DE2100365A1

DE2100365A1 - Schmiernutensystem für Gleitlagerungen und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2100365A1
Application number: DE19712100365
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Dipl.-Ing. Dr. 7101 Kirchhausen Grau
Original assignee: Karl Schmidt GmbH
Current assignee: Karl Schmidt GmbH
Priority date: 1971-01-07
Filing date: 1971-01-07
Publication date: 1972-07-20
Also published as: GB1365738A; FR2121259A5; IT944572B; DE2100365B2

Description

KARL SCHMIDT Gi-IBH
7107 Neckarsulm
Christi&n-Schmidt-Str. 8/12

6 Frankfurt (Main), 5.1-1971 DrQ/GKp

Prov_t Nr. 6569 KS

Schmiernutensystem für Gleitlagerungen und Verfahren zu dessen

Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schmiernutensystem und ein Verfahren zu dessen Herstellung für im teil- oder vollhydrodynamischen Gebiet betriebene Gleitlagerungen mit relativ zueinander bewegten mit mit Schmiermittelvorratsräumen verbundenen Schmierbohrungen versehenen Gleitflächen.

Bekanntlich dienen Schmiernuten der Verteilung des Schmiermittels auf die Gleitflächen von Gleitlagerungen. Sie stellen die Verbindung zwischen den in der Gleitfläche befindlichen Schmierbohrungen und der Gleitfläche selbst dar. Aus den Schmiernuten holt die sich bewegende Gleitfläche bzw. Gegengleitfläche d.en Schmierstoff in den Schmierspalt zum Aufbau eines hydrodynamischen Schmierfilms.

Zu diesem Zweck sind die Gleitflächen von Gleitlagerungen mit einer Vielzahl von geeignet ausgebildeten Schmiernuten versehen, die bei spiel sv/ei se gemäß "Schmiertechnik" 9> 1962, Nr. 1, Seiten 19/25, konstruktiv sehr unterschiedlich ausgeführt sein können. So sind in den Gleitflächen beispielsweise eine oder mehrere in Längs- und/oder Querrichtung teilweise oder ganz durchgehende Schmiernuten, Kreuz- und Achterschmiernuten, Winkel-, Drall- und Spiralschmiernuten angeordnet. Solche Schmiernuten dienen einzig und allein dem Zweck, den Schmierstoff in ausreichendem Maße in den Schmier spalt hei-eixizubrj.ngen, damit sich dort ein hydrodynamischer Schirü.bi'£ilm aufbauen kann. Bei der Druckschmierung v/erden

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ausnahmsweise Schmiernuten und Schmiertaschen, falls erforderlich, auch zur Durchleitung des Kühlöles herangezogen.

Nach den Erkenntnissen der hydrodynamischen Schmiertheorie tritt der zwischen die Flächen einer Gleitlagerung zugeführte Schmierstoff zum größten Teil im Bereich des hydrodynamischen Druckberges, der über die Breite der Gleitlagerung einen parabolischen Druckverlauf aufweist, senkrecht zur Relativgeschwindigkeit der Gleitflächen aus dem sich verjüngenden Schmierspalt nach beiden Seiten aus der Gleitlagerung wieder aus· Dieser aus dem Schmierspalt austretende Anteil des Schmierstoffs, der auch als Schmierstoffeigenbedarf der Gleitlagerung bezeichnet wird, muß fortlaufend ersetzt werden, wenn vollkommene hydrodynamische Schmierbedingungen zwischen den Gleitflächen der Gleitlagerung aufrechterhalten und damit optimale Laufeigenschaften gewährleistet sein sollen. Bei den meisten Gleitlagerungen bedeutet der aus dem Schmierspalt austretende Schmierstoffanteil einen Verlust, da dieser Anteil der Gleitlagerung nicht wieder angeboten wird. Um den Schmierstoffverlust zu senken, wird in manchen Fällen der austretende Schmierstoffanteil in besonderen Auffangvorrichtungen gesammelt.

Die bei Verlustschmierung am häufigsten angewendeten-, Schmierungsarten sind:

a) Fettschmierung, bei der ein Starrschmiermittel durch Staufferbüchsen, Fettnippel oder dgl. in den Schmierspalt

. ' gedrückt werden.

b) Tropfenschmierung, bei der flüssige Schmiermittel über Dochtöler, Nadelöler oder dgl. ohne nennenswerten Druck in den Schmierspalt tropfen.

c) Kissenschmierung, bei der ein die Gleitlagerung schmierendes Polsterkissen mit Saugfäden verbunden int, die in eine Ölwanne tauchen und das öl in das Polsterkissen fördern,

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d) Depotschmierung, bei der ein Schmiermittel in in der Gleitfläche befindlichen Schmiertaschen untergebracht ist.

In der Praxis ist man gezwungen, bei den vorgenannten Schmierungs arten den durch Verlustschmierung aus dem Schmierspalt austretenden Schmierstoffanteil.in bestimmten Zeitabständen zu ersetzen, wenn eine Mangelschmierung, die sich durch raschen Anstieg der Temperatur der Gleitlagerung anzeigt, vermieden werden soll. Das Nachschmieren erfordert aber nicht nur zusätzliche Schmierstoffe und eine entsprechende Lagerhaltung sondern auch einen vergleichsweise umfangreichen Wartungsaufwand, der besonders sorgfältig von geschultem Personal durchgeführt werden muß.

Um diesen Wartungsaufwand zu verringern, ist bereits vorgeschlagen worden, bei sogenannten selbstschmierenden Gleitlagerungen, die aus einem porösen den Schmierstoff enthaltenden Trägermaterial bestehen, an den Stirnseiten der Gleitlagerung Filzringe anzubringen, die den aus dem Gleitlager austretenden Schmierstoff aufsaugen und in das Gebiet des Unterdrucks oder durch Kapillarwirkung direkt dem Schmierspalt wieder zuführen sollen. Abgesehen davon, daß auch diese Schmierungsart mit einem Schmierstoffverlust verbunden ist, kann nie mit Sicherheit gesagt werden, ob ständig eine optimale Schmierstoffversorgung der Gleitlagerung sichergestellt ist.

Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, die vorstehend aufgezeigten Probleme zu beseitigen und insbesondere ein Schmiernutensystem für im teil- oder vollhydrodynamischen Gebiet betriebene Gleitlagerungen mit relativ zueinander bewegten Gleitflächen zu entwickeln, das eine Verlustschmierung ausschließt und eine optimale Selbstschmierung der Gleitlagerung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch ein Schmiernutonsystem gelöst, da,y

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erfindungsgemäß die gesarate Gleitfläche umfaßt und aus einzelnen voneinander abhängigen zusaramenv/irkenden Schmiernuten besteht, die in Längsrichtung der Gleitfläche fortlaufend hintereinander angeordnet sind und tragfähige Gleitflächenteile umschließen.

Die einzelnen Schmiernuten können sowohl offen als auch in sich geschlossen sein, wobei sich die Schmiernuten im ersten Fall wenigstens im Übergangsbereich zu den benachbarten Schmiernuten mit diesen überdecken, während sie im letzten Fall vorzugsweise in die benachbarten Schmiernuten "kettenartig¹¹ eingreifen.

Das erfindungsgemäße Schmiernutensystem bewirkt in der Gleitlagerung eine Art "inneren Schmierstoffkreislauf", indem der aus den Schmierbohrungen in den Schmierspalt eintretende Schmierstoff über den tragfähigen Gleitflächenteilen einen hydrodynamischen Schmierfilm bildet, dessen axiale Druckströmung sich mit der durch die Relativbewegung der Gleitflächen hervorgerufenen Verschiebungsströmung überlagert. Unter Wirkung der Resultierenden der beiden Strömungskomponenten fließt der Schmierstoff unter einem entsprechenden Winkel nach beiden Stirnseiten der Gleitlagerung, wird hier durch die randnahen in Längsrichtung verlaufenden Teile der Schmiernuten aufgefangen und somit am Austritt aus der Gleitlagerung gehindert. Entsprechend der Bewegungsrichtung der Gleitflächen wird der aufgefangene Schmierstoff in den Schmiernuten zur Mittelebene der Gleitlagerung zurückgefördert, von wo aus der Schmierstoff auf den nachfolgenden tragfähigen Gleitflächenteil gelangt. Dieser Vorgang wiederholt sich in allen folgenden Schmiernuten, so daß derselbe Schmierstoff stets zum Aufbau eines hydrodynamischen Schmierfilms im Bereich der tragfähigen Gleitflächenteile zur Verfügung steht. Es entsteht also auf dem gesamten Umfang der Gleitlagerung ein "innerer Schmierstoff kreislauf", durch den die Lebensdauer der Gleitlagerung vergleichsweise erheblich gesteigert wird.

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Im Rahmen der besonderen Ausgestaltung der Erfindung besitzt die einzelne Schmiernute, die sich jeweils mit der nachfolgenden Schmiernute in dem' Übergangsbereich überschneidet, u-Form, wobei je nach Baugröße der Gleitlagerung, der Gleitgeschwindigkeit der Gegengleitfläche und der spezifischen Lagerbelastung die in Längsrichtung der Gleitlagerung verlaufenden Schmiernutenteile durch einen bogenförmigen, spitz- oder stumpfwinkligen Schmiernutenteil verbunden sind. Bei einer vergleichsweise großen Gleitgeschwindigkeit besteht das Schmiernutensystem aus einer größeren Anzahl von Schmiernuten, da in diesem Falle die spezifische Lagerbelastung geringer und damit der tragfähige Gleitflächenanteil kleiner sein kann. Umgekehrt wird man bei einer relativ großen spezifischen Lagerbelastung die Anzahl der Schmiernuten des Schmiersystems kleiner halten, um damit einen möglichst großen Anteil tragfähiger Gleitfläche sicherzustellen. In diesem Falle empfiehlt es sich, die die Längsschmiernutenteile verbindenden Schmiernutenteile spitzwinklig auszubilden, da eine große spezifische Lagerbelastung i.a. mit einer kleineren Relativgeschwindigkeit gepaart ist. Man erhält auf diese Weise eine ausreichend große Komponente der Verschiebungsströmung, die im wesentlichen eine Rückförderung des Schmierstoffs zur Mittelebene der Gleitlagerung bewirkt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung greifen die in sich geschlossenen beispielsweise Kreis-, Halbkreis-, Rauten-, Sechseck- oder Ellipsenform sowie wie die Form eines in Längsrichtung der Gleitlagerung gestreckten Sechsecks oder Kreises aufweisenden Schmiernuten nach Art einer Kette in die benachbarten Schmiernuten ein, wobei deren Anzahl von den jeweiligen Betriebsbedingungen abhängt.

Die Schmiernuten besitzen bekanntermaßen beispielsweise einen rechteckigen, dreieckigen, halbkreisförmigen, trapezförmigen oder ähnlichen Querschnitt.

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Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Schmiernutensystem auf der Gegengleitfläche anzubringen.

Das erfindungsgemäße Schmiernutensystem wird vorteilhaft mit einem entsprechend gestalteten ein- bzw, mehr sy steinigen Präge-Rollstempel in den Lagerwerkstoff eingewalzt oder durch Ätzen, Gravieren, Elektro-Erosion, Spanen oder galvanische Behandlung erzeugt.

erfindungsgemäße Schmiernutensystem ist in vorteilhafter Weise für aus metallischen oder nichtmetallischen Massivoder Verbundlagerwerkstoffen bestehende Radial-, Achsial- und sphärische Lager sowie ebene Gleitflächen von Führungsbahnen geeignet.

Das erfindungsgemäße Schmiernutensystem ist in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 die Teilabwicklung einer gerollten Lagerbuchse 1 mit offenen u-förmigen Schmiernuten 2, bei denen die in Längsrichtung der Gleitfläche verlaufenden Schmiernutenteile in Bewegungsrichtung der Gleitfläche durch spitzwinklige Schmiernutenteile verbunden sind. In de: Winkelspitze der Schmieriiute 2 ist ein Schmierloch 3 angebracht.

Fig. 2 eine Abwandlung des aus offenen u-förmigen Schmiernut' bestehenden Schmiernutensystems nach Fig. 1 zu einem Schmiernutensystem mit geschlossenen u-förmigen Schmiernuten 4, in denen die in Längsrichtung der Gleitfläche verlaufenden Schmiernutenteile ohne Unterbrechung ineinander übergehen. Die Verwendung einer derartigen Lagerbuchse ist für beido Bewegungsrichtung tm möglich, wenn zusätzlich in entgegengesetzter Bewegungsrichtung weisende spitzwinklige Schmiernutenteilo angeordnet werden. 209830/02U .

Fig. 3 eine Erweiterung des offenen u-förmigen Schmiernutensystems nach Fig. 1 für beide Bewegungsrichtungen, indem in der Gleitfläche zwischen den offenen u~ förmigen Schmiernuten 2 jeweils eine v/eitere offene in entgegengesetzter Bewegungsrichtung weisende u-förmige Schmiernute 5 angebracht ist, die im Bereich ihres spitzwinkligen Schmiernutenteils in den entsprechenden Schmiernutenteil der in anderer Bewegungsrichtung verlaufenden zugehörigen Schmiernute 2 greift. Dieses Schmiernutensystem ist insbesondere für Gleitlagerungen mit geringer spezifischer Lager- äk belastung und hoher Gleitgeschwindigkeit geeignet.

Fig. 4 die Teilabwicklung einer gerollten Lagerbuchse 1 mit in sich geschlossenen in Längsrichtung der Gleitfläche gestreckten sechseckigen nach Art einer Kette ineinandergreifenden Schmiernuten 6, wobei sich an den Kreuzungspunkten der jeweils ineinandergreifenden Schmiernuten Schmierlöcher 7 befinden. In anderen Fällen können die Schmierbohrungen selbstverständlich auch außerhalb der Kreuzungspunkte mit Vorteil innerhalb der Schmiernuten angeordnet sein.

Fig. 5 die Wirkungsweise des Schmiernutensystems nach Fig. auf das Strömungsverhalten des durch die Schmierlöcher 7 in die Gleitlagerung eintretenden Schmierstoffs bei einer Bewegungsrichtung der Gegenlauffläche von links nach rechts. Dabei fließt der Schmierstoff von den beiden Schmierlöchern 7 nach rechts in den tragfähigen Gleitflächenteil 8, auf dem sich ein hydrodynamischer Schmierfilm in bekannter Weise aufbaut. Die hierdurch v/irksam werdende axiale Druckströmung im Schmierfilm überlagert sich mit der durch die Geschwindigkeit der relativ zueinander bewegten Gleitflachen erzeugten Verschiebungsströmung, wodurch · der Schmierstoff unter einem der Resultierenden der beiden Strömungskomponenten entsprechenden Winkel

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nach beiden Seiten 9 der Lagerbuchse 1 fließt. Dor wird der Schmierstoff jeweils durch die in Längsrichtung der Lagerbuchse 1 verlaufenden Schmiernutenteile 10 der einzelnen Schmiernuten 6 am Austritt aus der Gleitlagerung gehindert. Der aufgefangene Schmierstoffanteil wird in den Schmiernute: teilen 10 entsprechend der Bewegungsrichtung der Gegenlauffläche durch die Schmiernutenteile 10 in den diesen verbindenden spitzwinkligen Schmiernute] teil 11 zur Lagerbuchsenmittelebene befördert. In den Schmiernutenteil 11 gelangt ferner ein Teil dei Restschmierstoffs aus dem hydrodynamischen Schmierfilm des tragfähigen Gleitflächenteils 8. Der andea Teil fließt in den Schmiernutenteil 11 der nach-'f olgenden Schmiernute 6. Da sich die beschriebene Wirkungsweise des Schmiernutensystems bei allen nachfolgenden Schmiernuten wiederholt, ergibt sich der Gleitlagerung ein innerer Schmierstoffkreislaui

Fig. 6 die räumliche Darstellung einer gerollten Lagerbuct mit dem Schmiernutensystem nach Fig. 4 und 5.

Fig. 7 die Teilabwicklung einer gerollten Lagerbuchse 1 mi einem Schmiernutensystem bestehend aus kreisförmige ineinandergreifenden Schmiernuten 12.

Fig. 8 die Teilabwicklung einer gerollten Lagerbuchse 1 mi einem Schmiernutensystem aus in sich geschlossenen in Längsrichtung der Gleitfläche gestreckten kreisförmigen ineinandergreifenden Schmiernuten 13·

Fig. 9 die Teilabwicklung einer gerollten Lagerbuchse 1, m. einem Schmiernutensystem, das aus rautenförmigen ineinandergreifenden Schmiernuten 14 besteht.

Mit dem erfindungsgemäßen Schmiernutensystem wird die Lebensdauer der Gleitlagerung mit relativ zueinander bewegten Gleitflächen gegenüber bekannten Gleitlagerungen bei vergleichswejLi

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gleichen Betriebsbedingungen und gleicher Schmierstoffausgangsnenge um ein Mehrfaches erhöht, weil ständig eine ausreichende Schmierstoffversorgung an allen Stellen der Gleitlagerung gewährleistet ist. Dadurch ergibt sich ein wesentlich geringerer Reibungskoeffizient und mithin kleinere mittlere Lagertemperaturen im thermischen Beharrungszustand. So war bei Lagerbuchsen, deren Gleitflächen mit dem erfindungsgemäßen Schmiernutensystem ausgerüstet waren, nach 5000 Stunden Laufdauer kein wesentlicher Verschleiß festzustellen, wobei keine Nachschmierung erfolgte. Da sich der Reibungskoeffizient gegenüber bekannten Gleitlagerungen um bis zu 50 % erniedrigt, stellen sich wesentlich geringere Lagertemperaturen im thermischen Belastungszustand ein. Ferner ergibt sich eine weitgehende Unabhängigkeit von der Makrogeometrie der Gleitlagerung.

Weitere Vorteile bestehen darin, daß der Schmierstoff besser verbraucht und damit optimal genutzt wird. Das erfindungsgemäße Schmiernutensystem verhindert nicht nur den Austritt des Schmierstoffs aus dem Schmierspalt sondern durch Ausbildung eines stirnseitigen Schmierstoff'kragens" insbesondere im unbelasteten Bereich der Gleitlagerung auch den Eintritt von Fremdpartikeln in die Gleitlagerung. Eventuell in der Gleitlagerung eingetretene Schmutz- und auftretende Abriebteilchen werden von den Schmiernuten aufgenommen und können so ihre den Verschleiß hervorrufende Wirkung nicht entfalten.

Der Schmierstoff"kragen" bewirkt ferner einen Schutz vor Kavitation der Gleitflächen, da bei eventuellem Abheben der Gegenlauffläche jederzeit der Schmierstoff in ausreichender Menge zu allen Stellen der Gleitlagerung nachfließen kann, was außerdem wesentlich für einen kontinuierlichen Aufbau eines hydrodynamischen Schmierfilms ist.

Für den Fall, daß die Lagerbüchsen aus in Gehäuse eingelegten und geßeh&rn-jv.l':..lls zusätzlich festgeklebten Kunststofffolien

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oder ähnlichen Werkstoffen "bestehen, ist es möglich, das erfindungsgemäße Schmiernuteiisystem bex^eits vor dem Einlegen des Materials in das Gehäuse durch die gesamte Foliendicke durchzustanzen, da derartige Lagerbüchsen nicht volumenkalibriert werden«

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß es bei dem erfindungsgemäßen Schmiernutensystem ausreicht, wenn an jedem zweiten oder dritten Nutenglied Schmierbohrungen angebracht sind.

- 10 Patentansprüche

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

/i μ Schmiernutensystem für im teil- oder vollhydrodynamischen — Gebiet betriebene Gleitlagerungen mit relativ zueinander

' bewegten mit mit Schmierstoffvorratsräumen in Verbindungstehenden Schmierbohrungen versehenen Gleitflächen, dadurch gekennzeichnet, daß das die gesamte Gleitfläche umfassende Schmiernutensystem aus einzelnen voneinander abhängigen zusammenwirkenden in Längsrichtung der Gleitflächen fort-

' laufend hintereinander angeordneten einzelnen Schmiernuten, die jeweils einen tragfähigen Gleitflächenteil einschließen, besteht. w

2) Schmiernutensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Schmiernute vorzugsweise in die jeweils benachbarten Schmiernuten eingreift oder sich wenigstens im Übergangsbereich zu den benachbarten Schmiernuten mit diesen überdeckt. ■

3) Schmiernutensystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Schmiernute in sich geschlossen oder in Längsrichtung der Gleitfläche einseitig offen ist.

4) Schmiernutensystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Schmiernute kreis-, halbkreis-, rauten-, ellipsenförmig, sechseckig, gestreckt kreisförmig, gestreckt sechseckig, u-förmig oder dgl.

. ausgebildet ist.

ί>) Schmiernutensystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schmiernuten in der Gleitfläche sich nach den jeweiligen Betriebsbedingungen, d^h., Lagerbelastimg, Gleitgeschwindigkeit und der Viskosität des Schmierstoffs richtet.

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6) Schmiernütensystem nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiernuten einen rechteckigen, dreieckigen, halbkreisförmigen, trapezförmigen oder dgl. Querschnitt -besitzen.

7) Schmiernütensystem nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es in der Gegengleitfläche angeordnet ist.

8) Verfahren zur Herstellung des Schmiernutensystems nach de] Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmi< nutensystem mittels eines entsprechend gestalteten ein- b: mehrsystemigen Präge-Rollstempels eingewalzt oder durch Elektro-Erosion, Gravieren, Ätzen, Spanen, galvanische Behandlung oder dgl. in den Lagerwerkstoff eingearbeitet wird.

9) Verfahren zur Herstellung des Schmiernutensystems nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung einer Kunststoffolie oder eines ähnlichen Werkstoffs für ( in ein Lagergehäuse einzulegende Lagerbuchse das Schmiernütensystem vor dem Einlegen durch die Kunststoffolie odei einen ähnlichen Werkstoff gestanzt wird.

10) Verwendung des Schmiernutensystems nach den Ansprüchen 1 bis 7 für aus metallischen oder nichtmetallischen Massi\ oder Verbundlagerwerkstoffen bestehenden Radial-, Achsial- und sphärischen Lagern sowie für ebene Gleitflächen von Führungsbahnen, insbesondere für alle Gleitlagerungen, die mit Vorratsschmierung auskommen.

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