DE2210979A1

DE2210979A1 - Gleitlager

Info

Publication number: DE2210979A1
Application number: DE19722210979
Authority: DE
Inventors: Die Anmelder Sind
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-03-16
Filing date: 1972-03-07
Publication date: 1972-09-21
Also published as: JPS5877918A; JPS5755926B1; SE389717B; DE2210979C3; SE389717C; CH536949A; FR2129797A5; BE780771A; CA949632A; JPS6231205B2; GB1370522A; DE2210979B2; IT950203B

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleitlager mit zwei den: Lagerspalt bildenden Lagerteilen, welche einander zugekehrte, die Belastung aufnehmende Rotationsflächen aufweisen und von denen eines als verformbares Lagerelement ausgebildet ist.

Gleitlager mit als Rotationsflächen ausgebildeten Gleitflächen, zwischen denen hydrostatisch oder hydrodynamisch ein tragender Film aufrechterhalten wird, gewinnen zunehmend an Bedeutung, da mit dieser Kategorie von Lagern die höchsten Tragzahlen erzielt werden können. Alle bisher in der Technik eingesetzten Lager mit nach innen führenden Rillen, sogenannte Ringrillen-' lager, sind entwecler mit öl· oder mit Fett geschmiert. Es besteht ein Bedürfnis, hydrodynamische Lager auch für 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 Gleitpartriern, kleiner werden. Praktisch werden die Beträge so klein, dass die Verwirklichung mit wirtschaftlich vertretbaren Fertigungsmethoden nicht möglich ist, oder aber bei der geringsten Temperaturänderung treten so grosse Dimensionsunterschiede auf, dass die dabei_vungewollt entstehenden Spalte wesentlich grosser sind als die zur Erzeugung eines hydrodynamischen Tragfilms erforderlichen Spalte.

Bei der Herstellung von wassergeschmierten Lagern ist zu beachten, dass die Zähigkeit von Wasser etwa um den Faktor 100 und die Zähigkeit von heissem Wasser sogar etwa um den Faktor 300 geringer ist als die Zähigkeit von öl. Bei wassergeschmierten Lagern sind deshalb Lagerspalte erforderlich, deren Dicke in der Gröstenordnung von 1 - 2,u liegt. Derartige Genauigkeiten lassen sich theoretisch zwar durch Feinstbearbeitung erzielen,

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praktisch ist der Herstellungaufwand jedoch unwirtschaftlich. Ausserdem hat sich gezeigt, dass solche mit höchster Genauigkeit hergestellten Lager in der Praxis nicht verwendet werden können, da die beiden Lagerteile sich im Betrieb erwärmen und ungleich ausdehnen. Schon bei geringsten Unterschieden der Ausdehnungskoeffizienten der beiden Lager-, elemente ergeben sich Lagerspalte, deren Dicke stellenweise zwischen.10 und 100,u liegen. Ein hochbelastetes wassergeschmiertes Lager mit starren Bauelementen wäre deshalb nur verwirklichbar, wenn es bei einer konstanten Temperatur betrieben wird.

Es ist ein Spiralrillenlager zum Aufnehmen von Axial- und Radialdrücken bekannt, das einen konvexen und einen konkaven Lagerteil aufweist und dessen konkaver Lagerteil dünnwandig und schalenförmig ausgebildet ist. Durch die Elastizität des schalenförmigen Lagerteils lässt sich zwar ein über einen Teil der Belastungsflächen gleichbleibender Abstand zwischen den Lagerteilen erhalten, die durch die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Lagerteile bedingten unterschiedlichen Dimensionsänderungen lassen sich durch die elastische Anpassungsfähigkeit des schalenförmigen Lagerteils jedoch nicht ausgleichen.

Die Erfindung bezweckt ein Gleitlager, in dem sich ein Lagerteil selbsttätig an den anderen Lagerteil anformt, so dass in jedem Betriebsfall, also auch bei Bearbeitungstoleranzen oder unterschiedlicher Wärmeausdehnung der Lagerteile, Spalte aufrechtzuerhalten sind, die eine Schmierung des Lagers mit Schmiermitteln geringer Viskosität bei grössen Lagerbelastungen füglich machen.

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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass das verformbare Lagerelement mit seiner dem Lagerspalt abgekehrten Seite wenigstens teilweise einen Hohlraum begrenzt, in dem 'ein Druck aufrechterhalten wird, der dieses verformbare Lagerelement hydrostatisch an das andere Lagerteil andrückt. Gemäss der Erfindung wird also auf die dem Lagerspalt abgekehrte Seite des elastisch verformbaren Lagerelements ein Druck ausgeübt,.der dieses Lagerelement an das andere Lagerteil andrückt. Gemäss der Erfindung kann ein in den Hohlraum auf der dem Lagerspalt abgekehrten Seite des elastisch verformbaren Lagerelementes eingeleitetes Druckmittel verwendet werden, das entweder unter dem im Zentrum eines Spiralrillenlagers herrschenden Druck steht, wobei der Hohlraum mit dem Zentrum oder einem anderen Ort des Lagerspaltes verbunden sein muss, oder das unter dem Druck einer äusseren Druckmittelquelle steht, die mit dem Hohlraum in Verbindung steht, z.B. Leitungswasser, mit welchem Lager für Schmutzwasserpumpen als sogenannte hydrostatische Lager geschmiert werden. Eine weitere Möglichkeit zur Aufrechterhaltung des Druckes besteht darin, dass in dem Hohlraum ein gummielastischer Körper angeordnet ist, welcher das elastisch verformbare Lagerelement gegen den anderen Lagerteil drückt.

Gleitlager nach der Erfindung können Lagerelemente von beliebigen, dem Lagerspalt zugekehrten, die Belastung aufnehmenden Rotationsflächen sein. Diese Rotationsflächen können ebene Flächen, zylindrische, sphärische oder konische Flächen sein. Alle diese Flächen lassen bei Anordnung des elastisch verformbaren Lagerelementes als Begrenzung eines Hohlraumes_in dem ein entsprechender Druck aufrecht erhalten wird, eine elastische Verformung zu, die den zur Aufrechterhaltung des hydrodynamischen Fördereffektes erforderlichen engen Lagerspalt gewährleistet.

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Es spielt dabei keine Rolle, ob das elastisch verformbare Lagerelement die konkave oder die konvexe Lagerfläche bildet. Eine besonders einfache Anordnung läßt sieh erhalten, wenn der Hohlraum an der dem Schmierspalt abgewandten Seite des elastisch verformbaren Lagerteils mit der Zone in dem Schmierspalt kommuniziert, in dem der durch die Rillen eines Rillenlagers aufgebaute Druck seinen Maximalwert hat.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß die Oberflächen der sich im Anlauf berührenden Gleitpartner aus Werkstoffen hoher Härte, von vorteilhaftem Gleitverhalten bestehen, damit während des Anlaufens, solange sich also noch kein tragender Schmierfilm gebildet hat, die Werkstoffe nicht miteinander verschweissen oder fressen. Als besonders geeignet haben sich galvanisch aufgebrachte Schichten aus Gold oder einem Platinmetall oder einem korrosionsbeständigen Nicht-Ede!metall erwiesen, in die während der Behandlungsdauer im galvanischen Bad Pulver sehr harter Körper, vorzugsweise Wolframkarbid, Siliziumkarbid, Titankarbid oder Borkarbid eingelagert wurden.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert.

Figur 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gleitlager mit planen Flächen.

Figur la zeigt eine Draufsicht auf den Läufer der Anordnung nach Figur 1 längs der Linie Ia - Ia.

Die Figuren 2-7 zeigen schematische Schnitte durch verschiedene Gleitlager nach der Erfindung mit sphärischen Gleitflächen.

Figur 8 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Gleitlager nach der Erfindung mit konischen Gleitflächen.

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Figur 9 zeigt eine teilweise abgebrochene Schnittansicht des konkaven Lagerteils eines Rillenlagers nach der Erfindung,

Figur 1 zeigt schematisch ein Axiallager mit planen Gleitflächen im Schnitt. Die Spiralrillen 9 befinden sich im Läufer 1, der vom Stator 8 abgestützt wird. Der Ring 3 nimmt die Auflagekräfte bei nicht in Betrieb befindlichem Lager auf und besteht aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften. Der Ring 3 drückt ferner das als Membran ausgebildete elastisch verformbare Lagerelement 4 auf den Stator 8. Die Membran 4 bildet mit dem Läufer 1 den hydrodynamischen Schmierspalt 6. Durch die öffnung 5 drückt das Schmiermittel in den Hohlraum 7, wenn der Läufer 1 sich in der Richtung 2 (Figur la) dreht. Hierdurch wird die Membran 4 gegen den Läufer 1 gedrückt. Die Rillen 9 können sich auch in der Membran 4 befinden anstatt auf dem Läufer 1. Ebenso können auch die Elemente 3> 4 und 8 umlaufend ausgebildet werden.

Figur 2 zeigt schematisch ein Gleitlager mit einem konkaven Lagerteil 11 und einem als elastisch verformbares Lagerelement ausgebildeten konvexen Lagerteil 12, das an einem Halter 13 befestigt ist, welcher eine Wellenbohrung 14 hat. Entweder auf der konkaven Oberfläche des Lagerteiles 11 oder auf der konvexen Oberfläche des Lagerteiles 12 sind, wie bei dem in den Figuren 1 und la dargestellten Lager, Spiralrillen (nicht dargestellt) angeordnet, die von der Peripherie zum Polbereich hinführen. Im Bereich des Poles 15 entsteht der höchste Druck. Dieser Druck pflanzt sich in den von dem hohlen konvexen Lagerteil 12 begrenzten Hohlraum 17 fort und bewirkt eine Dehnung des Lagerteiles 12, die zu einer Verringerung der Stärke des Spaltes 16 führt. In dieser Form arbeitet das Lager als hydrodynamisches Lager. Wird durch die beiden Rohre 18 und 18' eine Druckflüssigkeit, z.B. Druck-

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wasser eingeführt, so arbeitet das gleiche Lager als hydrostatisches Lager. Die beschriebenen Spiralrillen sind dann nicht erforderlich.

Figur 3 zeigt schematisch eine Anordnung, bei der der konvexe Lagerteil als Kugel 22 ausgebildet ist, während das konkave als elastisch verformbares Lagerelement ausgebildete Lagerteil ein Ring 21 ist. Im konkaven Lagerteil 21 sind Spiralrillen 24 angeordnet, die im Polbereich 25 einen hohen Druck aufbauen. Der konkave Lagerteil 21 ist von einer Schale 23 umgeben, so daß das Schmiermittel in den Hohlraum 27 eindringen kann. Am inneren Umfang des Lagerteiles 21 ist eine Phase 28 angebracht, die einen Ringkanal 20 begrenzt, über den alle Spiralrillen 24 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 dort verbleibt. Hierdurch wird das Ausfällen von Festkörpern, wie z.B. Kalk, vermieden. Durch den im Polbereich 25 entstehenden Druck wird das konkave Lagerteil 21 gegen die Kugel 22 gedrückt. Der Querschnitt des konkaven Lagerteiles nimmt nach außen hin zu, wodurch ein konstanter Lagerspalt 26 gewährleistet wird, denn zwischen der Kugel 22 und dem Lagerteil 21, also im Lagerspalt 26, herrscht ein nach außen abnehmender Druck, während der Druck im Spalt 27 konstant ist.

Figur 4 zeigt schematisch eine ähnliche Anordnung wie Figur 3· Auch hier dient das als elastisch verformbares Lagerelement ausgebildete konkave Lagerteil 31, welches vorteilhaft aus PTFE besteht, zur Erzeugung eines Förderstromes mit Spiralrillen 34, die im Polbereich 35 einen hohen Druck aufbauen. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach Figur 3 sieht die

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Erfindung hier im Polbereich 35 einen Ring 36 aus hartem Werkstoff, z.B. aus Karbiden, Oxiden oder Nitriden vor, der die Kugel 30 abstützt, solange das Lager noch keine ausreichende Drehzahl angenommen hat. Kanäle 38 in dem Lagerteil 39 stellen die hydraulische Verbindung zwischen dem Spaltbereich 37 und dem Polbereich 35 her.

Figur 5 zeigt schematisch eine Anordnung, bei welcher das als verformbares Lagerelement ausgebildete konkave Lagerteil aus einer Ringwand 4l besteht, die gemeinsam mit der Ringwand 40 zu einem hohlen Ring längs der Schweissnähte 43 und 43' verschwelest und dessen Inneres 46 mit einem volumenstabilen Stoff, vorzugsweise mit einer hochviskosen Flüssigkeit gefüllt 1st. Im Hohlraum 45 bildet sich ein Druck aus, der zu einer Verformung des Ringbereiches 40 in die Stellung 40^f führt, wodurch die konkave Wandung 4l hydrostatisch an die Oberfläche der Kugel 42 gepresst wird.

Figur 6 zeigt schematisch eine Ausführungsform, bei der das als verformbares Lagerelement ausgebildete konkave Lagerteil aus zwei ineinandergesteckten Ringen 51 und 53 besteht, die an der Peripherie 5^ miteinander verschwelest sind. Zur Erzielung einer möglichst gleichförmigen Verformung ist ein weiterer Ring 55 mit eingebaut, der durch eine Dichtung 56 das Eintreten von Flüssigkeit aus dem Hohlraum 57 in den Spalt zwischen den Teilen 51-und 55 verhindert. Durch Kanäle 58 kommuniziert der Raum 59 mit dem Raum 57·

Figur 7 zeigt schematisch eine Ausführungsform, bei der das als verformbares Lagerelement ausgebildete konkave Lagerteil 61 im Polbereich 63 zurückspringt. Dort ist die Wandung 64 als Wellenmembrane ausgebildet, damit der im Polbereich 63 zwischen

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der Membran 61 und dem Lagerteil 66 gebildete Druck sich auf· die Flüssigkeit im hermetisch abgedichteten Hohlraum 65 fortpflanzen kann.

Figur 8 zeigt schematisch ein konisches Lager, welches aus dem Lagerzapfen 72 und der als verformbares Lagerelement ausgebildeten Lagerbuchse 71 besteht. Die Lagerbuchse ist in ihrer Wandstärke im Bereich des kleinen Durchmessers Jk dünnwandiger ausgebildet als im Bereich der Peripherie 75· Der Faltenbalg 16 überträgt den sich im Raum 70 bildenden überdruck auf die im Raum 77 befindliche hermetisch eingeschlossene Flüssigkeit. Der Lagerzapfen 72 liegt bei Stillstand auf dem Gleitring 78 auf, während er im Lauf aufgrund einer geringen Ausdehnung des Faltenbalges abhebt.

Figur 9 zeigt eine sphärische Lagerschale, die im Zusammenwirken mit einer Halbkugel oder einer Kugel arbeitet. Die, flachen Rillen 90, 90', 90" usw. verlaufen nicht bis zum tiefsten Punkt der Lagerschale 91, sondern knicken im inneren Teil in den entgegengesetzt gerichteten Bereich 92 ab. Hierdurch wird die Radialbelastbarkeit der Lager wesentlich größer als bei rein spiralförmig verlaufenden Rillen. Durch enge,auf meridianen verlaufende Schlitze 93 dringt eine geringe Menge des Schmiermittels hinter die Lagerschale 91 und drückt sie gegen den sphärischen Gleitpartner. Durch den Wulst 9k kann die Schale 91 elastisch verformt und gleichmäßig an den Gleitpartner angedrückt werden.

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Claims

Ansprüche

Gleitlager mit zwei den Lagerspalt bildenden Lagerteilen, welche einander zugekehrte, die Belastung aufnehmende Rotationsflächen aufweisen und von denen eines als verformbares Lagerelement ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass dieses verformbare Lagerelement (4, 12, 21, 31, 4l, 51, 53, 61, 71) mit seiner dem Lagerspalt 56, 16, 26, 56) abgekehrten Seite wenigstens teilweise einen Hohlraum (7, 17, 27, 32, 46, 57, 65, 77) begrenzt, in dem ein Druck aufrechterhalten wird, der dieses elastisch verformbare Lagerelement an das andere Lagerteil (1, 11, 23, 39, 42, 72) andrückt.

Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das verformbare Lagerelement bei Ausbildung des Druckes im Hohlraum (7, 17, 27, 32, 46, 57, 65, 77) eine Verformung erfährt, die grosser ist als die durch Fertigungstoleranzen und/oder betriebsmässige thermische Ausdehnungen der Lagerteile zueinander.

3. Gleitlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des verformbaren Lagerelementes (21, 31,. 55, 56, 71) zur Lagerachse hin abnimmt.

4. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (7, 17, 25, 37, 45) mit dem Lagerspalt kommuniziert.

5. Als hydrodynamisches Rillenlager ausgebildetes Gleitlager nach Anspruch 3, bei dem sich in einer der die Belastung aufnehmenden Rotationsflächen der beiden Lagerteile nach innen verlaufende Rillen befinden, die einen sich von aussen nach innen zunehmenden hydrodynamischen Druck in dem Lagerspalt erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum an dem Bereich (5, 15, 25, ²J5, 58), an dem sich der höchste hydrodynamische Druck aufbaut, mit dem Lagerapalt verb-ufi$e/f\ -4-st- - - <· ·

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6. Gleitlager nach Anspruch '2, dadurch gekennzeichnet, dass das verformbare Lagerelement (*J1, 5I₃ 71) Teil eines allseitig gedichteten und mit einem volumenstabilen Körper gefüllten Ringraum ist.

7. Gleitlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das verformbare Lagerelement als Kugelkalotte (12) ausgebildet ist und mindestens eine Öffnung (15) aufweist, durch die der Hohlraum (17) mit dem Lagerspalt (16) kommuniziert.

8; Gleitlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das verformbare Lagerelement aus einem nicht· formstabilen Werkstoff, vorzugsweise aus einem gummielastischen Kern und einer dünnwandigen Schale aufgebaut ist.

9. Gleitlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass da,s verformbare Lagerelement (kl) einen Hohlraum (kS) begrenzt, in dem sich ein volumenstabiler Stoff, z.B. Wasser oder ein bei Betriebstemperatur flüssiges Metall befindet.

10. Gleitlager nach Anspruch 2 oder 9» dadurch gekennzeichnet, dass das verform^_are Lagerelement Teil eines geschlossenen Hohlkörpers (kO, kl) ist und eine konkave Gleitfläche aufweist.

11. Gleitlager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (40, kl) mit einem hochelastischen oder fliessbaren Körper (46), z.B. Gummi, Wasser oder bei Betriebstemperatur flüssigem Metall, gefüllt ist.

12. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dao verformbare Lagerelement als Kugelkalotte (51» 6l) ausgebildet ist, die im Polbereich der konkaven Lagerfläche eine Vertiefung^aufweist.

13. Gleitlager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ineiner Vertiefung (65) ein Membrankörper (6k) angeordnet ist.

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l^i. Gleitlager nach Anspruch ^i₃ dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralrillen (29) am grossen Durchmesser der Rotationsfläche des Lagerteiles miteinander über eine Rille (2O₅ 3O)₃ Rinne oder Phase hydraulisch kommunizieren.

15· Gleitlager nach Anspruch 1^, dadurch gekennzeichnet₃ dass mit einem Lagerteil ein Dichtring (19) aus elastischem Werkstoff, vorzugsweise aus PTPE₃ verbunden ist₃ der ein Eindringen von Schmutz in den Lagerspalt und die Rillen (20, 30) verhindert.

l6. Gleitlager nach Anspruch 15> dadurch gekennzeichnet, dass das konkave Lagerteil aus einem Napf (23, 39) und einem an der Peripherie mit dem Napf dichtend verbundenen verformbaren konkaven Ring (21, 31, 71) besteht.

17· Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dem Lagerspalt zugekehrte Rotationsfläche aus einem metallischen WErkstoff besteht und ein Lagerteil auf der dem Lagerspalt zugewandten Fläche, z.B. spiralig verlaufende Stege aufweist, die aus einem Werkstoff mit vorteilhaften Gleiteigenschaften, z.B. Rhodium, bestehen.

l8. Gleitlager nach Anspruch 17> dadurch gekennzeichnet, dass die Stege aus einem mit Flammspritzung oder auch galvanisch aufgebrachten Metallfilm gebildet sind, in welchen während des Herstellverfahrens Karbide, Oxide oder Nitride eingelagert "werden.

19· Gleitlager nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich innerhalb des Ringes (31> 71) ein Ring (36, 78) aus einem Hartstoff, z.B. aus Lagermetall, einem Karbid, Oxid oder Nitrid befindet, dessen dem relativ bewegten Lagerteil zugewandte Fläche nur während der Hochlauf- und Stop-Phase mit diesem in Berührung kommt und dadurch eine überbelastung des verformbaren Lagerteiles (31, 75) verhindert.

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