DE19950445A1 - Gleitlagerelement - Google Patents

Abstract

Ein Gleitlagerelement mit einem Stahlstützkörper (1, 1') und einer auf einer Oberfläche (5, 5') des Stahlstützkörpers aufgebrachten Lagermetallschicht (9, 9') und einer mit Kühlrohren (8, 8') gebildeten Kühleinrichtung lässt sich rationell herstellen und weist ein verbessertes Kühlungsverhalten sowie eine verbesserte Haftung der Lagermetallschicht (9, 9') an dem Stahlstützkörper (1, 1') dadurch auf, dass in die Oberfläche (5, 5') des Stahlstützkörpers (1, 1') offene Nuten (6, 6') eingebracht sind, in die die Kühlrohre (8, 8') eingebracht sind und dass die Lagermetallschicht (9, 9') die Freiräume der Nuten (6, 6') außerhalb der Kühlrohre (8, 8') ausfüllt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleitlagerelement mit einem Stahl­ stützkörper, einer auf einer Oberfläche des Stahlstützkörpers aufgebrachten Lagermetallschicht und einer mit Kühlrohren ge­ bildeten Kühleinrichtung.

Derartige Gleitlagerelement werden insbesondere für große Die­ selmotoren, Getriebe, Kompressoren, Turbinen o. dgl. sowohl als Axialgleitlagerelemente als auch Radialgleitlagerelemente ver­ wendet. Aufgrund der regelmäßig sehr großen Wandstärken der Stahlstützkörper und der hohen betrieblichen Lagerbelastungen besteht die Gefahr, dass an der Gleitfläche des Lagermetalls die Grenztemperatur für den jeweiligen Lagerwerkstoff über­ schritten wird. Es ist daher bekannt, auf den Stahlstützkörper Kühlrohre aufzulegen und anschließend die Lagermetallschicht auf den Stahlstützkörper unter Einschluss der Kühlrohre aufzu­ gießen. Nachteilig hierbei ist ein unvermeidlich dicker Lager­ metallaufguss und keine optimale Gleichmäßigkeit der Wärmeab­ fuhr, insbesondere in hochbelasteten Zonen des Gleitlagers.

Es ist ferner bekannt, Konturen für das Kühlrohr in den dick­ wandigen Stahlstützkörper einzugießen und anschließend das Kühlrohr einzulegen. Nachteilig hierbei ist eine aufwändige Herstellung des Stahlstützkörpers. Es ist daher auch versucht worden, das komplette Lagerelement von der Rückseite aus zu kühlen. In allen Fällen ist die Gleichmäßigkeit der Wärmeab­ fuhr und der Wirkungsgrad der Kühlung verbesserungsbedürftig.

Für die Herstellung großer Axiallager, die in der Regel aus mehreren Teilkreissegmenten bestehen, sind in den Stahlstütz­ körper Kühlbohrungen über Tieflochbohrungen eingebracht wor­ den, die anschließend zur Kühlung verwendet wurden. Auch hier­ bei ergibt sich eine nur geringe Effizienz und Gleich­ mäßigkeit der Kühlung und darüber hinaus ein aufwändiger Her­ stellungsvorgang.

Die vorliegende Erfindung geht von der Problemstellung aus, ein Gleitlagerelement der bekannten Art hinsichtlich seiner Herstellung und seiner Eigenschaften zu verbessern.

Ausgehend von dieser Problemstellung ist erfindungsgemäß das Gleitlagerelement der eingangs erwähnten Art dadurch gekenn­ zeichnet, dass in die Oberfläche des Stahlstützkörpers offene Nuten eingebracht sind, in die die Kühlrohre eingebracht sind und dass die Lagermetallschicht die Freiräume der Nuten außer­ halb der Kühlrohre ausfüllt.

Der für das erfindungsgemäße Gleitlagerelement verwendete Stahlstützkörper kann daher in herkömmlicher Weise ohne Be­ rücksichtigung einer Kühleinrichtung produziert werden. In die zur Beschichtung durch die Lagermetallschicht vorgesehene Oberfläche werden dann die zur Oberfläche hin offenen Nuten eingebracht, beispielsweise eingefräst oder eingedreht. Die Nuten werden dabei so ausgebildet, dass sie von den Kühlrohren nicht vollständig ausgefüllt werden. Dies hat zur Folge, dass die Lagermetallschicht einen Teil der Nuten, nämlich den von den Kühlrohren nicht beaufschlagten Raum der Nuten, ausfüllt. Hierdurch wird erreicht, dass die Lagermetallschicht nur die für die Lagerzwecke benötigte Dicke aufweisen muß und daß die Haftung zwischen der Lagermetallschicht und dem Stahlstützkör­ per verbessert wird, weil sich die Lagermetallschicht in den Nuten mit dem Stahlstützkörper gegenüber auftretenden Scher­ kräften verhakt und so eine Verklammerung bewirkt. Durch die teilweise Ausfüllung der Nuten entsteht ferner eine vergrößer­ te Übergangsfläche zwischen Kühlrohren, Nuträndern und der Lagermetallschicht, sodass ein verbesserter Wärmeübergang, und damit eine Erhöhung der Kühlwirkung, erzielt wird.

Das erfindungsgemäße Gleitlagerelement ermöglicht insbesondere eine Anpassung an die Temperaturbelastung des Gleitlagerele­ ments, indem eine an seine sich unter Betriebsbelastung ein­ stellendes Temperaturprofil angepasste ungleichmäßige Vertei­ lung der Kühlrohre an der Oberfläche des Stahlstützkörpers vorgenommen wird.

Alternativ oder ergänzend hierzu ist es vorteilhaft, daß die Kühlrohre für eine parallele Durchströmung ausgebildet sind, da sie dann mit Drosseln zur Einstellung der Durchströmungs­ menge versehen werden können, wodurch ebenfalls eine Anpassung der Kühlleistung an die Temperaturbelastung möglich ist. Die Zuführung des Kühlmittels (vorzugsweise Öl) kann auch über einen externen Kühlmittelkreislauf oder durch Entnahme aus dem Schmierölkreislauf erfolgen.

Das erfindungsgemäße Gleitlagerelement kann in Form eines Ra­ diallagerelements mit einer zylindrisch gekrümmten Lagerme­ tallschicht und mit in Querschnittsebenen verlaufenden Nuten ausgebildet sein. Die Nuten laufen dabei vorzugsweise parallel zueinander. Je nach den betrieblichen Anforderungen können die Nuten und Kühlrohre insbesondere in Umfangsrichtung oder in axialer Richtung eingebracht werden.

Das erfindungsgemäße Gleitlagerelement kann aber auch in Form eines Axiallagerelements mit einer ebenen Lagermetallschicht geformt werden. Die Nuten und Kühlrohre können insbesondere parallel zur Umfangsrichtung oder in radialer Richtung einge­ bracht werden.

Die erfindungsgemäßen Kühlrohre werden vorzugsweise passig in die zugehörige Nut eingesetzt, vorzugsweise durch Löten, Schweißen, Pressen, Verstemmen o. dgl. kraftschlüssig oder formschlüssig befestigt. Zweckmäßigerweise ist die Form der Nut an die Außenkontur der Kühlrohre angepasst. Für kreisrunde oder ovale Kühlrohre weist daher die Nut einen im Querschnitt halbkreisförmigen oder halbovalen Nutgrund und für eckige Kühlrohre die zugehörige Nut einen entsprechend eckig ausge­ bildeten Nutgrund auf. Dadurch wird erreicht, daß der untere Teil der Nut durch das Kühlrohr vollständig ausgefüllt wird, sodass eine definierte Füllung der Nut mit dem Lagermetall oberhalb der Abdichtung der Nut durch das Kühlrohr erfolgt.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 - eine perspektivische Darstellung der inneren Oberfläche eines Stahlstützkörpers für ein Ra­ dialgleitlager mit eingebrachten Nuten

Fig. 2 - eine perspektivische Darstellung gemäß Fig. 1 mit in die Nuten eingelegten Kühlrohren

Fig. 3 - eine perspektivische Darstellung gemäß Fig. 2 mit einer auf die innere Oberfläche des Stahl­ stützkörpers aufgebrachten Lagermetallschicht

Fig. 4 - eine Detail-Schnittdarstellung für ein in eine entsprechende Nut eingelegtes kreisrundes Kühl­ rohr

Fig. 5 - eine Darstellung gemäß Fig. 4 für ein quadra­ tisch ausgebildetes Kühlrohr

Fig. 6 - eine perspektivische Darstellung der Oberfläche eines Stahlstützkörpers für ein Axialgleitlager mit eingebrachten Nuten

Fig. 7 - eine perspektivische Darstellung gemäß Fig. 6 mit in die Nuten eingelegten Kühlrohren

Fig. 8 - eine perspektivische Darstellung gemäß Fig. 7 mit einer auf die Oberfläche des Stahlstützkör­ pers aufgebrachten Lagermetallschicht.

Fig. 1 zeigt einen Stahlstützkörper 1, der als zylindrische Halbschale ausgebildet ist und somit eine äußere Oberfläche 2, axiale Stirnflächen 3, eine im wesentlichen rechteckige Querschnittsfläche 4 und eine zylindrisch gekrümmte innere Ober­ fläche 5 aufweist.

In die innere Oberfläche 5 sind zueinander parallel verlaufen­ de Nuten 6 eingefräst, die zur inneren Oberfläche 5 hin offen sind. Die Nuten 6 weisen in dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel eine U-Form auf, wobei ein im Querschnitt halbkreisför­ miger Nutgrund 7 ausgebildet ist.

Fig. 2 verdeutlicht, daß in die nach oben offenen Nuten 6 Kühlrohre 8 von der inneren Oberfläche 5 her eingelegt, vor­ zugsweise eingepresst werden können, sodass durch die Kühl­ rohre 8 der untere Teil der Nut 6 abgedichtet wird.

Fig. 3 zeigt das fertiggestellte Gleitlagerelement, bei dem die innere Oberfläche 5 des Stahlstützkörpers 1 mit einem La­ germetall 9 beschichtet ist. Wie Fig. 3 erkennen lässt, füllt das Lagermetall 9 die Nuten 6 oberhalb der Abdichtungsstellen der Nuten 6 durch die Kühlrohre 8 aus. Dadurch erhält die La­ germetallschicht 9 in die Nuten 6 ragende Ansätze, die die Verbindung zwischen Lagermetallschicht 9 und Stahlstützkörper 1 bezüglich parallel zur inneren Oberfläche 5 auftretender Scherkräfte erheblich verbessern und darüber hinaus einen in­ ten­ siven Wärmeübergang zwischen Kühlrohren 8 und der Lagermetall­ schicht 9 mit einer vergrößerten Oberfläche bewirken.

Fig. 4 zeigt im Detail einen Schnitt durch die Anordnung ge­ mäß Fig. 3 und verdeutlicht, daß das Kühlrohr 8 mit der unte­ ren Umfangshälfte den halbkreisförmigen Nutgrund 7 der Nut 6 dichtend ausfüllt, so daß die Lagermetallschicht 9 die Nut 6 an der Oberseite des Kühlrohres 8 ausfüllt und dort einen ent­ sprechenden Ansatz bildet.

Fig. 5 zeigt als Variante ein eckiges Kühlrohr 81, das in Rautenform in die Nut 61 eingesetzt ist. Zur Anpassung an die Kontur an der Unterseite des Kühlrohres 81 ist die Nut mit einem kerbförmigen Nutgrund 71 versehen.

Die Fig. 6 bis 8 verdeutlichen den Aufbau eines Stahlstütz­ körpers 1' für ein Axialgleitelement, dass in Form eines Kreissegments mit kreisbogenförmig verlaufenden Nuten 6' aus­ gebildet ist. In die Nuten 6' sind Kühlrohre 8' eingebracht, wie Fig. 7 verdeutlicht. Gemäß Fig. 8 ist die als Gleitlager dienende Oberfläche mit einem Lagermetall 9' beschichtet wor­ den, das auch die Nuten 6' oberhalb der Abdichtungsstellen der Nuten 6' durch die Kühlrohre 8' ausfüllt. Insoweit gilt das zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 Gesagte analog.

Claims (13)

1. Gleitlagerelement mit einem Stahlstützkörper (1, 1') und einer auf einer Oberfläche (5, 5') des Stahlstützkörpers aufgebrachten Lagermetallschicht (9, 9') und einer mit Kühlrohren (8, 8') gebildeten Kühleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass in die Oberfläche (5, 5') des Stahl­ stützkörpers (1, 1') offene Nuten (6, 6') eingebracht sind, in die die Kühlrohre (8, 8') eingebracht sind und dass die Lagermetallschicht (9, 9') die Freiräume der Nuten (6, 6') außerhalb der Kühlrohre (8, 8') ausfüllt.

2. Gleitlagerelement nach Anspruch 1 in Form eines Radial­ lagerelements mit einer zylindrisch gekrümmten Lagerme­ tallschicht (9) und mit in Querschnittsebenen verlaufen­ den Nuten (6).

3. Gleitlagerelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Nuten (6) parallel zueinander verlaufen.

4. Gleitlagerelement nach Anspruch 1 in Form eines Axialla­ gerelements mit einer ebenen Lagermetallschicht (9').

5. Gleitlagerelement nach Anspruch 4 in Form eines Kreis­ ringsegments mit einer im Schleudergussverfahren herge­ stellten Lagermetallschicht (9').

6. Gleitlagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, dass die Kühlrohre (8, 8') passig in die Nut (6, 6') eingesetzt sind.

7. Gleitlagerelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, dass die Kühlrohre (8, 8') in der zugehörigen Nut (6, 6') befestigt sind.

8. Gleitlagerelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Nut (6, 6') einen der Außenkontur der Kühlrohre (8, 8') angepassten Nutgrund (7, 7') aufweist.

9. Gleitlagerelement nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch kreisrunde oder ovale Kühlrohre (8, 8') und Nuten (6, 6') mit einem im Querschnitt halbkreisförmigen bzw. ovalen Nutgrund (7, 7').

10. Gleitlagerelement nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eckige Kühlrohre (81) und Nuten (61) mit einem entspre­ chend eckig ausgebildeten Nutgrund (71).

11. Gleitlagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ge­ kennzeichnet durch eine an sein sich unter Betriebsbela­ stung einstellendes Temperaturprofil angepasste ungleich­ mäßige Verteilung der Kühlrohre (8, 8') an der Oberfläche (5, 5') des Stahlstützkörpers (1, 1').

12. Gleitlagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, dass die Kühlrohre (8, 8') für eine parallele Durchströmung ausgebildet sind.

13. Gleitlagerelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, dass an die Kühlrohre (8, 8') Drosseln zur Einstel­ lung der Durchströmungsmenge angeschlossen sind.