DE1803413A1

DE1803413A1 - Lager mit in Umfangsabstaenden verteilten Lagerstuecken

Info

Publication number: DE1803413A1
Application number: DE19681803413
Authority: DE
Inventors: Leopard Anthony John; Bielec Mateusz Kazimierz; Peter Chalfont St
Original assignee: Glacier Metal Co Ltd
Current assignee: Federal Mogul Engineering Ltd
Priority date: 1967-10-16
Filing date: 1968-10-16
Publication date: 1969-05-22
Also published as: US3565498A; GB1243183A; CH492140A; FR1585821A

Description

betreffend
Lager mit in Umfangsabständen verteilten Lagerstücken.

Die Erfindung bezieht sich auf mit Druckstücken ausgerüstete Druck- bzv/. Axiallager, deren Lagerflache durch Flächen mehrerer Druckstücke gebildet wird» Die Lagerfläche kann mit einer Fläche eines Bundes einer sich drehenden "welle zusammenarbeiten, deren axiale Kraft von dem Lager aufgenommen werden soll, oder das. Lager kann in Form eines Zapfenlagers ausgebildet sein, das mit einer ihm zugeordneten zylindrischen oder teilweise zylindrischen Fläche zusammenarbeitete

Ss sind bereits verschiedene Konstruktionen sowohl von Drucklagern .als auch von Zapfenlagern bekannt, bei denen mehrere über den Umfang verteilte Druckstücke vorgesehen sind, von denen jedes so gelagert ist, daß es Kippbewegungen auf einem Tragring ausführen kann; zwar haben sich diese Lagerkonstruktionen in der Praxis bewährt, doch ist ihre Herstellung schwierig und kostspielig; die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein mehrere Druckstücke umfassendes Lager zu schaffen, das sich bezüglich seiner Leistungsfälligkeit mit einem schwenkbare Druckstücke umfassenden Lager vergleichen läßt, das jedoch von erheblich einfacherer Konstruktion ist und mit geringeren Kosten hergestellt werden kann«

Bei einem gemäß der Lrfindung ausgebildeten, mit Druckstücken versehenen Lager, dessen Lagerfläche durch Flächen

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mehrerer Druckstücke gebildet ist, dienefi Verbindungsglieder dazu, die Druckstücke relativ zueinander so in ihrer Lage zu halten, daß sie einen Kranz von in Umfangsabständen verteilten Druckstücken bilden. Hierbei sind die Verbindungsglieder vorzugsweise flexibel ausgebildet.

Genauer gesagt bilden die Druckstücke des Lagers Bestandteile einer zusammenhängenden Konstruktion, bei der die Druckstücke z.B, mit den Verbindungsgliedern verbunden sind oder gegebenenfalls mit ihnen aus einem Stück bestehen^ zu diesem Zweck kann man die ringförmige Konstruktion durch Gießen er» zeugen oder sie durch eine maschinelle Bearbeitung aus einem lückenlosen Ring von gleichmäßiger Querschnittsform derart herstellen, daß zwischen benachbarten Druckstücken, nur ein flexibles Verbindungsglied bzw₀ ein Steg von relativ kleiner (qjuerschnittsfläche verbleibt. Diese ringförmige Konstruktion oder Baueinheit kann dann auf einfache V/eise zur Anlage an einer Stützfläche.gebracht werden, und es ist nicht erforderlich, Jedes Druckstück einzeln auf einem Träger au montieren, um zu gewährleisten, daß die Druckstücke in der richtigen Lag© und im gewünschten Abstand voneinander gehalten werden«,

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist jedes Druckstück eine von seiner Lagerfläche abgewandte Stützfläche auf, die in der Umfangsrichtung eine geringere Breite hat als das Druckstück, und die Breite dieser Stützfläche entspricht z.B. etwa einem Viertel oder einem Drittel oder der Hälfte der Breite des Druckstücks. Bei dieser Anordnung ragen seitliche Teile ^edes Druckstücks über den die Stützfläche umfassenden Abschnitt nachArt freitragender Träger hinaus, so daß sie sich durchbiegen können, und daß es nicht erforderlich ist, eine komplizierte Tragkonstruktion vorzusehen, die ein Kippen des ganzen Druckstücks gegenüber einem Tragring ermöglicht.

Die Durchbiegung der freitragenden Abschnitte kann auf Beanspruchungen zurückzuführen sein, die über ein flüssiges Schmiermittel aufgebracht werden, das sich zwischen den zusammenarbeitenden Lagerflächen befindet, oder sie könnte ihre .Ur-

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sache in einer thermischen Verformung haben, oder beide Ursachen könnten gleichzeitig eine Holle spielen_β Die in dem Schmiermittel zwischen den zusammenarbeitenden Lagerflächen auftretenden, auf Scherkräfte zurückzuführenden Energieverluste erzeugen Wärme, durch die die Lagerseite der Druckstücke erwärmt wird, und es kann sich ein Temperaturunterschied über die Dicke des Druckstücks einstellen, der vergrößert werden kann, wenn man die von der Lagerseite abgewandte Fläche auf geeignete ϊ/eise kühlte Bei einer geeigneten Ausbildung der Druck— stücke ist es möglich, zu erreichen, daß ein solches Temperaturgefälle in Verbindung mit der auf die Belastung zurückzuführenden Verformung bewirkt, daß eine Verformung der Druckstücke derart eintritt, daß sich das gewünschte Profil bzw· die gewünschte Flächehform ergibt, ohne daß es erforderlich ist, die Druckstücke so zu lagern, daß sie Kippbewegungen ausführen können.

Die Druckstücke können mit einem Überzug aus einem Kunststoff, Weichmetall oder einem anderen geeigneten Lagerwerkstoff versehen sein.

Der Kunststoffüberzug kann aus einer Kombination von Epoxid- und Melaminformaldehydharzen bestehen, die Füllstoffe, z.B₀ Graphit und eine Polytetrafluoräthylenverbindung, enthält. Vorzugsweise besteht der Kunststoffüberzug aus einem Epoxyharz mit Einschlüssen aus Bronze, Polytetrafluoräthylen und Graphit« Ein solcher Überzug erweist sich insbesonder dann als zweckmäßig, wenn das Lager mit Vüasser geschmiert werden soil· Ein mögliches Verfahren zum Aufbringen des Überzugs besteht darin, daß man das Überzugsmaterial in Form einer Lösung aufspritzt, woraufhin der Überzug erhitzt und getrocknet wird« Um die erforderliche Dicke des Überzugs zu erzielen, die in der Größenordnung von etwa 0,25 am liegen kann, kann es erforderlich sein, mehrere Kunststoffüberzüge aufzutragen; hierbei wird jeder Überzug erhitzt, bevor der nächste Überzug aufgebracht wird, bis die gewünschte Dicke des Überzugs erreicht ist«,

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer 'Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert»

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Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Drucklager in der Draufsicht.

Fig. 2 ist ein in der Umfangsrichtung verlaufender Teilschnitt längs der Linie X-X in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt die Unterseite eines Drucklagers nach der Erfindung.

Fig. 4- ist ein in größerem Maßstabe gezeichneter Teilschnitt, der ein Druckstück eines erfindungsgemäßen Drucklagers während des Betriebs bzw. im verformten Zustand erkennen läßt,

Fig. 5 ist ein Teilschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zapfenlager»

Fig. 6 ist eine Seitenansicht des Zapfenlagers nach Fig_o

In Fig. 1 bis 4 erkennt man einen Kranz von Druckstücken 1, von denen jedes allgemein die Form eines Segments hat, und die miteinander durch relativ dünne Stege 2 verbunden sind, deren radiale Breite gleich der radialen Breite der Druckstücke ist. Die Lagerfläche jedes Druckstücks 1 ist mit einem Überzug 4 versehen, der durch eine Schicht aus Kunststoff oder einem Lagermetall gebildet ist und eine Dicke von etwa 0,25 mm hat4 die in der Umfangsrichtung verlaufenden und die radialen Kanten · der Druckstücke sind in der bei 5 und 6 angedeuteten Weise abgeschrägt. Jedes Druckstück 1 umfaßt einen starren Tragabschnitt 7» dessen Breite zweckmäßig einem Drittel der Breite des Druck- . Stücks entspricht, und dessen radiale Abmessung gleich der radialen Abmessung des Druckstücks ist. Gemäß Fig. 3 haben die Tragabschnitte 7 keine parallelen radialen Kanten, d.h. ihre Breite nimmt in Richtung auf den inneren Rand des Drucklagerrings ab.

Es sei angenommen, daß „der Drucklagerring in Verbindung mit einem Axialkräfte übertragenden Bund benutzt .wird. Wenn der Drucklagerring einen Überzug aus Kunststoff aufweist, kann er in Fällen verwendet werden, in denen das Lager mit Wasser geschmiert wird; wenn j.edoch der Drucklagerring mit einer Lager-

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flache aus Weißmetall versehen ist, kann das Lager mit öl geschmiert werden. Während des Betriebs des Drucklagers nimmt die Temperatur des Schmiermittels ebenso wie die Temperatur der Lagerfläche Jedes Druckstücks zu, da in dem Schmiermittel Energieverluste auftreten, die auf Scherkräfte zurückzuführen sind, und der Rückseite der Druckstücke wird kaltes Wasser zugeführt, so daß sich ein Temperaturunterschied über die Dicke Jedes Druckstücks einstellt« Dieser Temperaturunterschied bewirkt, daß sich Jedes Druckstück 1 in der in Pig, 4- gezeigten Weise verformt und eine ballige Gestalt annimmt. Zusätzlich zu der thermischen Verformung verursacht die von dem Lager aufzunehmende Last ebenfalls eine Verformung. Bei mit Wasser geschmierten Lagern spielt die durch die Belastung hervorgerufene Verformung eine vorherrschende Solle, während bei mit öl geschmierten Lagern Je nach den Betriebsbedingungen die Möglichkeit besteht, daß die thermische Verformung eine vorherrschende Rolle spielte Zusätzlich zu diesen Verformungserscheinungen bewirken die Axial- oder Schubkräfte, daß sich Jedes Druckstück um seine Unterstützung 7 herum verformt, so daß das Druckstück und insbesondere seine Lagerfläche eine Gestalt annimmt, die im Zusammenwirken mit dem die Schubkraft aufbringenden Bund zur Erzeugung eines hydrodynamisch wirkenden Schmiermittelfilms beiträgt» Somit baut sich zwischen dem Bund und den Druckstücken ein Schmiermittelkeil auf; dies ist auf die thermische Verformung zurückzuführen, die durch die auf die axiale Belastung zurückzuführende Verformung noch vergrößert wird.

Bei diesen Lagern ist es möglich, für eine gerichtete bzw· gezielte Schmierung zu sorgen, so daß sich die Verluste bei hohen Drehzahlen verringern. Man könnte die dünneren Verbindungsabschnitte 2 zwischen benachbarten Druckstücken mit mehreren Bohrungen versehen, die mit einer Quelle für ein unter Druck stehendes Schmiermittel verbunden sein könnten.

Der Kranz aus Druckstücken kann bei der Verwendung von Wasser als Schmiermittel aus Bronze oder nichtrostende» Stahl oder bei der Verwendung von Öl in Verbindung mit einer Auflage aus Weißmetall z.B. aus Flußstahl hergestellt werden» und um die

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dünneren Verbindungsstege zu erzeugen, kann man das Werkstück durch eine maschinelle Bearbeitung mit radialen Schlitzen versehen. Alternativ ist es möglich, erfindungsgemäße Drucklager aus einem Flachmaterial auszustanzen bzw* zu pressen.

Der Überzug 4- kann aus einer Kunststoffschicht bestehen, die z₀B„ aus einem Epoxyharz hergestellt ist, das Einschlüsse aus Bronze, Polytetrafluorathylen und Graphit enthält. Diese Schicht kann auf die betreffenden Flächen der Druckstücke auf elektrostatischem Wege aufgesprüht und dann zur Nachbehandlung eine halbe Stunde lang auf einer Temperatur von Z₀B. 200° C gehalten werden. Um die Verwendung von vier verschiedenen Materialien zu vermeiden, ist es auch möglich und zweckmäßig, die Schicht aus" einem Epoxyharz herzustellen, das Polytetrafluorathylen oder Bronze enthält« Die Oberfläche der Druckstücke kann einer Sandstrahlbehandlung unterzogen werden, um eine bessere Verankerung des tfberzugs zu ermöglichen, und die Kunststoffschicht kann bis zu einer Dicke von etwa 0,25 mm aufgespritzt werden. Hierauf kann man die Schicht zur Einhaltung der erforderlichen Toleranzen maschinell bearbeiten.

Dem Verhältnis zwischen der tragenden Breite der Druckstücke und der tatsächlichen Breite der Druckstücke ist von erheblicher Bedeutung; wenn die tragende Breite zu klein ist, wird die Verformung oder Wölbung der Druckstücke zu groß, so daß nur ein kleiner Teil der Anlagefläche als Lagerfläche zur Verfügung steht, die die Belastung aufzunehmen hato Wenn die tragende Breite der Druckstücke im Vergleich zur tatsächlichen Breite zu groß ist, besteht die Gefahr, daß sich eine ungenügende Balligkeit· oder Verformung ausbildet, und daß daher nicht der erforderliche hydrodynamische Schmiermittelfilm zwischen der Lagerfläche der Druckstücke und dem Bund entsteht.

Fig. 5 und 6 veranschaulichen die Anwendung der Erfindung bei einem Zapfenlager» dessen Durohmesser in der Größenordnung von etwa 400 mm liegt. Bei dieser Konstruktion umschließt ein Kranz von Druckstücken 8 einen Lagerzapfen 9, der in einem tragenden Bauteil 10 drehbar gelagert ist· Die Lagerflächen 11 der

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Druckstücke sind mit einer Schicht 12 überzogen, die 'ebenso zusammengesetzt ist wie bei den an Hand von Fig. 1 bis 4 beschriebenen Drucklagern. Jedes Druckstück 8 wird durch einen Steg 13 in der richtigen Lage gegenüber den benachbarten Druckstücken gehalteneDer Kranz von Druckstücken kann in der gleichen Weise hergestellt sein, wie es vorstehend für Drucklager beschrieben ist, oder man kann den Kranz in der Weise herstellen, daß man die Lagerbuchse eines Gleitlagers bekannter Art mit Schlitzen versieht, die z.B. mit Hilfe von Fräsern erzeugt werden.

Patentansprüche: 909821/0769

Claims

Paten t ,a nsprüche

1. Lager mit in Umfangsabständen verteilten, die Lagerfläche bildenden Lagerstücken, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstücke (Ij 8) durch Verbindungsstege (2; 13) in ihrer Lage zueinander gehalten sind.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstücke (1; 8) und die Verbindungsstege (2; 13) einstückig miteinander verbunden sind.

3. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Lagerstücke (1; 8) umfassender geschlossener Ring vorgesehen ist, in dem die gegenüber der Lagerfläche (4; 11) zurückspringenden Verbindungsstege (2; 13) durch maschinelle Bearbeitung ausgebildet sind.

4. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstücke (1; 8) und die Verbindungsstege (2; 13) ein Gussteil sind.

5. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstücke (1; 8) und die Verbindungsstege (2; 13) einen zerlegbaren Lagerkranz bilden.

6· Lager nach Anspruch 1 bis 5 t dadurch gekennzeichnet , dass die Verbindungsstege (2; 13) flexibel sind.

7. Lager nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Lagerstück (1; 8) auf seiner

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der Lagerflache (^j 11) abgewandten Seite eine Stützfläche (7) aufweist, deren in Urafangsrichtung gemessene Breite kleiner als die Breite des LagerStücks ist.

8_e Lager nach Anspruch 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstücke (Ij 8) mit einem Überzug (^; 12) aus einem Lagermaterial versehen sind·

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