DE2131432A1 - Sphaerisches Lager - Google Patents

Sphaerisches Lager

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Description

DK 4782/2a Nikolaus Laing, IX^l Aldingen bei Stuttgart 2 IO 14o2
Sphärisches Lager
Die Erfindung bezieht sich auf die Lager schalen sphärischer Lager, die im Zusammenwirken mit sphärischen Lagerkörpern, z. B. Kugeln zur Aufnahme von Axial- und Radialkräften, insbesondere als Abstützlager magnetisch gelagerter Strömungsmaschinen läufer dienen.
Lagerschalen zur Abstützung von magnetisch gelagerten Pumpenmaschinenläufern sind sowohl in glatter Ausführung als auch als hydrodynamische Lager beschrieben. Während glatte Lager zu einer halbtrockenen Reibung führen, erzeugen Mehrflächenlager eine hydrodynamische Tragschicht. In beiden Fällen hängt die Tragfähigkeit in außerordentlich starkem Maße von der Spaltweite zwischen der Kugel und der Lagerschale, und damit von der geometrischen Präzision, ab.
Die zerspanende Herstellung von Kugeln hoher Präzision ist mit bekannten Verfahren gelöst; die zerspanende Herstellung von konkaven sphärischen Flächen vergleichbarer Präzision erfordert einen außerordentlich hohen Einsatz, insbesondere, wenn sehr harte oder chemisch korrosionsbeständige Werkstoffe zur Anwendung gelangen.
Die Erfindung vermeidet die sich durch zerspanende Herstellung ergebenden Schwierigkeiten dadurch, daß die Pfannen auf Kugeln
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mit vorgewähltem Durchmesser durch Verfahren aufgebaut werden, ■ die keine oder keine nennenswerte Formveränderung während des Herstellungsprozesses nach sich ziehen. Die Erfindung sieht deshalb hierzu insbesondere Flammspritzverfahren, Plasma spritzverfahren oder auch galvanische Verfahren vor, Mittels dieser Verfahren lasseh sich alle für Pumpenbetrieb vorteilhaften Werkstoffe, wie Sinterkeramik, Molybdän, Titan- oder Wolframkarbide in Metall mätrix sowie Nickel, Nickellegierungen, Chrom und Edelmetalle ^ verarbeiten. Nach der Erfindung werden Kugeln, die den gleichen
oder einen etwas größeren Durchmesser haben wie die später zu Lagerzwecken eingesetzten Kugeln, mit einer Maske umgehen, mit einem Trennmittel überzogen und dann mit Metallpartikeln be Schossen. Die Metallpartikel sollten nach dem Auftreffen unverzüglich erkalten. Deshalb sieht die Erfindung die gleichzeitige Kühlung entweder durch starke Kühlung der Kugel, z. B. mit flüssiger Luft oder mit Kältesole oder durch Beblasen der Oberfläche durch inerte Gase oder auch Luft vor.
Hierdurch wird eine nachträgliche Kontraktion weitgehend vermindert oder gar ausgeschlossen, so daß die während des Aufbringe- * Verfahrens entstandenen konkaven sphärischen Flächen die Kugeloberfläche unmittelbar abbilden, wodurch ein Spalt von der Stärke der Trennmittelschicht entsteht.
Während des Herstellungsverfahrens sollten Form und Flamme relativ zueinander sich bewegen, z. B. zueinander rotieren, so daß ein gleichmäßiges Anwachsen der Schichtstärke gewährleistet ist, wodurch späterer Verzug weitgehend ausgeschlossen ist.
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Als weiteres Verfahren zur spanlosen Herstellung bietet sich die galvanische Herstellung an, bei der lediglich die der Kugel benachbarte spätere Laufschicht aus hochwertigem Material, insbesondere aus Rodium, Nickel, Platin, Gold, Lagerbronze oder Chrom gebildet wird. Die mechanischen Kräfte werden von einer auf die galvanisch hergestellte Gleitschicht aufgetragenen starken Schicht aufgenommen, die entweder galvanisch oder bevorzugt auch mit dem Plasma- oder Flammspritzverfahren erzeugt wurde. Auch kann dieser tragende Körper aus niederschmelzendem Metall oder einem Kunststoff gegossen werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der tragende Körper von Kanälen durchzogen ist, damit ein durch diese Kanäle geleiteter Flüssigkeitsstrom die Lauffläche kühlt. Bei geringen Drehzahlen oder auch bei der Förderung von Flüssigkeiten mit abrasiven Beimischungen haben sich Lager mit halbtrockener Reibung als besonders günstig erwiesen, wobei sich als Werkstoffe für die Kugel Sinterkorund, jedoch auch Chrom, Hartnickel oder Edelmetall-überzogene Metallkugeln als vorteilhaft herausgestellt haben.
Bei dem Überzug mit Nickel hat sich die nicht elektrische Aufbringung des Nickels als besonders günstig erwiesen, insbesondere wenn eine nachträgliche Härtung durch thermische Beeinflussung erfolgt.
Bei hochtourigem Betrieb und Betrieb in Flüssigkeiten mit extrem geringer Viskosität haben sich Flächenausführungen mit radialen oder spiraligen Rillen, aber auch mit kreisrunden Ansenkungen als besonders geeignet erwiesen. Zur Herstellung dieser Lagerschalen
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sieht die Erfindung die Aufbringung erhabener Bereiche auf der abzubildenden Kugel vor. Hierdurch wird ebenfalls die spanlose Herstellung ohne Nacharbeit möglich,
In allen Fällen ist die Aufbringung eines Trennmittels, welches das Haften der aufgebrächten Schale an der sie formenden Kugel verhindert, erforderlich. Für die Aufbringung aus dem Flammoder Plasmastrahl eignen sich hochsiedender Kohlenwasserstoff oder auch Silikonöle, für galvanische Aufbringung vorteilhafter fc Eiweißverbindungen, die Wasser aufzunehmen in der Lage sind.
Die Erfindung soll anhand von Figuren beschrieben werden.
Figur 1 zeigt schematisiert eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Als Patrize dient eine Hohlkugel 1, die in einem Rotationskörper 2 eingesetzt ist. Die hohle Welle 3 ist mit dem rotierenden Körper 2 fest verbunden und außerhalb des Körpers um die Achse 4 drehbar gelagert und durch eine nicht gezeigte Einrichtung angetrieben. Senkrecht zur Achse 4 führt durch den Mittelpunkt der Kugel hindurch die Achse 5, um die eine k Haltevorrichtung 6 schwenkbar angeordnet ist. Diese Haltevorrichtung trägt den Strahlkopf 7 sowie eventuell Kühldüsen 8 und 8'. Durch die hohle Welle 3 hindurch wird flüssige Luft geleitet, die in der Engstelle 9 expandiert, so daß ein Gemisch aus flüssiger und gasförmiger Luft das Innere der Hohlkugel 1 kühlt. Die Luft verläßt die Vorrichtung durch eine Anzahl von Bohrungen 10, nachdem auch der kegelige Bereich 11 gekühlt wurde. Der Strahlkopf und die Düsen 7 und 8 werden entsprechend dem Pfeil 12 hin- und hergeschwenki
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während gleichzeitig die Vorrichtung umläuft, so daß in gleichmäßiger Schicht sich eine Lagerschale 14 aufbaut. Auf dem Lochkreis 15 sind versetzt zu den Bohrungen 10 Auswerferstäbe angeordnet, durch welche, nachdem eine ausreichende Schichtdicke erreicht wurde, die Schale 14 von der Kugel 1 abgehoben wird.
Figur 2 zeigt in stark übertriebenem Maßstab eine Kugel, auf der Erhöhungen 20 aufgebracht sind, die in der Lagerschale Vertiefungen bilden sollen.
Figur 3 zeigt einen Sektor des Kugelumfänges mit Erhöhungen gemäß Figur 2, die dadurch gebildet sind, daß längs der Meridiane Kanten von nur zweidimensional gekrümmten Flächen 30 verlaufen. Die Abweichung 32 zwischen der Kugel in der Fläche 31 und der erhöhten Kante 20 beträgt in Abhängigkeit von der Viskosität ein Hundertstel bis ein Zehntausendstel des Kugeldurchmessers.
Figur 4 zeigt eine andere Ausbildung der Kugel, bei welcher auf der Oberfläche vorzugsweise sphärische Erhebungen 40 gebildet sind. Auch hier ist die Höhe 41 einer solchen Erhebung in der gleichen Größenordnung wie unter Figur 3 beschrieben.
Figur 5 zeigt eine weitere Alternative, bei der spiralig verlaufende Erhebungen 50 auf der Kugel angeordnet sind. Alle die jeweiligen Vorsprünge begrenzenden Flächen wie 51 und 52 verlaufen parallel zur Rotationsachse 53, damit keine Hinter schnitte entstehen, die ein Abziehen der Schale erschweren würden. Die Zeichnung gibt wegen der starken Übertreibung in der Dimension der spiralig ver-
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laufenden Erhebungen dieses Merkmal nicht wieder. Die Höhe der Vorsprünge ist wiederum in der gleichen Größenordnung wie unter Figur 3 beschrieben. .
Figur 6 zeigt den Querschnitt einer galvanisch hergestellten Lagerschale 60, die ih einem formsteifen Gehäuse 61 eingesprengt wurde, so daß sie gegen den vorspringenden Ring 62 anliegt. Im Inneren befindet sich in der kugelschalenförmigen Ausnehmung 63 eine < pasteuse oder elastische Masse 64, z. B. Weichgummi, ein organisches ™ Polymer, eine Graphitpaste oder auch ein weiches Metall, z. B. Blei
oder eine niederschmelzende Metall-Legierung. Durch die Schraube kann der Druck, mit dem die Masse 64 auf die Lagerschale drückt, und damit der Kugelhalbmesser 66 eingestellt werden. Die Dichtungsringe 67 und 68 verhindern ein Eintreten von Flüssigkeit in das Innere und ein Austreten der Masse 64 nach außen.
Figur 7 zeigt eine ebenfalls vorzugsweise galvanisch hergestellte Lagerschale 70, z. B. aus Platin, Hartnickel oder Hartchrom, auf welche Metallgranulat 71, das mit einem Lot überzogen wurde, durch Erhitzen aufgebracht wurde. Danach wird die Lagerschale in Metall oder Kunststoff 72 eingegossen, wobei die Lagerschale verstärkt wird und gleichzeitig Rippen 73/74 mit angegossen werden.
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Claims (34)

213U32 Patentansprüche
1. } Lager schalen für axiale und radiale Belastung und Ver schwenkbarkeit um in der Ausgangsrotationsebene liegende Achsen, bestehend aus einem Körper mit konvexer sphärischer Gleitfläche, z. B. einer Kugel, und mindestens einem relativ dazu dreh- und schwen baren Körper mit konkaver sphärischer Gleitfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave sphärische Gleitfläche die innere Oberfläche einer Lagerschale (14, 60, 70) bildet, die aus einem Material besteht, das auf der Oberfläche eines sphärischen Körpers (1), dessen Temperatur weit unterhalb der Schmelztemperatur des Lagerschalenwerkstoffes liegt, abgeschieden wurde.
2. Schale für Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abscheidung Materialpartikel aus einer Oxydations- oder Plasmaflamme heraus auf die Oberfläche des kalten Körpers (1) geschleudert werden.
3. Lagerschale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lagerschale (60, 70) auf der Oberfläche einer mit einer Trennoder Leitschicht versehenen Kugel galvanisch abgeschieden wird.
4. Lagerschale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
sphärische Körper (1) innere Hohlräume aufweist, durch welche ein Kühlmittel hindurchgeleitet wird.
5. Lagerschale nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel aus flüssigem Stickstoff besteht.
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6. Sphärische Fläche zur Herstellung von Lagerschalen für Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche Vorsprünge (21, 40, 50) aufweist.
7. Sphärischer Körper zur Herstellung von Lagerschalen für Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Vorsprünge ein Hundertstel bis ein Zehntausendstel des Lagerschalendurchmessers beträgt.
8. Sphärischer Körper zur Herstellung von Lagerschalen für Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor Sprünge (21) auf Meridianen verlaufen.
9. Sphärischer Körper zur Herstellung von Lagerschalen für Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (40) kreisförmig oder elliptisch sind.
10. Sphärischer Körper zur Herstellung von Lagerschalen für Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (50) schräg zu Meridianen verlaufen.
11. Sphärischer Körper zur Herstellung von Lagerschalen für Lager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (50) auf Spirallinien verlaufen.
12. Sphärischer Körper zur Herstellung von Lager schalen für Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht parallel zur Kugelfläche verlaufenden Flächen (51, 52) der Vorsprünge (50) parallel zur Achse (53) oder hinterschnittfrei verlaufen.
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13. Lagerschalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie
aus Molybdän bestehen.
14. Lagerschalen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Titankarbid oder Wolframkarbid oder Siliziumkarbid verwendet wird.
15. Lagerschalen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Karbide in einer Matrix, die im wesentlichen aus Chrom und Nickel besteht, gebunden sind.
16. Lagerschalen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Karbide in einer Matrix aus Platin gebunden sind.
17. Lagerschalen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale im wesentlichen aus chemisch niedergeschlagenem Nickel besteht.
18. Lagerschalen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale aus einer Legierung mit den Hauptbestandteilen aus Kupfer und Zinn besteht.
19. Lagerschalen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale im wesentlichen aus Chrom besteht.
20. Lagerschale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe sphärische Fläche aus einer Kugel besteht.
21. Lagerschale nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel oder deren Oberfläche aus Sinterkeramik besteht.
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22. Lagerschale für Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünnwandige Schale (60) in einem starkwandigen Gehäuse (61) axial fixiert angeordnet ist.
23. Lagerschale für Lager nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Äußeren der Schale (60) und dem Inneren des Gehäuses (61).eine elastische oder plastische Masse angeordnet ist.
^
24. Lagerschale für Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Verdränger (65) vorgesehen sind, durch welche die Masse (64) unter Druck gesetzt werden kann.
25. Lagerschale für Lager nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (64) aus Pech besteht.
26. Lagerschale für Lager nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (64) aus Gummi oder elastischem Werkstoff besteht.
27. Lagerschale für Lager nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (64) aus weichem Metall, z. B. Blei besteht.
28. Lagerschale für Lager nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (64) durch Dichtungen (67/68) nach aussen hin gedichtet ist.
29. Lagerschale für Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (70) von einem Stützkörper (72) getragen wird.
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30. Lagerschale für Lager nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper zur Lagerschale durch Metallgranulat (71) verankert wird.
31. Lagerschale für Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verdrehschutzeinrichtungen (69/73) vorgesehen sind.
32. Lagerschale für Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite der Lagerschale mit Rippen (73/74) versehen ist.
33. Lagerschale für Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale in einen konischen Kragen (75) übergeht.
34. Lagerschale für Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gedachte Spitze des Kegels, auf dessen Oberfläche der konische Kragen liegt, mit dem Mittelpunkt der die Lagerlauffläche bildenden Kugel zusammenfällt.
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DE2131432A 1970-07-01 1971-06-24 Verfahren zum Herstellen einer sphärischen Lagerschale Expired DE2131432C2 (de)

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