DE2319264C3 - Schmierverfahren und Schmiervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schmierverfahren mit im Oberbegriff des Hauptanspruchs im einzelnen angegebenen Merkmalen sowie zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Schmiervorrichtungen.

Bei Konstruktionen, in denen ein Bauteil relativ zu einem anderen eine Rotationsbewegung ausführt, hängt die Lebensdauer der Lagerflächen entscheidend von einer ausreichenden Erneuerung des ihnen zugeführten Schmiermittels ab, da dieses Schmiermittel im Laufe des Betriebes zerstört oder sonst erschöpft wird.

Nun steht Schmieröl in dem guten Ruf. den damit geschmierten Lagern eine höhere Lebensdauer zu verleihen als entsprechenden Lagern mit Fettschmierung. Schmierfett wiederum bietet dagegen konstruktive Vorteile für den Lagerbau, da es dank seiner fesien Konsistenz im allgemeinen keine besonderen mechanischen Vorkehrungen für seine Bevorratung und seine Abführung verlangt, wie dies bei Verwendung flüssiger Schmierstoffe wie Schmieröl der Fall ist. Insbesondere bei sehr harten Betriebsbedingungen wird aber dennoch dieser größere bauliche Aufwand meist in Kauf genommen und an Stelle einer Fettschmierung eine Ölschmierung vorgesehen.

In der US-PS 24 43 143 ist nun ein Schmierverfahren beschrieben, bei dem für die Schmierung der in stationären Lagerringen gehaltenen Enden einer rotierenden Welle oberhalb davon ein Vorrat an erstarrtem Schmiermittel angeordnet wird, aus dem unter Wärmeeinwirkung öl freigesetzt werden kann. Die unterseitige Begrenzungs- bzw. Stützwand für den Schmiermit-

telvorrat weist eine Vielzahl von öffnungen auf, durch die das freigesetzte Öl in Form von kleinen Tröpfchen hindurchtreten kann. Unter der Einwirkung der Schwerkraft fallen diese Öltröpfchen dann auf die

Oberfläche der rotierenden Welle und werden von dieser mitgenommen. An der Grenze zwischen der rotierenden Welle einerseits und einem diese eng umgebenden Weißmetallfuuer andererseits bildet sich aus den mitgenommenen Öltröpfchen eine kleine Ölpfütze, die auf der Oberfläche der vorbeilaufenden Weile einen schmierenden Ölfilm hervorruft und ιVerhält.

Auf diese Weise führt dieses Schmierverfahren zu einer aus dem getrennt vom zu schmierenden Lager angeordneten Schmiermittelvorrat mit Öl gespeisten Dauerschi-.iierung der Enden der rotierenden Welle; diese Dauerschmierung hat jedoch einen gewissen Temperaturanstieg in den Wellenlagern zur Voraussetzung, damit die für die Freisetzung des Öls aus dem Schmiermittelvorrat erforderliche Wärmeeinwirkung zustande kommt. Nach diesem Verfahren geschmierte Lager zeigen daher ungeachtet der erzielten Dauerschmierung mit öl einen relativ starken Abrieb, der zum einen durch ein praktisch trockenes Anlaufen in noch kaltem Zustand und zum anderen durch eine notwendigerweise relativ hohe Betriebstemperatur zurückzuführen ist.

Ähnliche Verhältnisse liegen auch bei aus der US-PS 34 93 279 bekannten Lagern vor, die ebenfalls mit öl geschmiert werden, das auf thermischem Wege aus einem außerhalb des Lagers selbst angeordneten und über einen Fließweg für Öl damit verbundenen Schmierfettvorrat freigesetzt werden kann. Auch bei diesen Lagern ist eine gewisse Höhe der Betriebstemperatur Voraussetzung für die Speisung der Lagerflächen mit schmierendem öl, woraus sich wiederum ein trockenes Anlaufen und eine erhebliche thermische Dauerbelastung für diese Lager mit entsprechend starkem Verschleiß ergeben.

Eine andere Art der Schmiermittelzuführung zu Lagerflächen zwischen einem rotierenden und einem stationären Bauelement ist aus der US-PS 26 20 243 bekannt, in der ein Lager für eine rotierende Welle beschrieben ist, das in einem das Ende dieser Welle umgebenden stationären Gehäuse eine im wesentlichen geschlossene Kammer aufweist, die einen Schmierfettvorrat enthält, der unmittelbar an den Kugelkäfig des Lagers angrenzt, der mit nur geringem Spiel zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring des Lagers angeordnet ist und daher nur eine geringe Schmierfettmenge zu den Laufringen und den Lagerkugeln und aus dem Lager heraus nach außen gelangen läßt, wobei als Antriebskraft für den Schmierfetttransport auch die bei der Rotation der Welle und des nut ihr verbundenen inneren Laufringes des Lagers entstehende Zentrifugalkraft mitwirkt.

Ein Schmiermitteltransport unter Zentrifugalkrafteinwirkung ist auch aus den US-PS 30 89 737 und 31 07 956 bekannt, die beide Lager beschreiben, die mit besonderen Dichtungsmitteln versehen sind, nie einen Austritt von Schmiermittel aus dem jeweiligen Lager unter dem Einfluß der rotationsbedingten Zentrifugalkräfte verhüten oder zumindest vermindern sollen. Die Schmiermittelbewegung unter Zentrifugalkrafteinwirkung ist bei diesen Lagern also eine durchaus unerwünschte und nach Möglichkeit zu vermeidende Erscheinung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, auf dem sich unter Wahrung der konstruktiven Einfachheit und der sonstigen wirtschaftliehen Vorteile eines fettgefüllten Lagers eine kontinuierliche und langdauernde Lagerflächenschmierung unter Freisetzung von öl aus einem Fettvorrat ohne

60 Schmelzen oder sonstige Einfuhrung des Fettes selbst zwischen die zu schmierenden Lagerflächen und damit eine erhöhte Lagerlebensdauer erreichen läßt

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Schmierverfahren mit den im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Schmierverfahrens und zu dessen Durchführung bevorzugte Schmiervorrichtungen sind in den Unteransprüchen im einzelnen gekennzeichnet

In Anwendung der Erfindung erfolgen die Schmierölentbindung und die Schmierölzuführung allein durch die Rotation des einen der beiden an der zu schmierenden Lagerfläche zusammenkommenden Bauelemente bzw. durch die mit dieser Rotation verbundene Zentrifugalkraft, so daß es keines Temperaturanstiegs im Lager bedarf, um die ölschmierung in Gang zu bringen. Außerdem nimmt diese ölschmierung mit der wirksamen Drehzahl zu, was die erwünschte Folge hat, daß Lagerflächen für schnellaufende Bauelemente ihrer Beanspruchung gemäß in verstärktem Maße geschmiert und gekühlt werden.

Die Erfindung führt zu einen sehr wirkungsvollen, zuverlässigen und wirtschaftlichen Einsatz von Schmierfett als Reservoir für Schmieröl für eine die Lagerlebensdauer steigernde kontinuierliche Schmierung. Das Schmierfett selbst gelangt nicht zu den zu schmierenden Lagerflächen, es dient nur als Quelle für durch Zentrifugalkrafteinwirkung freisetzbares und den Lagerflächen zuführbares Schmieröl. In dieser Hinsicht vereinigt die Erfindung in sich also die Vorteile fettgeschmierter Lager in baulicher Hinsicht und ölgeschmierter Lager hinsichtlich ihrer Lebensdauer, ohne daß auch die zugehörigen Nachteile in Kauf genommen werden müßten. Mit Hilfe der Erfindung kann man daher in vorteilhafter Weise zu sowohl baulich einfachen als auch langlebigen Lagern kommen.

Ausführungsbeispiele für die Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht; es zeigt

F i g. 1 einen Klumpen aus Fett oder geliertem Schmiermittel auf einer festen Oberfläche zur Veranschaulichung der zur Freisetzung von öl führenden Kräfte.

F i g. 2 einen Längsschnitt durch ein Rollenlager,

F i g. 3 eine Einzelheit der Darstellung in F i g. 2 in größerem Maßstab,

F i g. 4 einen Längsschnitt durch ein Kugellager,

F 1 g. 5 einen Längsschnitt durch ein Achslager für Schienenfahrzeuge,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform für ein Achslager für Schienenfahrzeuge,

F i g. 7 einen Längsschnitt durch ein Teilstück eines weiteren abgewandelten Lagers und

F i g. 8 einen Längsschnitt durch ein Teilstück eines versiegelten Kugellagers.

In Fig.) ist auf einer festen Stützfläche 10 eine als Abgabereservois für Schmieröl dienende Schmicrfcttmasse U aufgehäuft. Das Fett ist dabei im landläufigen Sinne fest, indem es eine plastische, aber selbsttragende Struktur aufweist. Die Stützfläche 10, die typischerweise eine metallische Oberfläche ist, ist im üblichen Sinne fest oder starr und braucht nicht ununterbrochen zu sein Auch ein feindrähtiges Netz oder Sieb stellt eine in diesem Sinne feste Stützfläche 10 dar.

Wenn die Schmierfettmasse 11 als ganzes beschleunigt wird, um eine in die Richtung des Pfeiles 12 in F i g. 1 fallende Kraft auf die feste Stützfläche 10 zu

erzeugen, so ist die entgegengesetzte Reaktionskraft von der Stützfläche 10 gegen die Basis der Schmierfettmasse 11 gerichtet. Die Tendenz des Schmierfetthaufens, sich abzuflachen und in radialer Richtung zu expandieren, findet so lange Widerstand, bis der Fließpunkt des Schmierfetts erreicht ist. In F i g. I ist die Zugspannung, der sich die Fettslruktur widersetzt, durch vom Schmierfetthaufen radial nach außen und parallel zur Stützfläche 10 gerichtete Pfeile 13 dargestellt. Die Scherspannung an der Basis der Schmierfettmasse 11, wo diese eine gemeinsame Grenzfläche mit der Stützfläche 10 besitzt, ist in F i g. I durch radial nach außen gerichtete Pfeile 14 angedeutet. Diese Scherspannung führt zur Freisetzung von öl aus der Fettstruktur, und dieses freigesetzte öl fließt von der Grenzfläche an der Peripherie des Schmierfetihaufens auch nach außen, wie dies in F i g. 1 durch Pfeile 15 angedeutet ist. oder durch die Stützfläche 10 hindurch, wenn diese gelocht ist. Diese langsame Freisetzung von öl ohne Fließen des Schmierfettes selbst, die vor F.rreichen des Fließpunktes für das Fett auftritt, ist es, auf die sich die Erfindung stützt. Der Ölfluß hält an, während die unterkritische Scherspannung aufrechterhalten wird und Öl in der Seifenstruktur verbleibt.

F i g. 2 und 3 zeigen eine praktische Ausführungsform für ein im Sinne der Erfindung gestaltetes Vorderradlager für Kraftfahrzeuge, insgesamt mit der Bezugszahl 16 bezeichnet ist. Bei dieser Art von Lagern behält ein Achsstummel 17 eine stationäre Lage relativ zu einer Radnabe 18 bei, die sich um den Achsstummel 17 dreht. Wie bei solchen Vorderradlagern üblich sind in F i g. 2 für die Aufnahme sowohl der Axialkräfte als auch der Querkräfte für die Radachse zwei mit gegenseitigem Abstand angeordnete Kegeirolieniager J9 und 20 vorgesehen, von denen das innenseitige Lager 19, das näher am Lenkzapfen liegt, in typischer Weise etwas größer bemessen ist als das außenseitige Lager 20. jedes der beiden Lager 20 und 19 besitzt einen inneren Laufring 21 und einen äußeren Laufring 22 sowie einen Sat/ 23 von da/wischen auf einem Kreis angeordneten Kegelrollen. Die Radnabe 18 ist an beiden Seiten aufgebohrt und mit Endanschlägen oder Schultern 24 und 25 für die Aufnahme und Festlegung der Laufringe 22 beider Lager 19 und 20 versehen.

Bei üblichem Einsatz wird die Radnabe 18 hinreichend gefüllt, um Fett zwischen die Lagerflächen zu drücken, sowohl während des Betriebes nur eine kleine, aber anfänglich ausreichende Schmiermittelmenge zwischen den Lagerflächen verbleibt. Dichtungen und Abschlußdeckel sind in F i g. 2 und 3 nicht gezeigt, doch liegt es auf der Hand, daß es von Nutzen ist, ein Herausspriizen oder Heraubiropfen von Fen oder öi auf benachbarte Bauteile zu verhindern. In dieser Hinsicht ist es gewöhnlich wichtig, jeden Überschuß an Schmiermittel von der Bremstrommel des Fahrzeugrades fernzuhalten.

Mit bezug auf die erfindungsgemäß vorgesehene ÖI-abgabeeinrichtung enthält der im übrigen konventionelle Lageraufbau jeweils anschließend an die inneren Enden beider Lager 19 und 20 der Radnabe 18 je einen zweckmäßig aus bearbeitetem Stahl bestehenden, abnehmbaren Kragen oder Ring 26 bzw. 27 als Fetthalter, von denen der Ring 26 dem innenseitigen Lager 19 an der Schulter 24 gegenübersteht, während der Ring 27 an der Schulter 25 an das außenseitige Lager 20 anstößt. Wie F i g. 3 erkennen läßt, ist der Ring 27 so ausgebildet, daß er mii Preßsitz in der Radnabe 18 sitzt und daher bei deren Rotation seinen Platz beibehält Die lichte Weite des Ringes 27 ist groß genug, daß der Achsstummel 17 vollkommen frei ist, und der Ring 27 braucht dem Achsstummel 17 auch nicht sehr nahe zu kommen. Aufgabe des Ringes 27 ist es, eine Stützfläche 28 für die Aufnahme von Schmierfett und für die Weiterleitung von Schmieröl festzulegen, die der Drehachse zugewandt ist. Die Stützfläche 28 besitzt bei dem dargestellten Beispiel die Form eines Kegelmantels mit einem Kegel- oder Neigungswinkel von angenähert 45° gegen die Drehachse, so daß sich eine wesentliche Komponente in Richtung der Drehachse ergibt. Die Randkante 29 mit maximalem Radius auf der Oberfläche des Ringes 27 im Anschluß an das Lager 20 ist genau so groß oder kleiner im Radius als die Innenkan te des äußeren Laufrings 22 des Lagers 20. so daß der Öistrom entlang der Stützfläche 2S ohne Hindernis in das Lager 20 eintreten kann. Die Randkante 30 des Ringes 27 mit minimalem Radius für die Stützfläche 28 kann im Durchmesser der kleinsten lichten Weite des Ringes 27 entsprechen, im vorliegenden Falle ist jedoch an dieser Stelle eine vertikale, also rechtwinklig zur Ringachse verlaufende Haltewand 31 vorgesehen, die sich vom kleinsten Durchmesser der Stützfläche 28 bis zur Innenkante des Ringes 27 erstreckt und das Einfüllen des Schmierfetts erleichtert.

Für den Betrieb des Lagers wird die Stützfläche 28 mit Fett bestrichen, so daß sich ein Fettring 32 ergibt. Dabei erleichtert die Haltewand 31 die Beladung der Stützfläche 28 mit soviel Fett, daß eine kreisförmige Anhäufung entsteht. Nur der Ring 27 und nicht das Lager 20 selbst muß gefüllt oder wieder gefüllt werden, wenn Bedarf nach Schmierung entsteht. Wenn die Radnabe 18 sich dreht, führt die Anpressung des Fettringes 32 durch die Zentrifugalkraft an die Stützfläche 28 zu der langsamen, im wesentlichen drehzahlbestimmten Freisetzung von öl, wie sie oben beschrieben ist. Da die Stützfläche 28 auch eine in der Richtung der Zentrifugalkraft liegende Komponente besitzt, fließt das freigesetzte Öl radial nach außen und in den äußeren Laufring 22 des Lagers 20 hinein. Sobald das Öl auf eine Lagerfläche fließt, wird es von den rotierenden Kegelrollen des Satzes 23 aufgegriffen und über die Lagerflächen der Laufringe 21 und 22 verteilt. Diese ölfreisetzung dauert während des Betriebes mit langsamer Geschwindigkeit an und hält damit den Ölfilm in den Lagern 19 und 20 aufrecht. Die Fettstruktur bleibt dabei dank ihres zusammenhängenden und ringförmigen Gefüges an ihrem Platz auf der Stützfläche 28. Der als Fetthalter für das innenseitige Lager 19 dienende Ring 26 gleicht dem Ring 27 bis auf die Größe, und er trägt einen Fettring 33. der in der gleichen Weise wie der Fettring 32 für die stetige Zufuhr von Schmiere! zu dem ihm zugeordneten Lager 19 sorgL

Wenn das Radlager 16 in periodischen Zeitabständen inspiziert wird, können die Fettringe 32 und 33 mit dem in ihrem Gefüge noch verbliebenen öl entfernt und an ihrer Stelle neue Fettringe aufgebracht werden. Da in der erläuterten Weise eine kontinuierliche Ölzufuhr gewährleistet ist. können die Wartungsabstände für die Lagerinspektion vergrößert werden.

An Stelle einer Verwendung gesonderter Ringe 26 und 27 für die Schaffung von Stützflächen 28 für Vorratsfett kann auch die Radnabe selbst eine entsprechende Ausbildung erhalten. Ein Beispiel für eine solche Radlagerausführung mit einer Radnabe mit sich in üblicher Weise im mittleren Teil erweiternder lichter Weite ist in F i g. 4 dargestellt. Das dargestellte Radlager 35 weist eine rotierende Radnabe 36 und einen sla-

lionären Achsschenkel 37 auf, zwischen denen ein innenseitiges und ein außenscitiges Wälzlager 38 bzw. 39 angeordnet sind. Die Lager 38 und 39, die bei diesem Beispiel als übliche Kugellager ausgeführt sind, besitzen in Bohrungen in der Radnabe 36 eingesclzie äußere Laufringe 40 und auf den Achsschenkel 37 aufgesetzte innere Laufringe 41 sowie einen Kranz 42 von zwischen diese Laufringe 40 und 4) eingefügten Lagerkugeln für jedes der beiden Wälzlager 38 und 39.

Der äußere Laufring 40 des außenseitigen Lagers 39 liegt an einer Schulter 43 in der Bohrung der Radnabe 36 an. und diese Schuller 43 weist die gleiche Tiefe oder eine geringfügig größere Tiefe auf als der zugehörige äußere Laufring 40. Das innenseitige Lager 38 ist in analoger Weise an eine Schulter 44 in der Bohrung der Radnabe 36 angelegt. Die innenwand der Radnabe 3b läuft von beiden Schultern 43 und 44 aus jeweils schräg auf den Achsschenkel 37 zu. so daß Stützflächen 45 bzw. 46 für Fett entstehen. Im verbleibenden mittleren Teil zwischen den Stützflächen 45 und 46 folgt die Innenwand der Radnabe 36 dem Verlauf des Achsschenkels 37. hält jedoch einen Abstand davon ein. Da dieser mittlere Teil der Radnabe 36 nicht für die Aufnahme einer retlfüllung benutzt oder benötigt wird und auch bei Ansammlung irgendwelchen dort fließenden Überschußöles keinem nützlichen Zwecke dienen würde, wird er entweder wie in der Darstellung in F i g. 4 mit geradem oder mit konvex auf die Drehachse zu gerichtetem Verlauf ausgebildet. Auf die schrägen Stützflächen 45 und 46 aufgebrachte Fettringe 48 bzw. 49 dienen wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 und 3 zur stetigen ölzuführung zu den Lagern 38 und 39 unter Freisetzunf von öl und dessen Weiterleitung zu den äußeren Laufringen 40 durch die die Feitringe 48 und 49 auf ihre jeweiligen Stutzflächen 45 und 46 pressende Zentrifugalkraft.

Bei manchen Lagerausführungen rotiert die innere Welle, und die äußere Nabe oder Lagerbuchse bleibt in stationärem Zustand. Als ein erstes Beispiel für ein Lager dieser Art in erfindungsgemäßer Ausbildung ist in F ι g. 5 ein Achslager für Schienenfahrzeuge dargestellt, das bis auf minimale strukturelle Abwandlungen für die Realisierung der Merkmale der Erfindung die übliche Bauform aufweist Das dargestellte Achslager 50 nimmt in einer stationären Lagerbüchse 52 ein Ende einer drehenden Achse 51 auf. Zwischen einem gemeinsamen inneren Laufring 55 und einem ebenfalls gemeinsamen äußeren Laufring 56 sind zwei entgegengesetzt geneigte Wälzlager 53 und 54 angeordnet. Da hochbeanspruchte Achslager dieser Art üblicherweise stark mit Fett gefüllt sind, sind Fettdichtungen 57 vorgesehen. Außerdem ist noch ein rniticis Schiauben 59 auf der Achse 51 befestigter Lagerdeckel 58 dargestellt.

An Stelle der sonst üblichen Fettfüllung des gesamten Achslagers ist in F i g. 5 auf dem Mittelabschnitt 61 des rotierenden inneren Laufringes 55 zwischen den beiden Kegelrollenlagern 53 und 54 ein Siebring oder Käfig 60 als Fettträger montiert. Die Seitenwande dieses Käfigs 60 halten zwischen sich einen Siebzylinder, so daß ein Behälter für das Fett entsteht. Die Oberseite des Siebkäfigs 60. also der Käfigabschnitt mit dem größten Radius wird durch die Seitenwande des Käfigs 60 in einem Abstand vom Mittelabschnitt 61 des inneren Laufrings 55 gehalten und weist auch von dem gegenüberliegenden Mittelabschnitt 62 des äußeren Laufrings 56 einen Abstand auf, so daß kein Reibkoniakt zu diesem stationären Bauteil besteht Der Käfigumfang dient als feste Stützfläche für das Fett in Käfig 60. und der Widerstand dieser Stützfläche gegen die bei der Rotation der Achse 51 auf das Fett einwirkende Zentrifugalkraft führt zur Entbindung von öl aus dem Fett. Die Siebwände des Käfigs 60 können Standardsiebc nach ASTM 100- oder 200-Maschen-Siebc sein, oder sie können durch mit feinen Bohrungen versehene Bleche gebildet werden. Die Aufgabe des Metalls der Siebe besteht in der Schaffung der Stützfläche für das Fett, während die Löcher oder Öffnungen darin als Austrittswege für das freigesetzte Öl dienen. Die austretenden Öltröpfchcn überbrücken den Spalt zwischen den Laufringen 55 und 56, oder sie werden durch die Zentrifugalkraft gegen die Innenseite des Mittclabschnitts 62 des stationären äußeren Laufrings 56 geschleudert. Da der Mittelabschnitt 62 des äußeren Laufrings 56 auf seiner Innenseite Zylinderform aufweist und die Drehachse normalerweise horizontal verläuft, neigt das freigesetzte öl dazu, nach unten zum Grunde des äußeren Laufrings 56 zu fließen, von wo aus auch der Teil davon. der nicht schon vorher seitwärts zu den Lagerflachen gelangt ist, in die beiden Walzlager 53 und 54 fließt. In gewissem Umfang kriecht das Öl entgegen den Zentrifugalkräften über den Laufring in die Lager. Wenn sich das öl erst einmal unter den Kegelrollen befindet, wird es natürlich davon aufgenommen und rasch über die Lagerflächen verteilt. In der Darstellung in F 1 g. 5 ist der Ölfluß in die Lager durch Pfeile 63 angedeutet.

Eine andere Ausführungsform eines Achslagers fur Schienenfahrzeuge ist in F 1 g. 6 dargestellt, wobei die Achse selbst so abgewandelt ist. daß eine der Drehachse zugewandte Stützfläche für das Fett entsteht. Bei dem dargestellten Achslager 65 sind rund um die rotierende Achse 66 zwischen einem gemeinsamen inneren Laufring 69 und einem ebenfalls gemeinsamen äußeren Laufring 70 zwei Sätze von Kegelrollen 67 und 68 an geordnet. An Stelle der sonst üblichen Fettfüllung ist die Achse 66 von einem Ende her aufgebohrt, so daß ein Hohlraum 71 für die Aufnahme von Fett 77 mit konischen oder geneigten Scitenwänden 72 entsteht, die sich an ihrem größten Durchmesser oder Scheitel in der Ebene der Mittellinie 73 des Achslagers 65 zwi sehen den beiden Kegelrollensätzen treffen. In dieser Ebene ist die Achse 66 an ihrem Umfang mit einer Se rie von mit gegenseitigem Abstand über einen Umfangskreis verteilten kleinen Bohrungen versehen, die mit dem Hohlraum 71 in Verbindung stehende öl durchlässe 74 bilden. Entsprechende Bohrungen 75 in der Mittelebene des inneren Laufrings 69 offnen dem Öl den Weg in den Raum zwischen den Laufringen 69 und 70. Eine kleine rund um die Achse 66 herumlaufen de ümiangsnut 76 verbindet die äußeren Mündungen der Öldurchlässe 74 miteinander und erübrigt deren Ausrichtung auf die Bohrungen 75 im inneren Laufring 69.

Das Schmierfett wird in dem Hohlraum 71 rund um dessen Seitenwände 72 eingefüllt, die Stützflächen bilden, an die das Fett bei der Rotation der Achse 66 durch die Zentrifugalkraft angedrückt wird. Die ÖI-durchlässe 74 bieten dem freigesetzten öl einen Austrittsweg zum Außenumfang der Achse 66. sie sind jedoch zumindest im Bereich ihrer Mündung in den Hohlraum 71 in ihrem Durchmesser so klein gehalten, daß die Fettmasse ohne die Möglichkeit eines Absehens rens durch die auftretenden Zentrifugalkräfte abgestützt wird

Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 fließt das freigesetzte Öl unter ZentrifugalkrafteinwirkunE in

den Raum zwischen den Laufringen 69 und 70 und durch diesen Raum hindurch zur Innenseite des äußeren Laufrings 70. An dieser Innenfläche fließt das Öl nach unten und breitet sich bis zu den den Kegelrollen 67 und 68 gegenüberstehenden Rändern hin aus. Für ein vorgegebenes Schmierfett und eine vorgegebene Drehzahl der Achse 66 fällt der Fluß des freigesetzten Öles bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 schwächer aus als bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5, weil die durch die Seitenwände 72 des Hohlraumes 71 geschaffenen Stützflächen für das Fett einen geringeren Radius aufweisen als die durch den Siebkäfig 60 gebildete Fettstützfläche und damit auch die entsprechenden Zentrifugalkräfte für die Ölbindung aus dem Schmierfett im ersten Falle geringer sind als im /weiten.

Für den Fachmann liegen zahlreiche Abwandlungen sowohl fur das Ausführungsbeispiel nach F i g. b als auch für die anderen Ausführungsbeispiele auf der Hand. Beispielsweise kann das Achslager von F i g. 6 in der in der Detaildarstellung von F i g. 7 gezeigten Weise abgewandelt werden, indem ein entfernbarer Fettkragen oder Fettkäfig verwendet wird. Dazu wird die drehende Achse 80 mit einer zentralen Bohrung 81 versehen, an deren Ende ein dem Fettkäfig 60 in F ι g. 5 ähnlicher Fettkäfig 82 sitzt. Dieser Fettkäfig 82 kann in die Bohrung 81 eingepaßte, kreisförmige Endplatten 83 und einen dazwischen angeordneten zylindrischen Siebmantel 84 aufweisen, der als Stützfläche für das Fett dient. Der Siebmantel weist einen geringfügig kleineren Durchmesser auf als die Bohrung 81. um ein Blockieren des Flusses des freigesetzten Öls durch die Sieböffnungen zu vermeiden. Eine Serie von radialen Bohrungen 85 in der Achse 80 zwischen dem Fettkäfig 82 und der mitte des inneren Laufringes 86. der mit der Achse 80 rotiert, bildet den ersten Teil eines Durchlasses für das freigesetzte öl, der durch eine Umfangsnut 87 auf der Außenseite der Achse 80 und durch den inneren Laufring 86 durchquerende Bohrungen 88 vervollständigt wird und einen Durchgang de\ aus einer in den Fettkäfig 82 eingebrachten Schmierfettmasse 89 entbundenen Öls zu den Lagerflächen des Achslagers gestattet.

Zu beachten ist. daß bei den vorstehend beschriebenen Beispielen, bei denen das freigesetzte öl zu einer stationären Oberfläche gelangt, die mit einer stationären Lagerfläche in Verbindung steht, stets auch die Schwerkraft verfügbar ist, um das freigesetzte öl zum Rande einer aktiven Lagerfläche zu bringen, wo es aufgenommen und zwischen den relativ zueinander bewegten Oberflächen verteilt wird. Es ist daher nicht erforderlich, daß das öl in das Lager überall rund um dessen Umfang eintritt. Die Verwendung eines kreisförmigen Ringes aus Fett an Stelle exzentrischer Haufensegmente ist für die Schmierung nicht erforderlich, aber wegen der größeren effektiven Fläche unter Scherspannung für die Ölentbindung und wegen des größeren effektiven Fettvorrats ist ein kontinuierlicher Fettring oder Fettkragen vorteilhafter. Es ist einfacher, die übliche Winkelsymmetrie des Lageraufbaus für die relativ zueinander rotierenden Bauteile mit vollem Vorteil zu nutzen, als dies nicht zu tun. Wie bereits erwähnt, ist die als Folge von zur ölfreisetzung ausreichenden, aber noch kein Fließen und keine Verformung des Fettkörpers bewirkenden Zentrifugalkräften auftretende Scherspannung um ein Vielfaches größer als die auf das Fett einwirkende Scherkraft. Aus dem gleichen Grunde unterliegt das freigesetzte öl auf den rotierenden Oberflächen einer Zentrifugalbeschleunigung, die alle Oberflächen mit größerem Radius, also größerem Abstand von der Drehachse für den Ölfluß ohne Rücksicht auf ihre hinsichtlich der Schwerkraft höhere oder niedrigere Lage und Ausrichtung »bergab« liegen läßt. Das zum stationären Laufring in einem Lager mit rotierender Achse nach Art der Ausführungsbeispiele von F i g. 5, 6 und 7 gelangte öl unterliegt keiner Zentrifugalkrafteinwirkung mehr, aber die erforderliche »Bergabströmung« unter Schwerkrafteinfluß ist sichergestellt, da das Öl durch die Zentrifugalkraft in eine relativ zum letzten Teil seines Weges zu den /u schmierenden Lagerflachen für die Schwerkraft höhere Lage gebracht wird. In diesem bedeutsamen Sinne bewirkt die gleiche Kraft, die zur Freisetzung des Öls führt, auch dessen Transport auf seinem Fließweg zu den relativ zueinander bewegten Lagerflachen. wo es als reibungsverhindernder Schmierfilm verteilt wird.

Sowohl bei Lagern mit drehender Achse als auch bei Lagern mit drehender Nabe, wie sie beide in den Ausführungsbeispielen gezeigt sind, führt weder eine hon zontale Lage der Drehachse noch eine Abweichung davon zu einem Hindernis für die Vervollständigung des Fließweges für das freigesetzte öl zu den zu sehmierenden Lagerflachen. Bei einem Lageraufbau mit standig vertikal stehender rotierender Achse sollte fur die Verteilung des Öls auf ein oberes und ein unteres Lager nicht nur ein einziger dazwischen angeordneter Fettring eingesetzt werden. Vielmehr sollte bei solchen Vertikallageranordnungen für jedes Lager ein eigener, oberhalb davon angeordneter Fettring vorgesehen werden. Für den ungewöhnlichen Sonderfall, daß eine Welle über längere Zeit hinweg unter einem beliebigen Winkel arbeiten soll, empfiehlt es sich zur Sicherstellung einer einwandfreien Langzeitschmierung. auf beiden Seiten jedes Lagers je einen Fettnng oder Fettkäfig anzuordnen.

In Fig.8 ist ein Ausschnitt aus einem im Sinne der Erfindung ausgebildeten versiegelten Kugellager dargestellt. Dieses Kugellager besitzt einen auf einer Welle 101 aufgebrachten inneren Laufring 100. auf dem ein äußerer Laufring 102 eine Mehrzahl von Kugeln 103 festhält. Mit dem inneren Laufring 100 bei 105 starr verbunden sind Halteringe für Fett oder Dichtungen

104. die bei der Rotation des inneren Laufrings 100 mit diesem mitrotieren. Am stationären äußeren Laufring 102 sind Schrägflächen 106 ausgebildet, und gekrümmte Abschnitte 107 an den Dichtungen 104 helfen mit. aus dem auf die Dichtungen aufgebrachten Fett freigesetztes Öl diesen Schrägflächen 106 zuzuführen. Beim Betrieb des dargestellten Kugellagers rotieren der innere Laufring 100 und die daran befestigten Dichtungen 1Ö4 mit der rotierenden weiie iöö mit. Das auf den Dichtungen 104 sitzende Fett entläßt öl, das zu den Schrägflächen 106 und von dort auf die Lagerflachen gelangt.

Bei Ausführung eines Kugellagers nach F i g. 8 mit stationärer Lage der Welle 101 als feste Achse werden die Dichtungen 104 am dann rotierenden äußeren Laufring 102 befestigt, und dessen Schrägflächen 106 werden statt dessen am stationären inneren Laufring 100 ausgebildet. Auch in diesem Falle treten an der Schnittstelle zwischen den Dichtungen 104 selbst und ihren gekrümmten Abschnitten 107 Scherkräfte auf. die zur ölentbindung aus dem aufgebrachten Fett führen.

Die Freisetzung von öl aus der Fettmasse im Rahmen der Erfindung kann als Reaktion auf eine an der Grenze zwischen dieser Fettmasse und einer diese tra-

it

gcnden festen Stützfläche auftretende Scherspannung aufgefaßt werden. Diese Scherspannung entsteht aus der Reaktionskraft, die von der Stützfläche für die durch die Zentrifugalkraft dagegen angepreßte Fettmasse ausgeht. Die Größe dieser Zentrifugalkraft liegt um ein Vielfaches höher als die der auf die Fettmasse einwirkenden Schwerkraft, sie ist aber immer noch kleiner als die Fließspannung, bei der die Fctlmasse verformt werden würde. Diese an der Grenze zwischen Stützfläche und Fettmasse auftretende unterkritische Scherspannung führt zu einer Freisetzung von öl aus der Fettmasse in für eine Langzeitschmierung brauchbaren Mengen. Beobachtungen der Anmclderin liefern eine tragfähige Basis für die allgemeine Regel, daß eine irreversible Freisetzung von Öl aus der auf Scherung beanspruchten Grenzfläche auftritt, wenn die Scherspannung etwas unter der Fließspannung für das Fett liegt und dem Öl ein Fließweg für sein Entkommen angeboten wird.

Für die Zwecke der Erfindung brauchbare Schmierfette können als Gele definiert werden, die nachstehende Eigenschaften zeigen:

a) Ihre kontinuierliche Phase ist ein Schmieröl.

b) Sie gehorchen den Gesetzen der plastischen Rheologie, beispielsweise dem Kraftgesetz für Fluidfluß oberhalb der Fließspannung.

c) Die kontinuierliche Phase wird aus der Gelstruktur bei Scherspannungen entlassen, die niedriger sind als die Fließspannung der Gelstruktur selbst.

Mit anderen Worten ausgedrückt sollte die im wesentlichen aus einer mit Schmieröl gefüllten stabilen Seifenstruktur bestehende gelierte Schmierstoffmasse steif genug sein, um unter den jeweiligen Betriebsbedingungen hinsichtlich Temperatur und Zentrifugalkraft ohne Schmelzen oder Verformen an ihrem Platz zu bleiben. Schmierfette, die diesen Bedingungen genügen, sind an sich bekannt.

Da die Seifenstruktur des Schmierfettes selbst nicht in das zu schmierende Lager eintritt, gibt es keine Einschränkungen in der Auswahl des Fettes auf Grund von Überlegungen zur Auswirkung der Restseife innerhalb des zu schmierenden Lagers. In dem Maße, in dem Schmierstoffadditive wie Antioxydantien für den speziellen Schmierzweck gewünscht werden, sollte als Träger dafür eher das Öl als die Seifenstruktur benutzt werden. Die einzige leicht beobachtbare und mit einer Ölfreisetzung unterhalb des Fließpunktes vereinbare Bedingung, die eingehalten werden muß, liegt darin, daß der Fettkörper unter den insgesamt in der jeweiligen Anlage anzutreffenden Bedingungen sich weder verformen noch schmelzen darf, und die Schmelztemperatur des Fettes und seine Steifigkeit können entsprechend ausgewählt werden. Ebenso können die Größe der Grenzfläche zwischen Fettkörper und fester Stützfläche und die eingesetzte Fettmenge erhöht werden, um eine ausreichende Freisetzungsraie und Freisetzungsdauer für vorgegebene Betriebsbedingungen zu gewährleisten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Schmierverfahren zum Schmieren einer Lagerfläche, ausgehend von einer mit Abstand von der zu schmierenden Lagerfläche angeordneten und über einen Fließweg für freigesetztes öl damit verbundenen ölhaltigen Schmierstoffmasse, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmierstoffmasse ein Schmiersioffgel verwendet wird, das innerhalb einer Gelstruktur unter der Einwirkung einer noch unterhalb der Fließspannung für diese Gelstruktur liegenden Scherspannung freisetzbares Öl enthält, und daß dieses Schmierstoffgel auf eine feste Stützfläche, an oder in welcher der Fließweg zur zu schmierenden Lagerfläche beginnt, aufgebracht und auf dieser Stützfläche einer Zentrifugalkraft von solcher Größe ausgesetzt wird, daß in dem Schmierstoffgel eine zwischen der zur Freisetzung von öl aus der Gelstruktur erforderlichen Scherspannung einerseits und der FlieOspannung für die Gelstruktur selbst andererseits liegende Scherkraft entsteht.

2. Schmierverfahren nach Anspruch 1 zum Schmieren einer Lagerfläche zwischen einer Achse und einer sie umgebenden Nabe, von denen die eine stationär ist und die andere rotiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmierstoffgel auf eine feste Oberfläche des rotierenden Bauclements aufgebracht wird, die mit der zu schmierenden Lagerfläche über den Fließweg verbunden ist und dieser Lagerfläche mit einem deren Radialabstand von der Drehachse höchstens gleichen Radialabstand von der Drehachse gegenübersteht und daß das Schmierstoffgel an der Rotation des rotierenden Bauelements teilnimmt, d. h., der Zentrifugalkraft ausgesetzt wird.

3. Schmiervorrichtung zum Zuführen von öl zu einer Lagerfläche zwischen einem stationären und einem rotierenden Bauelement /ur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 unter Verwendung einer tiit Abstand von der zu schmierenden Lagerflächc angeordneten und über einen Fließweg für freigesetztes Öl mit dieser Lagerflächc verbundenen Schmierstoffmasse, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmierstoffgel auf eine der Drehachse zugewandte und mit dem rotierenden Bauelement (18: 36; 51; 66; 80; 101) umlaufende feste Stützfläche (28; 45, 46; 60; 72; 84; 104; 107) aufgebracht ist, die von der Drehachse höchstens den gleichen Radialabstand aufweist wie die zu schmierende Lagerfläche (22; 40; 56; 70; 102) und mit dieser über den Fließweg (62; 74. 75, 76; 85. 87, 88; 106) verbunden ist.

4. Schmiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche (28) für das Schmierstoffgel auf einem am rotierenden Bauelement (18) angeordneten, abnehmbaren Ring (26, 27) gebildet ist.

5. Schmiervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche (60; 72; 84) für das Schmierstoffgel für daraus freigesetztes öl durchlässig ausgebildet ist.

6. Schmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5 für eine Achse als stationäres und eine diese Achse umgebende Nabe als rotierendes Bauelement, dadurch gekennzeichnet, daß der Fließweg für das aus dem Schmierstoffgel freigesetzte Öl von der festen Stützfläche (28; 45, 46) für das Schmierstoffgel zur zu schmierenden Lagerfläche (22; 40) durch eine daran anschließende Oberfläche der rotierenden Nabe (18; 36) gebildet ist.

7. Schmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5 für eine Welle als rotierendes und einen diese Welle umgebenden Lagerring als stationäres Bauelement, dadurch gekennzeichnet, daß der Fließweg für das aus dem Schmierstoffgel freigesetzte Öl von der festen Stützfläche (60; 72; 84; 104, 107) für das Schmierstoffgel zur zu schmierenden Lagerfläche (56; 70; 102) einen an diese anschließenden und radial weiter außen als die Stützfläche für das Schmierstoffgel liegenden Oberflächenabschnitt (62; 106) des stationären Lagerrings (52) enthält.

8. Schmiervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Weile (66; 80) die feste Stützfläche (72; 84) für das Schmierstoffgel in einem inneren Hohlraum (71; 81) enthält, der über Durchlässe (74, 76; 85, 87) mit dem Fließweg für das aus der Gelstruktur unter Zentrifugalkrafieinwirkung freigesetzte Öl in Verbindung steht.

9. Schmiervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Stützfläche (84) für das Schmierstoffgel ein Teil eines in eine axiale Bohrung (81) in der rotierenden Welle (80) einsehbaren oder auf diese Welle (51) aufsetzbaren Käfigs (82 bzw. 60) ist.