DE19630244C2 - Axialgleitlager - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Axialgleitlager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die DE 43 43 965 A1 zeigt kreiszylindrische Gleitschuhe mit einer sie stützenden
Tellerfeder.
US-Patent 1 117 504 zeigt kreiszylindrische Gleitschuhe mit einer Gleitfläche auf
einer Stirnseite und einer kugelförmigen Stützfläche auf der anderen Stirnseite.
US-Patent 3 142 519 zeigt segmentförmige Gleitschuhe.
Die DE 35 22 037 A1 zeigt ein Radialgleitlager mit radial wirkenden, kippbar
angeordneten Gleitschuhen.
Die AT-E 19 680 B zeigt ein Axialdrucklager mit einem kreisförmigen Träger welcher
einen ringförmigen, hinterschnittenen Schlitz aufweist. In diesen Schlitz sind ring
segment-förmige Nuteingriffsteile von Gleitkörpern eingesetzt, die einen ring
segment-förmigen Gleitteil außerhalb des ringförmigen Schlitzes aufweisen. Der
Gleitteil hat auf seiner vom Nuteingriffsteil abgewandten Stirnseite eine Gleitfläche in
Form einer auf den Gleitteil aufgebrachten dünnen Gleitschicht. Der Gleitteil und der
Nuteingriffsteil bestehen zusammen aus einem einteiligen Element.
Die WO 95/28574 A1 zeigt kreiszylindrische Gleitkörper mit eine Umfangsnut,
welche ihn in einen Gleitteil und eine tellerförmige Druckfeder unterteilt, die durch
einen zentralen Verbindungsteil miteinander verbunden sind und zusammen aus
einem einstückigen Element bestehen. Der Gleitteil ist auf seiner von der
tellerförmigen Druckfeder abgewandten Stirnseite mit einer Gleitfläche versehen, die
aus einem auf den Gleitteil aufgebrachten dünnen Schicht aus gleitfähigem Material
besteht. Der die Tellerfeder aufweisende Teil der Gleitkörper sitzt in Bohrungen
eines Tragkörpers und wird darin von der Bohrungswand radial fixiert.
Die DE-OS 23 59 062 zeigt kreisscheibenförmige Axial-Gleitlagerelemente aus
thermoplastischem Material, insbesondere aus Polytetrafluoräthylen.
Im Gegensatz zu kreiszylindrischen Radial-Gleitlagern, bei welchen sich zwischen
einer Lagerschale und einer in ihr gelagerten Welle ein Schmierstoffilm bildet, wenn
sich die Welle relativ zur Lagerschale dreht, müssen bei einem Axialgleitlager
besondere Maßnahmen geschaffen werden, damit sich ein Schmierstoff-Tragfilm
zwischen den relativ zueinander bewegenden, aufeinander gleitenden Flächen
bilden kann. Diese besonderen Maßnahmen bestehen darin, daß Gleitkörper oder
Segmente verwendet werden, die insgesamt oder zumindest in ihrem die Gleitfläche
aufweisenden Teil kippbeweglich relativ zu einer Anlauffläche sind, die den
Gleitflächen der Gleitkörper gegenüberliegt und sich relativ zu ihnen dreht. Auf
Schmierstoff und einen sich zwischen den gegenüberliegenden Gleitflächen
bildenden Schmierstoffkeil kann nur dann verzichtet werden, wenn die Gleitflächen
selbst ausreichende Gleiteigenschaften haben, die auch bei hohen Axiallasten nicht
verloren gehen. Axialgleitlager der Erfindung sind insbesondere für die Übertragung
von hohen Axiallasten bei hohen Drehzahlen geeignet und benötigen nach
gegenwärtigem Stand der Technik auch dann einen Schmierstoff, wenn die
Gleitflächen aus einem gut gleitfähigen Kunststoff bestehen. Die Gleitfläche kann
durch den Gleitkörper selbst oder durch eine auf ihn aufgebrachte dünne
Materialschicht gebildet sein, welche aus einem anderen Werkstoff als der
Gleitkörper selbst besteht. Der Gleitkörper kann einteilig oder mehrteilig sein.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, das Axialgleitlager derart
auszubilden, daß es preisgünstiger in der Herstellung ist, weniger Ersatzteile auf
Lager gehalten werden müssen, und weniger Teile montiert werden müssen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Kombination der Merkmale von
Anspruch 1 gelöst.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den den Unteransprüchen enthalten.
Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen anhand von
bevorzugten Ausführungsformen als Beispiele beschrieben. In den Zeichnungen
zeigen:
Fig. 1: schematisch einen Axialschnitt durch ein Axialgleitlager gemäß der
Erfindung,
Fig. 2: eine Stirnansicht längs der Schnittebene II-II von Fig. 1 ohne ein
Lagergehäuse,
Fig. 3: einen Axialschnitt durch einen zylindrischen Gleitkörper,
Fig. 4: einen Axialschnitt durch einen weiteren zylindrischen Gleitkörper.
Fig. 1 und 2 zeigen ein Axialgleitlager mit einem ringförmigen Träger 2 konzentrisch
zu einer Lagerdrehachse 4. Eine Vielzahl von Gleitkörpern 6 mit zylindrischer oder
kreisrunder Außenform ist mit ihren Mittelachsen 8 ringförmig um die Drehachse 4
herum parallel zu ihr angeordnet und quer zu ihr kippbar durch einen auf ihre
Gleitfläche 10 wirkenden Axialdruck. Die Gleitflächen 10 liegen einer ringförmigen
Anlauffläche 12 eines Stützkörpers 14 gegenüber, welcher sich relativ zu den
Gleitflächen 10 der Gleitkörper 6 um die Drehachse 4 dreht. Die zu lagernde Welle
kann mit dem Tragkörper 2, vorzugsweise jedoch mit dem Stützkörper 14 drehfest
verbunden sein. Die Axialkraft der Welle wird über die Anlauffläche 12 und die
Gleitflächen 10 übertragen. Bei der Welle kann es sich beispielsweise um eine
Schiffsantriebswelle oder um die Welle einer Turbine handeln.
Im Träger 2 ist konzentrisch zur Drehachse 4 eine ringförmige hinterschnittene Nut
16 mit einer beidseitigen Hinterschneidung 18 gebildet. Die Gleitkörper 6 haben
einen Nuteingriffsteil 20, welcher durch Nutvorsprünge 22 in der Nut 16 gehalten
wird. Der Träger 2 ist vorzugsweise in zwei Ringhälften aufgeteilt, sodaß an ihrer
Trennstelle die Gleitkörper 6 mit ihren Nuteingriffsteilen 20 in die Nut 16 eingeführt
werden können. Der Nuteingriffsteil 20 besteht aus einer Umfangsnut 24 und einem
Fußteil 26 am einen axialen Ende der Umfangsnut 24. Am anderen axialen Ende der
Umfangsnut 24 befindet sich ein aus der Nut herausragender Gleitteil 28 des
Gleitkörpers 6, welcher mit der Gleitfläche 10 versehen ist. Alle Teile befinden sich in
einem Lagergehäuse 30, das mit dem Träger 2 verbunden ist.
Damit die Gleitteile 28 mit den Gleitflächen 10 die genannten Kippbewegungen
relativ zur Anlauffläche 12 machen können, ohne daß sich die Gleitteile 28 von
benachbarten Gleitkörpern 6 gegenseitig behindern, sollten sie auf seitlichem
Abstand voneinander gehalten werden. Zu diesem Zweck haben die Fußteile 26 der
Gleitkörper 6 einen größeren Außendurchmesser als die übrigen Teile der
Gleitkörper 6, insbesondere einen größeren Außendurchmesser als ihre Gleitteile
28. Der dadurch gebildete Abstand zwischen den Gleitteilen 28 hat den weiteren
Vorteil, daß Schmierstoff schneller zufließen und schneller abfließen kann, wodurch
die Kühlwirkung des Schmierstoffes begünstigt wird.
Der Gleitkörper 6 kann aus mehreren Teilen bestehen. Beispielsweise kann das
Fußteil 26 eine am Gleitkörper 6 befestigte Tellerfeder sein. Gemäß anderer
Ausbildung kann das Fußteil 26 und der die Umfangsnut 24 bildende Zapfen oder
Hals des Gleitkörpers zusammen ein einstückiges Teil sein, an welchem der Gleitteil
28 befestigt ist. Gemäß nochmals weiterer Ausbildung können jedoch das Fußteil 26
der die Umfangsnut 24 bildende Zapfen oder Hals, und der Gleitteil 28 zusammen
aus einem einteiligen Körper bestehen. Die Gleitfläche 10 kann durch den Gleitteil
28 oder durch eine auf ihn aufgebrachte Gleitmaterialschicht gebildet sein.
Insbesondere der Gleitteil 28 besteht vorzugsweise aus Kunststoff, der gute
Gleiteigenschaften hat.
Die genannte Kippbeweglichkeit der Gleitkörper 6 mit ihren Mittelachsen 8 relativ zur
Lagerachse 4 kann dadurch gebildet sein, daß das Fußteil 26 eine Feder ist oder
aus federelastischem Material besteht, so daß der Gleitteil 28 relativ zum Fußteil 26
die Kippbewegungen machen kann.
Fig. 3 zeigt einen Axialschnitt durch einen einteiligen Gleitkörper 6.1, welcher aus
einem als Tellerfeder wirkenden Fußteil 26, einem den Nutgrund der Umfangsnut 24
bildenden Halsteil 32 und dem Gleitteil 28 mit der Gleitfläche 10 besteht. Das Fußteil
26, das hier als Tellerfeder-Druckfeder wirkt, hat eine radial nach außen hin
abnehmende axiale Dicke. Dadurch läßt sich die Verteilung der Biegespannung im
Fußteil 26, welche bei axialer Belastung des Gleitkörpers 6.1 entsteht, gleichmäßiger
verteilen, und es wird Material eingespart. Dem gleichen Zweck dient eine
stirnseitige Ausnehmung 34 auf der Unterseite des Fußteils 26. Der Gleitkörper 6.1
besteht vorzugsweise aus Kunststoff, jedoch kann auch ein anderes Material
verwendet werden, welches die erforderliche Flexibilität hat, damit die Gleitfläche 10
relativ zum Fußteil 26 Kippbewegungen machen kann. Der radial über den Hals 32
überstehende, über der Umfangsnut 24 liegende Randabschnitt 36 des Gleitteils 28
hat eine so weit reduzierte axiale Dicke, daß er sich in die Umfangsnut 24 hinein
abbiegen kann, wenn im Betrieb des Lagers die Gleitfläche 10 stärker erwärmt wird
als die darunterliegenden Innenbereiche des Gleitkörpers 6. Dies führt dazu, daß die
Gleitfläche 10 mit zunehmender Temperaturdifferenz eine stärkere konvexe
Balligkeit durch die thermisch bedingte Materialausdehnung erhält. Damit paßt sich
die Balligkeit der Gleitfläche 10 automatisch den unterschiedlichen
Betriebsbedingungen des Lagers an. Da der Gleitkörper im Bereich seines Halses
32 eine größere axiale Dicke hat als im Randbereich 36 des Gleitteils 28, wird sich
der Gleitteil 28 in der genannten Weise thermisch verformen, anstatt sich
gleichmäßig geradlinig auszudehnen. Die Gleitfläche 10 wird bereits bei der
Produktion mit einer kleinen konvexen Balligkeit von beispielsweise 10 µm versehen,
um sicherzustellen, daß die Gleitfläche 10 bei Materialexpansionen oder
Materialkontraktionen des Gleitkörpers, welche durch mechanische Belastungen
oder Temperaturveränderungen verursacht werden, nicht konkav hohlkugelförmig
wird. Bei einer hohlen konkaven Form der Gleitfläche 10 würden nur ihre Ränder an
der Anlauffläche 12 anliegen.
Fig. 4 zeigt einen Axialschnitt eines ähnlichen Gleitkörpers 6.2, bei welchem auch
der Gleitteil 28, ausgehend vom Grund der Umfangsnut 24, radial nach außen hin
eine kleiner werdende axiale Dicke hat. Durch diese nach außen hin abnehmende
Dicke des Gleitteils 28 wird die selbständige Einstellung der optimalen Balligkeit der
Gleitfläche 10 während des Lagerbetriebs begünstigt. Ferner wird Material
eingespart, und die Biegespannung im Gleitkörper 6.2 wird bei axialer Belastung des
Gleitkörpers 6 gleichmäßiger verteilt.
Claims (4)
1. Axialgleitlager mit folgenden Merkmalen:
ein Träger (2), der auf einer Stirnseite mit
einer um eine Lagerdrehachse (4) konzentrisch,
ringförmig angeordneten hinterschnittenen Nut
(16) versehen ist; eine Vielzahl von
Gleitkörpern (6), die je einen Gleitteil (28)
mit einer Gleitfläche (10) und einen in die
Nut (16) und deren beidseitige
Hinterschneidung (18) eingreifenden
Nuteingriffsteil (20) aufweisen; der Gleitteil
(28) und der Nuteingriffsteil (20) bestehen
zusammen aus einem einteiligen Element; der
Nuteingriffsteil (20) besteht aus einem
seitlich über den Gleitteil (28) überstehenden
Fußteil (26) und einem diesen Fußteil (26)
zentral mit dem Gleitteil (28) verbindenden
Halsteil (32); ein sich auf den Gleitflächen
(10) abstützender Stützkörper (14), der
relativ zu ihnen um die Lagerdrehachse (4)
drehbar ist;
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gleitteil (28) und der
Nuteingriffsteil (20) je eine kreisrunde
Querschnittsform haben; daß das einteilige
Element, welches den Gleitteil (28) und den
Nuteingriffsteil (20) bildet, aus
Kunststoffmaterial besteht; daß der Fußteil
(26) des Nuteingriffsteils (20) als kreisrunde
Teller-Druckfeder (26) ausgebildet ist, welche
den Gleitkörper (6) in Lager-Axialrichtung in
der Nut (16) des Trägers (2) abstützt und
federnd nachgiebig ist für Axial- und
Kippbewegungen des Gleitteiles (28); daß die
Teller-Druckfeder (26) einen größeren
Außendurchmesser hat als der kreisrunde
Gleitteil (28), wobei die Teller-Druckfedern
(26) von benachbarten Gleitkörpern (6) in der
Nut (16) des Trägers (2) aneinander anliegen
und ihre Gleitteile (28) auf Abstand
voneinander halten, unabhängig von der
Drehposition der Gleitkörper (6) um ihre
Gleitkörper-Mittelachse.
2. Axialgleitlager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gleitfläche (10) der Gleitkörper (6)
durch das Kunststoffmaterial dieser
Gleitkörper gebildet ist.
3. Axialgleitlager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gleitfläche (10) durch eine auf den
Gleitteil (28) aufgebrachte
Gleitmaterialschicht gebildet ist.
4. Axialgleitlager nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Träger (2) aus zwei halbkreisförmigen
Hälften besteht, die zum Einsetzen und
Entfernen der Gleitkörper (6) trennbar sind.
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