DE19950445C2 - Gleitlagerelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleitlagerelement mit einem Stahl­ stützkörper und einer auf einer Oberfläche des Stahlstützkörpers aufgebrachten Lagermetallschicht, wobei in die Oberfläche des Stahlstützkörpers offene Nuten eingebracht sind, in die Kühlroh­ re eingebracht sind, und die Lagermetallschicht die Freiräume der Nuten außerhalb der Kühlrohre ausfüllt.

Gleitlagerelemente werden insbesondere für große Dieselmotoren, Getriebe, Kompressoren, Turbinen o. dgl. sowohl als Axialgleit­ lagerelemente als auch Radialgleitlagerelemente verwendet. Auf­ grund der regelmäßig sehr großen Wandstärken der Stahlstützkör­ per und der hohen betrieblichen Lagerbelastungen besteht die Gefahr, dass an der Gleitfläche des Lagermetalls die Grenztempe­ ratur für den jeweiligen Lagerwerkstoff überschritten wird. Es ist daher bekannt, auf den Stahlstützkörper Kühlrohre aufzulegen und anschließend die Lagermetallschicht auf den Stahlstützkörper unter Einschluss der Kühlrohre aufzugießen. Nachteilig hierbei ist ein unvermeidlich dicker Lagermetallaufguss und keine opti­ male Gleichmäßigkeit der Wärmeabfuhr, insbesondere in hochbela­ steten Zonen des Gleitlagers.

Es ist ferner bekannt, Konturen für das Kühlrohr in den dickwan­ digen Stahlstützkörper einzugießen und anschließend das Kühlrohr einzulegen. Nachteilig hierbei ist eine aufwändige Her­ stellung des Stahlstützkörpers. Es ist daher auch versucht wor­ den, das komplette Lagerelement von der Rückseite aus zu kühlen. In allen Fällen ist die Gleichmäßigkeit der Wärmeabfuhr und der Wirkungsgrad der Kühlung verbesserungsbedürftig.

Für die Herstellung großer Axiallager, die in der Regel aus meh­ reren Teilkreissegmenten bestehen, sind in den Stahlstützkörper Kühlbohrungen über Tieflochbohrungen eingebracht worden, die anschließend zur Kühlung verwendet wurden. Auch hierbei ergibt sich eine nur geringe Effizienz und Gleichmäßigkeit der Kühlung und darüber hinaus ein aufwändiger Herstellungsvorgang.

Durch die US 1,473,827 ist ein Radialgleitlager der eingangs erwähnten Art bekannt. In dem Lagerkörper befinden sich axiale Nuten, in die Kühlrohre eingelegt sind, die mit Hilfe von in schwalbenschwanzförmigen Quernuten geführten Halteelementen in der Längsnut gehalten werden. Das Lagermetall wird anschließend auf die Oberfläche gegossen und dringt in die Längsnuten und Quernuten ein. Dadurch soll eine Schwächung des Lagerkörpers durch die eingebrachten Nuten vermieden werden. Die Art der Durchströmung der Kühlrohre ist nicht erwähnt.

Aus der DE 43 38 431 A1 ist eine gekühlte Schieberplatte, bei­ spielsweise für Heißgasleitungen, bekannt, deren Kühlung durch ein Rohr gebildet ist, das von außen nach innen spiralförmig gelegt ist und im Zentrum durch ein S-förmiges Mittelstück in eine Spiralform von innen nach außen übergeht. Während die Spi­ ralwicklungen dicht an dicht aneinander anliegen können, gelingt dies nicht im mittleren Bereich, der durch das S-förmige Mittel­ stück gebildet ist. Die dadurch gebildeten Zwischenräume werden durch Platten beiderseits abgedichtet, wobei die Platten mit den Rohrwindungen verschweißt werden, sodass sich zwei abgeschlosse­ ne Räume ausbilden. Diese Räume werden von der durch das Rohr fließenden Kühlflüssigkeit durchströmt, indem das Rohr im Bereich des S-förmigen Mittelstücks geeignete Eintritts- und Aus­ trittsöffnungen aufweist. Zur Einstellung eines möglichst glei­ chen Strömungswiderstands innerhalb und außerhalb des Rohres kann in dem S-förmigen Mittelstück eine Strömungsverengung in Form eine Drossel angeordnet sein.

Die vorliegende Erfindung geht von der Problemstellung aus, ein Gleitlagerelement der bekannten Art hinsichtlich seiner Eigen­ schaften zu verbessern.

Ausgehend von dieser Problemstellung ist erfindungsgemäß das Gleitlagerelement der eingangs erwähnten Art dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Kühlrohre für eine parallele Durchströmung ausgebildet und an die Kühlrohre Drosseln zur Einstellung der Durchströmungsmenge und Anpassung der Kühlleistung an die Tempe­ raturbelastung angeschlossen sind.

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 ein­ gebracht, 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 La­ germetallschicht einen Teil der Nuten, nämlich den von den Kühl­ rohren nicht beaufschlagten Raum der Nuten, ausfüllt. Hierdurch wird erreicht, dass die Lagermetallschicht nur die für die La­ gerzwecke benötigte Dicke aufweisen muß und daß die Haftung zwi­ schen der Lagermetallschicht und dem Stahlstützkörper verbessert wird, weil sich die Lagermetallschicht in den Nuten mit dem Stahlstützkörper gegenüber auftretenden Scherkräften verhakt und so eine Verklammerung bewirkt. Durch die teilweise Ausfüllung der Nuten entsteht ferner eine vergrößerte Übergangsfläche zwi­ schen Kühlrohren, Nuträndern und der Lagermetallschicht, sodass ein verbesserter Wärmeübergang, und damit eine Erhöhung der Kühlwirkung, erzielt wird.

Das erfindungsgemäße Gleitlagerelement ermöglicht eine Anpassung an die Temperaturbelastung des Gleitlagerelements, indem die Kühlrohre für eine parallele Durchströmung ausgebildet sind und an sie Drosseln zur Einstellung der Durchströmungsmenge ange­ schlossen sind, wodurch die Anpassung der Kühlleistung an die Temperaturbelastung möglich wird.

Alternativ oder ergänzend hierzu ist es möglich, eine ungleich­ mäßige Verteilung der Kühlrohre an der Oberfläche des Stahl­ stützkörpers vorzunehmen, um eine Anpassung an das sich unter Betriebsbelastung einstellende Temperaturprofil zu ermöglichen.

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 Radi­ allagerelements mit einer zylindrisch gekrümmten Lagermetall­ schicht und mit in Querschnittsebenen verlaufenden Nuten ausge­ bildet sein. Die Nuten laufen dabei vorzugsweise parallel zuein­ ander. 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 (11)

1. Gleitlagerelement mit einem Stahlstützkörper (1, 1') und einer auf einer Oberfläche (5, 5') des Stahlstützkörpers (1, 1') aufgebrachten Lagermetallschicht (9, 9'), wobei in die Oberfläche (5, 5') des Stahlstützkörpers (1, 1') offene Nuten (6, 6') eingebracht sind, in die Kühlrohre (8, 8') eingebracht sind, und die Lagermetallschicht (9, 9') die Freiräume der Nuten (6, 6') außerhalb der Kühlrohre (8, 8') ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrohre (8, 8') für eine parallele Durchströmung ausgebildet und an die Kühlrohre (8, 8') Drosseln zur Einstellung der Durchströ­ mungsmenge und Anpassung der Kühlleistung an die Tempera­ turbelastung angeschlossen sind.

2. Gleitlagerelement nach Anspruch 1 in Form eines Radialla­ gerelements mit einer zylindrisch gekrümmten Lagermetall­ schicht (9) und mit in Querschnittsebenen verlaufenden Nu­ ten (6).

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

4. Gleitlagerelement nach Anspruch 1 in Form eines Axiallager­ elements 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, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrohre (8, 8') passig in die Nut (6, 6') eingesetzt sind.

7. Gleitlagerelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, 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 Nut­ grund (7, 7').

10. Gleitlagerelement nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eckige Kühlrohre (81) und Nuten (61) mit einem entsprechend 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').