DE2155705A1

DE2155705A1 - Gleitlager

Info

Publication number: DE2155705A1
Application number: DE19712155705
Authority: DE
Inventors: Geb Melchior Ingeborg Laing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-11-09
Filing date: 1971-11-09
Publication date: 1973-05-17
Also published as: DE2155705B2; DE2155705C3

Description

. Gleitlager Gleitlager mit nicht-zylindrischen Gleitflächen gewinnen zunehmend an Bedeutung, da mit dieser Kategorie von Lagern die höchsten Tragzahlen für hydrodynamische Lager erzielt werden können. Alle bisher in der Technik eingesetzten Lager mit nach innen führenden Rillen, sogenannte Ringrillenlager, sind entweder mitOel oder mit Fett geschmiert. Es besteht ein Bedürfnis, Lager mit hydrodynamischer Tragfunktion auch zur Flüssigkeiten geringer Viskositäten oder auch für Gase herzustellen. Theoretisch lässt sich jedes hydrodynamische Lager für jedes Schmiermittel auslegen. In der Praxis stehen der Auslegung jedoch prinzipielle Schwierigkeiten entgegen, denn mit abnehmender Viskosität muss auch der Schmierspalt, das ist der Abstand zwischen den Gleitpartnern, kleiner werden. Im praktischen Beispiel werden die Beträge so klein, dass sie mit wirtschaftlich vertretbaren Fertigungsmethoden nicht hergestellt werden können, oder aber bei der geringsten Temperaturänderung so grosse Differcnzen erfahren, dass die so entstehenden Spalte wesentlich grösser sind, als die zur Erzeugung eines hydrodynamischen Tragfilmes erforderlichen Spalte.
Der Erfinder hat hydrodynamische Lager geschaffen, die diese Nachteile nicht haben. Lager gemäss der Erfindung weisen plane, konvexe oder konkave Flächen auf, die eine elastische Verformbarkeit in einem solchen Masse zulassen, dass sie unter dem Einfluss des Druckes der schmierenden Flüssigkeit sich so weit verformen, dass der zur Aufrechterhaltung dGs hydrodynamischen Fördereffektes erforderlicha enge Schmiers@@lt entsteht oder erhalten bleiht. Es spielt dabei keine Rolle, ab die konkave oder aber die konvexe Fläche verformbar ausgebildet ist. Zur Unterstützung des Effektes sieht die Erfindung auch Ausbildungen des Lagers vor, bei dem die dem Schmierspalt abgewandte Oberfläche eines der Lagerteile einen Raum einschliesst, der mit den druckaufbauenden Rillen des Lagers kommuniziert.
Die Erfindung sieht ferner vor, dass die Oberflächen der sich im Anlauf berührenden Gleitpartner aus Werkstoffen hoher Härte und vorteilhaften Gleitverhaltens bestehen, damit während des Anlaufens, solange sich also noch kein tragender Schmierfilm gebildet hat, die Werkstoffe nicht miteinander verschweissen oder verhaken. Als besonders geeignet haben sich galvanisch aufgebrachte Schichten aus Gold oder einem korrosionsbeständigen Nicht-Edelmetall erwiesen, in die während der Behandlungsdauer im galvanischen Bad Pulver sehr harter Körper, vorzugsweise Wolframkarbid, Titankarbid oder Borkarbid eingelagert wurde. Auch hat sich für Flüssigkeiten mit nicht zu harten Beimischungen Glas als geeigneter Werkstoff erwiesen.
Die Erfindung und ihre Prinzipien sollen anhand von Figuren beschrieben werden : Figur 1 zeigt ein Ringrillenlager mit planer Gleitfläche im Schnitt. Der Läufer 1 wird vom Stator 8 abgestützt. Der Ring 3 nimmt die Auflagekräfte bei nicht in Betrieb befindlichem Lager auf und besteht aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften. Die Membran 4 erzeugt mit dem Läufer 1 den hydrodynamischen Schmierspalt 6. Durch die Oeffnung 5 dringt Schmiermittel in den Hohlraum 7, so dass die Membran 4 gegen den Läufer 1 gedrückt wird, da der Druck im Zentrum des Spaltes 6 höher ist als an den Seiten.
Figur 2 zeigt einen konkaven Lagerteil 11 und einen konvexen Lagerteil 12, der mit einem Halter 13 verbunden ist, der eine Wellenbohrung 14 besitzt. Entweder auf der konkaven Oberfläche des Lagerteiles 10 oder auf der konvexen Oberfläche des Lagerteiles 12 sind Spiralrillen angeordnet, die von der Peripherie in Drehrichtung gesehen zum Pol hinführen. Im Bereich des Poles 15 entsteht der höchste Druck. Dieser Druck pflanzt sich in das Innere des hohlen konvexen Lagerteiles 12 fort und bewirkt eine Ausdehnung, die zu einer Verringerung des Spaltes 16 führt.
Figur 3 zeigt eine inverse Anordnung; bei der der konvexe Lagerteil 22 als Kugel ausgebildet ist, während der konkave Lagerteil 21 als Ring ausgebildet ist. Im konkaven Lagerteil 21 sind Spiralrillen angeordnet, die im Polbereich 25 einen hohen Druck aufbauen. Das konkave Lagerteil 21 ist von einer Schale 23 umgeben, so dass das Schmiermittel in den Spalt 27 eindringen kann. Am inneren Umfang des Lagerteiles 21 ist eine Phase 28 angebracht, über die alle Spiralrillen 29 miteinander in Verbindung stehen. Ein Abdeckring 19 verhindert das Eintreten von Schmutzteilen und weitgehend den Flüssigkeitsaustausch, so dass die einmal im Lager befindliche Flüssigkeit ständig als Schmiermittel Verwendung findet. Hierdurch wird das Ausfällen von Festkörpern,wie Kalk,vermieden.-Durch den im Polbereich 25 entstehenden Druck wird das konkave Lagerteil 21 gegen die Kugel 22 gedrückt. Der Querschnitt des konkaven Lagerteiles wächst nach aussen hin, wodurch ein konstanter Lagerspalt 26 gewahrleistet wird, denn zwischen Kugel und Lagerteil 21 herrscht ein nach aussen abnehmender Druck, während der Druck im Spalt 27 konstant ist.
Figur 4 zeigt eine ähnliche Ausbildung. Auch hier dient das konkave Lagerteil 31, welches vorteilhaft aus PTFE besteht, zur Erzeugung eines Förderstromes, der im Polbereich 35 einen hohen Druck aufbaut. Im Unterschied zu Figur 3 sieht die Erfindung im Polbereich 35 einen Ring 36 aus hartem Werkstoff, z.B. aus Karbiden, Oxiden oder Nitriden vor, der die Kugel abstützt, wenn das Lager ausser Betrieb ist. Ein Kanal 38 stellt die hydraulische Verbindung zwischen dem Spaltbereich 37 und dem Polbereich 35 her.
Figur 5 zeigt eine Ausbildung, bei welcher das konkave Lagerteil aus einem Ring 41 besteht, der gemeinsam mit dem Ring 40 zu einem hohlen Ring längs der Schweissnähte 43 und 43' vers-chweisst wurde und dessen Inneres mit Flüssigkeit, vorzugsweise mit einem niederschmelzenden Metall zum Zwecke der ausreichenden Wärmeleitfähigkeit gefüllt ist.
Im Raum 45 bildet sich ein Druck aus, der zu einer Verformung des Ringbereiches 40 in die Stellung 40' führt, wodurch sich die konkave Wandung 41 der Kugel 42 nähert. Im Inneren des Ringes 40/41 kann auch ein Metallring eingelegt sein, der jedoch genügend Spiel für die Wandungen 40 und 41 belassen muss. Vorteilhaft ist auch eine Kombination von Metallringen und einer beliebigen Flüssigkeit.
Figur S zeigt eine Ausbildung, bei der der konkave Gleitkörper 60 aus zwei ineinandersteckenden Rotationsteilen 51 und 53 besteht, die an der Peripherie 54 miteinander verschweisst sind. Zur Erzielung einer möglichst gleichförmigen Verformung ist ein weiterer Ring 55 mit eingebaut, der durcheine Oichtung 56 das Eintreten von Füllflüssigkeit 57 in den mit dem Teil 51 gebildeten Spalt 51 verhindert. Durch Kanale 58 kann der Raum 59 mit dem Raum 57 kommunizieren.
Figur 7 zeigt eine Ausbildung, bei der der konkave Lagerteil 61 im Polbereich 63 zurückspringt. Dort ist die Wandung 84 wellig ausgebildet, damit der im Polbereich 63 gebildete Druck sich auf den flüssigkeitsgefüllten Hohlraum 65 fortpflanzt.
Figur 8 zeigt ein konisches Lager, welches aus dem Lagerzapfen 72 und der Lagerbuchse 71 besteht. Die Lagerbuchse ist in ihrer Wandstärke im Bereich der kleineren Durchmessers @@ dünner als im Bereich der Peripherie 75 ausgebildet. Der Faltehbalg 76 überträgt den sich im Raum 70 bildenden Ueberdruck auf die irn Raum 77 befindliche Flüssigkeit. Dri zapfen 72 liegt bei Stillstand auf dem Gleitring 78 auf, @äh rend er im Lauf abhebt.

Claims

Patentansprüche

1.Gleitlager, bestehend aus mindestens einem planen oder konkaven, als Napf ausgebildeten Lagerteil und einem zweiten, sich relativ dazu bewegenden Lagerteil, wobei entweder umlaufende oder feststehende Lagerteile mit von aussen nach innen in Drehrichtung sich erstreckenden Rillen zur Erzeugung eines hydrodynamischen Druckes ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der dem Lagerspalt zugewandten Wandung mindestens eines der Lagerteile so dünnwandig ausgebildet ist, dass es unter der Wirkung des anderen Lagerteiles unter betriebsmässigen Verhältnissen eine elastische Verformung erfährt, die grösser ist als die durch Fertigungstoleranzen und/oder thermische Ausdehnungsunterschiede sich bei starrer Ausführung ergebenden Abweichungen in der Weite des Lagerspaltes.

2. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Lagerteil als Hohlkugel, Teilkugel (12) oder Hohlkegel ausgebildet ist und mindestens eine Oeffnung (15) aufweist, durch die das Innere mit einem Bereich des Lagerspaltes (6) kommuniziert, in welchem durch hydrodynamische Kräfte tn Druck aufgebaut wird.

3. Gleitlager nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Lagerteil [8, 12) aus einem nicht formstabilen Werkstoff, vorzugsweise aus einem gummi-elastischen Kern unter einer dünnwandigen Schale (4)> aufgebaut ist.

4. Gleitlager nach Anspruch 3, dadurch gekerlnzeichllet, dass der Kern aus einem fliessbaren Naterial, z.B. Wasser oder einem bei Betriebstemperatur flüssigen Metall besteht.

5. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagerteil (31) als Hohlkörper ausgebildet ist und eine konkave Gleitfläche aufweist.

6. Gleitlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (40, 41, 51, 54, 77) mit einem hochelastischen oder fliessbaren Körper, z.B. Gummi, Wasser oder bei Betriebstemperatur flüssigem Metall gefüllt ist.

7. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nach aussen weisende Wandung (0, 23, 66, 79) verglichen mit der dem Lagerspalt zugewandten Wandung (4, 51, 61, 41, 71) steif ausgebildet ist.

8. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» dass der Polbereich (25, 50, 70) der konkaven Fläche eine Vertiefung aufweist.

9. Gleitlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dieser Vertiefung ein Membrankörper (64, 76) angeordnet ist.

10. Gleitlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Dichtspalt weisende Wandung (40, 41) sowohl in der Nähe des Aequators als auch in der Nähe des Poles auf annähernd gleichem Durchmesser ausläuft, so dass ein hohler Ring (46) mit innähernd zylindrischer Aussenkontur entsteht.

11. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spiralig zum kleinen Durchmesser hin sich entwickelnden Rillen (29) am grossen Durchmesser des Lagerteiles miteinander durch eine Rille C20, 30), Rinne oder Phase verbunden sind.

12. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Lagerteil ein Ring C193 aus elastischem Werkstoff, vorzugsweise aus PTFE, verbunden ist, der ein Eindringen von Schmutz in die Rillen verhindert.

13. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das konkave Lagerteil aus einem Napf (39) und einem an der Periphe rie mit dem Napf dichtend verbundenen konkaven Ring (21, 31, 713 ausgebildet ist.

14. Gleitlager nach Anspruch 13. dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (21, 31, 71) in seiner Wandstärke mit abnehmendem Durchmesser abnimmt.

15. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche (21, 31, 713 aus PTFE besteht.

16. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Lagerspalt zugekehrte Wandung (4. 12, 31, 41, 51, 61, 71) aus einem met-allischen Werkstoff besteht und auf der dem Lagerspalt zugewandten Fläche z.B. spiralig verlaufende Stege trägt, die aus einem Werkstoff mit vorteilhaften Gleiteigenschaften bestehen.

17.Gleitlager nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege aus einem mit Flammspritzung oder auch galvanisch aufgebrachtem Metallfilm gebildet werden, in welchen während des Herstellverfahrens Karbide, Oxide oder Nitride eingelagert werden.

18. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich innerhalb des Ringes (31) ein Ring (36) aus einem Hartstoff, z.B. aus einem Karbid, Oxid oder Nitrid befindet, dessen dem konvexen 6 leitkörper zugewandt R Fläche nur während der Anlaufphase mit diesem in Berührung kommt.

L e e r s e i t e