr als Lauffläche dient.

Bei Aussermittigkeit der Achse schieben sich die Gleitblöcke einigermassen über die muldenförmige Fläche, welche jetzt kein ununterbrochen konischer oder kugelförmiger Rotationskörper zu sein braucht. Der Schnitt gemäss einer Ebene senkrecht zur Achse kann jetzt auch die Form eines Vielecks aufweisen und die Fläche kann unterbrochten sein.

Es empfiehlt sich, dafür Sorge zu tragen, dass die Federwirkung durch ein einziges, um die Achse angebrachtes federndes Element geliefert wird. Es lässt sich jetzt leicht für alle Gleitblöcke eine gleich grosse Federwirkung verwirklichen, was für eine gute Zentrierung der Achse notwendig ist. Als Feder kann eine Schraubenfeder benutzt werden, in bestimmten Fällen aber wäre auch eine Büchse aus geeignetem elastischem Werkstoff sehr geeignet. ,

Es wird ein kurzes Lager -erhalten, wenn die Gleitblöcke in Aussparungen der Stützfläche untergebracht sind.

Die Gleitblöcke können als gesonderte Bauteile ausgebildet werden. Mit Rücksicht aus einen leichten Ein- und Ausbau empfiehlt es sich in den Fällen, wo es durch die Wahl eines bestimmten Werkstoffs möglich isfcj die Gleitblöcke als eine zylindrische Büchse auszubilden, welche^Sus einigermassen elastischem Werkstoff angefertigt und mit axialen Einschnitten versehen ist. · ■

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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert; es zeigen: Fig. 1 ein Aüsführungsbeispiel einer RUhrerachse, und Fig. 2 ein Einzelteil dieser RUhrerachse in abgeänderter AufUhrungsform. Fig. 3 eine Vergrösserung des Oberlagers ' Fig. 4 einen Durchschnitt des Oberlagers, und Fig. 5 eine Vergrösserung des Unterlagers. . '

Ein RUhrelement ist am unteren Ende einer Achse 1 befestigt und befindet sich in einem Autoklav, dessen obere Wand 2 in Fig. 1 zu sehen ist. Die Achse 1 wird mittels eines magnetischen Ubertragungsmechanismus angetrieben. Dazu ist am oberen Ende der Achse 1 ein Dauermagnet 3 ange^ bracht. Achse 1 und Magnet 3 sind von einem ganz geschlossenen druckfesten Gehäuse umgeben; dieses Gehäuse wird gebildet durch Büchsen 4 und 5 und eine Haube 6, welche fest miteinander verbunden sind, während die BUchse 4 in der Wand 2 befestigt ist. Auf der Haube 6 befindet sich eine rotierbare Büchse 7, Diese Büchse, welche mittels einer Seilscheibe 8 angetrieben werden kann, enthält zwei Magnete 9 und 10, welche dazu dienen den Magnet-3 bei einem Gegenmoment von 12 kgcm mitzunehmen, '

Weil die Achse 1 und der Magnet 3 von einem ganz geschlossenen Gehäuse umgeben sind, gibt es keine Stopfbüchsen; der Drück im. Gehäuse entspricht dem im Autoklav. Die Rührerachse 1 muss jetzt ein völlig trockenlaufendes "Lager haben. Hierfür sind Gleitlager am meisten geeignet, weil Kugellager bei der genannten hohen Drehzahl nicht oder nur sehr schlecht in umgesehmierter Ausführungsform verwendet werden können. Die .Achse 1 ist mit mit der Achse mitdrehenden Büchsen 11 und 12 versehen, welche aus rostfreiem hartverchromtem Stahl hergestellt sein können. In der Büchse 5 sind dort wo sich die Büchsen 11 und 12 befinden, feste Büchsen 13 und 14 angebracht, welche zylindrische Stützflächen bilden. Die BUchse 11 ruht mit einem Flansch am oberen Ende auf der Büchse 13; für eine bequeme De-

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montage ist die Büchse 11 aber in senkrechter Richtung nicht an der Achse befestigt so dass nur das Gewicht der Büchse 11 auf der Büchse 13 ruht. Die Büchsen 11 und 13 sind mittels eines Stiftes 25 miteinander gekuppelt. Die Büchsen 13 und 14 sind z.B. aus dem bereits obenerwähnten Teflon hergestellt, gegebenenfalls nach Vermischung mit Graphit. Es können, wie bereits bemerkt, auch andere Stoffe, z.B. Nylon verwendet werden. Mit Rücksicht auf eine etwaige Volumenänderung dieser Stoffe ist zur Vermeidung einer Verklemmung ein gewisses Spiel notwendig. Bei den erfindungsgemässen Lägern ist dies möglich dank der Tatsache, dass die Innenflächen der BUchsen 13 und 14 Stützflächen und keine Laufflächen sind.

Im Unterlager ist ein Ring 15, z.B. aus Teflon, fest in der Büchse 4 untergebracht. Die konische obere fläche dieses Ringes wirkt mit der konischen unteren Fläche der Büchse 12 zusammen. Diese konischen Flächen bilden also die eigentlichen Laufflächen. Die zur Zentrierung erforderliche Druckkraft wird durch das Gewicht der Rührerachse mit ihren Zubehörteilen geliefert.

Ring 15 und Büchse 14 können auch ein. Ganzes bilden, wobei der Teil der Büchse 14 gegebenenfalls mit axialen Sägeschnitten ausgestattet sein kann. Die Kombination Ring/Büchse lässt sich jetzt leicht ersetzen. Mit Anschlüssen 16, 17, und Mantel 18 ist eine Flüssigkeitskühlung gemeint. Trotzdem muss man beim Oberlager, dessen Büchse 13 aus einem Stück hergestellt ist, Temperaturschwankungen zwischenifemmertemperatur und 60 C Rechnung tragen, weil Foucoultsche Ströme in der Haube 6 eine Wärmequelle bilden.

In der Stützfläche der Büchse 13 können an der unteren Seite drei Aussparungen vorgesehen sein, jedesmal um 12Q von einander angeordnet, in denen Gleitblöcke 19 untergebracht sind. Die Blöcke 19 drücken nach der gezeichneten Ausführung aber gegen die untere Begrenzung der Büchse 13,

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Stifte 26 CFig. 4) verhindern eine Drehung der Blöcke. Die Gleitblöcke 19 zeigen wie die untere Seite der Büchse 13 an der oberen Seite eine Gehrung, -welche'flach-, tonisch, oder kugelförmig ausgebildet sein kann.

Die deitbiöeke sind aus graphitisierter Kohle hergestellt. In diesem Äusführungsbeispiel befinden sich die Laufflächen also zwischen den Blöcken 19 und der Büchse 11. Die Blöcke werden eit Hilfe einer in der Büchse 5 untergebrachten Feder 20 in Aufwärtsrichtung und durch die Schrägflachen also auch nach innen an die Büchse 11 gepresst.

Die Blöcke 19 können auch durch eine Büchse 21 gebildet werden, wie in Fig. 2zu sehen ist. Diese Büchse kann z.B. aus mit Kohle vermischtem Teflon hergestellt werden.

22 ist ein elektromagnetischer Geschwindigkeitsanzeiger, mit dessen Hilfe 4ie Drehzahl der Achse Überprüft werden kann«

Statische Elektrizität kann mit Hilfe einer Kohlebürste 23 abgeführt, werden. Die Bohrung 24 dient dazu, den Raun in der Haube 6 und den BUchsen 5 und 4 reinzuspttlen.

Hochdruckgas tritt dann durch die Bohrung 24, passiert Rillen in der Bürste 23_t eine oder mehrere Bohrungen 27 (Fig.* 3) im oberen Teil der Büchse 5, das Spiel, zwischen den Büchsen 12 und 14, eine oder mehrere Bohrungen 28 (Fig. 5) im unteren Teil der Büchse 12, und tritt danach in den Autoklav»

Die erfindungsgemKssen Lager lassen sich auf sehr einfache Weise herstellen und ohne Schwierigkeiten ein- und ausbauen. Der Verschleiss ist sehr gering und Schwingungen der Achse sind vorläufig nicht zu befürchten. Ein Festfahren der Achse ist ausgeschlossen. Ausser dem Ausfuhrungsbeispiel sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung noch mehrere AusfUhrungsformen denkbar ν ^*

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Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE 1 5 7 B 6 5 1

1. Gleitlager,, versehen mit einer zur Zentrierung der Achse vorgesehenen muldenförmigen Fläche, gekennzeichnet durch eine fest um die Achse angeordnete zylindrische Stützfläche, welche ein solches Spiel aufweist, dass sie bei Zentrierung der Achse nicht als Lauffläche dient.

2. Gleitlager nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Gleitblöcke, welche axial verschiebbar um die Achse angebracht sind und durch Federwirkung an die muldenförmige Fläche angedrückt werden.

3. Gleitlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitblöcke nicht rotierbar sind.

4. Gleitlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft durch ein einziges, um die Achse angebrachtes federndes Element geliefert wird.

5. Gleitlager nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitblöcke in Aussparungen der Stützfläche untergebracht sind.

6. Gleitlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitblöcke durch eine zylindrische Büchse gebildet werden, welche aus einigermassen elastischem, mit Axialeinschnitten versehenem Material hergestellt ist.

7. Rührer mit nicht-geschmierten Gleitlagern, gekennzeichnet .durch ein Gleitlager gemäss einem oder mehreren der Ansprüche 1-6.

8. Unterwasserpumpe, -motor u.dergl., gekennzeichnet durch ein Gleitlager gemäss einem oder mehreren der Ansprüche 1-6.

9. Vakuumapparatur, gekennzeichnet durch ein Gleitlager gemäss einem oder mehreren der Ansprüche 1-6.

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