DE2530472A1

DE2530472A1 - Gleitflaechenlager

Info

Publication number: DE2530472A1
Application number: DE19752530472
Authority: DE
Inventors: Rolf Prof Dr Ing Seybold
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-07-08
Filing date: 1975-07-08
Publication date: 1977-01-20
Also published as: US4060291A

Description

Prof.Dr.-Ing. Rolf Seybold

565 Solingen, Eichenstraße 21 a

Gleitflächenlager

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gleitflächenlager, bei welchem in mehrfacher Anordnung Lagerelemente vorgesehen sind, deren Lagerflächen relativ zu der zu lagernden Fläche ansteigen.

Gleitflächenlager dieser Art sind bei Achsialg1eit1agern bekannt. Der Neigungswinkel, den die Keilflächen der Lagerelemente in Bezug zu der zu lagernden Elemente aufweisen, ist dabei so gewählt, daß eine dynamische Schmierung durch ein geeignetes Schmiermittel möglich ist. Es ist bekannt, diesen Winkel in Abhängigkeit von der Dimension des Lagers, der Laufgeschwindigkeit und der Viskosität des zur Verwendung gelangenden Schmiermittels zu ermitteln. Die Lagerelemente können feststehend oder beweglich ausgeführt sein, Im letztgenannten Falle stellen sie sich bei der Bewegung

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des zu lagernden Teils in eine geeignete Winkelstellung ein, bei welcher die dynamische Schmierung erfolgt. Die genannten Gleitflächenlager ermöglichen eine Schrägstellung und damit eine dynamische Schmierung entweder In einer Bewegungsrichtung, weil sie sich nur in einer Richtung schräg ausbilden bzw. neigen lassen^oder eine Schrägstellung in beiden Richtungen, wobei aber die Tragfähigkeit um etwa 30 % zurückgeht. Dynamische Schmierung kennt man weiterhin bei als Säulenführungen ausgebildeten Längsführungen, wenn sich diese nicht nur In Längsrichtung relativ zueinander verschieben^ sondern wenn zusätzlich eine relative Drehung zwischen beiden Teilen erfolgt. In diesem letztgenannten Fall kann es auch bei einer Längsführung zur Ausbildung eines dynamischen Schmierfilms kommen.

Vom dargestellten Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gleitflächenlager dahingehend zu verbessern, daß es wesentlich einfacher als in der bekannten Weise herstellbar ist, und daß es insbesondere eine bessere Lagerung in zwei zueinander entgegengesetzten Bewegungsrichtungen ermöglicht. Es soll sowohl als Achsiallager als auch als Längsführung geeignet sein. Darüberhinaus soll es auch bei Säulenlangsfuhrungen, wie sie zwischen einem Zylinder und einem Kolben bestehen, eine dynamische Schmierung ermöglichen, ohne daß eine Drehung der beiden Teile zueinander erforderlich ist.

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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die feststehend angeordneten Lagerflächen mit einem sich relativ zu der zu lagernden Fläche verändernden, in Bewegungsrichtung der zu lagernden Fläche kleiner werdenden Anstiegswinkel ausgebildet sind. Zweckmäßig ist die Ausführung des Anstiegswinkels in beiden Bewegungsrichtungen symmetrisch. Weiterhin ist es von Vorteil, die Lagerelemente mit einer gekrümmten, beidseitig eines Scheitels abfallenden Ballenfläche zu versehen.

Nach diesem Grundgedanken der Erfindung vermag sich im Lager in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und der Viskosität des Schmiermittels bei jedem Lager— element ein wirksamer Keilwinkel auszubilden, der durch die jeweilige Tangente an der gekrümmten Ballenfläche bedingt ist. Der Ausbildungsbereich reicht mithin vom maximalen Keilwinkel bis zum Winkel von 0 . Daher eignen sich die einzelnen Lagerelemente auch für jede beliebige Geschwindigkeit und öl νiskositat. Die Abstützung der zu lagernden Fläche erfolgt bei jedem Lagerelement im Bereich der genutzten iangentenneigung. Durch eine hinreichend große Anzahl der in einfacher Weise herstellbaren Lagerelemente läßt sich ein Gleitf1ächen1ager von hinreichender Tragfähigkeit verwirklichen.

Die Ballenfläche der einzelnen -Lagerelemente ist zweckmäßig im gesamten Bereich mit einem gleichbleibenden

Radius ausgebildet. Daber erstreckt sich die Ballenfläche, ausgehend von ihrem Scheitel mit einer parallel zu der zu lagernden Fläche verlaufenden

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Tangente, bis zu einem Bereich, in welchem ihre Tangente mit der zu lagernden Fläche einen größeren Winkel bildet, als ein in Form einer üblichen Keilfläche ausgebildetes Lagerelement. Eine derart ige·Dimensionierung kann von den f^rir Gleitlagern bekannten Vorschriften ausgehen, so z.B. von der Berechnung nach A. Steller in VDl-Z., 195¹+, Seiten 89 bis 97. Wenn man bei einem in übl icher Weise ausgeführten Achsial-Segment 1ager von einem Winkel von etwa 0,3 ausgeht, würde ein erfindungsgemäß ausgeführtes Lagerelement als Segment einen Ballenradius von 100 mm und eine Länge von 2,1 mm bei einer Höhe von 0,005 mm haben müssen. Wenn ein Ballenradius von 1000 mm gewählt werden muß, dann wurden sich entsprechend als Werte für die Länge 21 und für die Höhe 0,05 mm ergeben. In dieser Form ausgeführte Lagerelemente bzw. Lagersteine führen auch bei sehr dünnflüssigem Schmieröl zu hervorragenden Betriebsergebnissen. Für zähflüssigerere Öle wird demgegenüber voneinem größeren Keilwinkel ausgegangen, der 1,2 betragen möge. Denn ergibt sich ein Ballenradius von 100 mm, eine Länge von 8,4 mm und eine Ballenhöhe von 0,08 mm. Wiederum wäre bei einem Ballenradius von 1000 mm die Länge 84 mm und die Ballenhöhe 0,8mm. Die Länge des Lagerelementes erstreckt sich dabei in dessen Bewegungsrichtung. Die Oberfl äcberibearbe ΐ tung kann gleichfalls auf die Viskosität der Schmiermittel abgestimmt werden. So ist es zweckmäßig, die Oberfläche bei dünnflüssigen ölen durch

z.B. Drehen, Fräsen, Hobeln oderLäppen _zu bearbeiten, während für zähflüssigere öle eine hinreichend gute Oberfläche durch ein Feingußverfahren erreicht werden kann.

In besonders einfacher Weise lassen sich die einzelnen Lagerelemente von einem Stab abschneiden, der mit

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einer der Lagerung dienenden, bal1enförmig gekrümmten Fläche hergestellt wurde.

Die bei der Formgebung der Lagerelemente des neue; Gleitflächenlagers erforderlichen, verhältnismäßig flachen Winkel lassen sich dadurch herstellen, daß zunächst die zu bearbeitenden Werkstücke so angeordnet werden, wie es für die Herstellung von Kreissegmenten erforderlich Ist. Wenn die in dieser Weise vorbereiteten Werkstücke sodann noch zur Bewegungsrichtung des Bearbeitungswerkzeuges entsprechend schräg gestellt werden, lassen sich die wirksamen Winkel beliebig flach einstellen.

Die vorerwähnte Schrägstellung führt im Ergebnis zu einem elliptischen Profil, dessen kleine Achse dem ursprünglich eingestellten Durchmesser entspricht, und dessen große Achse sich als Quotient der kleinen Achse durch den Sinus des Schrägste 11ungswinkels ergibt. Die elliptische Krümmung läßt sich in dem Bereich, in welchem sie für die Lagerung Verwendung findet, also in dem flachen Bereich, durch einen Radius kennzeichnen, der sich als Quotient des Quadrates des halben großen Durchmessers der Ellipse durch den halben kleinen Durchmesser der Ellipse ergibt. Somit wird der für die Erzeugung des Schmierfilmdruckes, wie er zur Ausbildung eines dynamischen Schmierfilms erforderlich ist, wirksame Radius mit kleineren Werten -les Winkels größer., Die für die Schmierung wirksame Geschwindigkeitskomponente wird zugleich kleiner.

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Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die sich auf verschiedene Ausführungsformen beziehenden Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigen, jeweils in sehematischer Darstellung:

FIg. 1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäß gestalteten Lagerelementes mit den wesentlichsten Abmessungen,

FIg. 2 eine isometrische Darstellung eines in einzelne Lagerelemente aufzuteilenden Stabes,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen sektorförmigen Ausschnitt eines Axiallagers,

FIg. 4 eine Draufsicht auf einen sektorförmigen Ausschnitt eines Axial lagers in anderer Ausführungsform,

Fig. 5 eine spezielle Ausbildung eines Lagerelementes im Querschnitt,

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Längsführung und

Fig. 7 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgeführten ZyIinder.

In Fig. 1 ist der Querschnitt des bal1enförmigen Lager— elementes 1 erkennbar. In der Ebene des Querschnittes besteht der einheitliche Krümmungsradius R. Die Höhe ist mit h bezeichnet, während die Länge mit L wiedergegeben ist. Damit sind die wichtigsten Dimensionen für die Herstellung eines Lagerelementes in der bereits beschriebenen

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Welse erkennbar. Der in Fig. 1 nicht dargestellte Grundriß ist In der Regel rechteckig.

Fig. 2 zeigt mehrere Lagerelemente 1, 1", Λ') die von einem Stab 2 abgeschnitten werden. Dieser Stab ist in der ei— fIndungsgemäßen Form mit einer ballenförmig gekrümmten Fläche ausgeführt. Er kann durch einen Giessvorgang oder auch durch mechanische Bearbeitung erzeugt werden.

Die in dieser Form gestalteten Lagerelemente 1 besitzen einen rechteckigen Grundriß und sind gemäß Fig. 1 in gleichmäßiger Verteilung und mit' ihren Mitellinien radial ausgerichtet auf dem Umfang eines Lagerringes 3 verteilt.

Es kann auch eine Schrägstellung der Lagerelemente 1 gemäß Fig. *f gewählt werden, wobei die einzelnen Lagerelemente 1 mit ihrer Längsmittellinie schräg zum Radius angeordnet sind. Auf diese Weise wird der wirksame Radius erheblich vergrößert. Zu einer Verstärkung der Tragfähigkeit in Drehrichtung des Pfeiles 4 kommt es dadurch, daß eine Zentrifugalkraft auf das Schmiermittel einwirkt.

Die beschriebenen Lager können auch vollständig giesstechnisch hergestellt werden, wobei die Gleitballen der einzelnen Lagerelemente entsprechend den Betriebsbedingungen und den Eigenschaften des Schmiermittels eine Nachbeat— beitung erfahren.

Bei der giesstechnisehen Herstellung der Lagerelemente läßt sich vorteilhaft eine Aneinanderreihung derselben vorsehen, wie sie in Fig. 5 verwirklicht ist, und wie sie später unmittelbar beispielsweise als Längsführung Verwendung finden kann. Dabei sind die einzelnen Lagei—

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elemente 5 mit einem hohlen Innenraum ausgeführt. In diesem Zustand werden die Lagerelemente vor eine ebene Anlagefläche 6 gepresst, bis alle mit ihren Sehe I te 1 punkten die genannte Anlagefläche berühren. Sodann werden die Fnnenräume mit einem druckfesten Einsatz 7 versehen, wofür sich vor allem eingegossener Kunststoff eignet.

Wenn die einzelnen Lagerelemente bei einer Längsführung gemäß Fig. 6 schräg zur Führungsrichtung 8 bzw. 9 angeordnet werden, wird der zusätzliche Vorteil erzielt, daß Verunreinigungen in Richtung der Pfeile 10 bzw. 11 ausgetragen werden. Eine derartige Längsführung ist also selbstrein i gend.

Schließlich kann das neue Gleitflächenlager mit Vorteil bei einem Zylinder mit darin verschiebl iehern Kolben Vei— Wendung finden. Ein derartiger Zylinder 12 ist in Fig. 7 schematisch dargestellt. Man erkennt an dessen Innenwandung die bal1enförmigen Zonen 13, die den erfindungsgemäßen Lagereimenten entsprechen. Derartige Zonen sind Γη mehrfacher Anordnung·hintereinander vorgesehen. Sie können, wie die Übergangslinien I¹+ von einer Zone in die nächste veranschaulichen, insbesondere auch schräg angeordnet werden, so daß sich schließlich die gleichen Vorteile ergeben, wie man sie bei einem zusätzlich sich drehenden Kolben bzw. ZyI inder erzielt. Das Spiel zwischen Kolben und Zylinder kann hierbei bis auf Null zurückgehen, weil der Druck des dynamischen Schmierfilms hinreichend Ist, um eine ela tische Verformung zu bewirken. Die Herstellung derartiger Zylinder bzw. entsprechend gestalteter Kolben kann vorteilhaft gIesstechnisch mit oder ohne Nacharbeit erfolgen. Beim dessen ohne Nacharbeit muß bei der Ausbildung des Kerns-der Notwendigkeit Rechnung getragen, daß er später entfernt werden kann.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

G1eitf1ächen1ager, bei welchem in mehrfacher Anordnung Lagerelemente vorgesehen sind, deren Lagerflächen relativ zu der zu lagernden Fläche.ansteigen; dadurch gekennzeichnet, daß die feststehend angeordneten Lagerflächen mit einem sich relativ zu der zu lagernden Fläche verändernden, in Bewegungsrichtung zu der zu lagernden Fläche kleiner werdenden Anstiegswinkel ausgeb i1det s i nd.
2. Gleitflächenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausführung des Anstiegswinkels in beiden Bewegungsrichtungen symmetrisch ist.
3. Gleitflächenlager nach Anspruch 2, dadurch gekennze i chnet, daß die Lagerelemente (1,5) mit einer gekrümmten, beidseitig eines Scheitels abfallenden Ballenfläche versehen sind.
4. Gleitflächenlager nach Anspruch 3, dadurch gekennze ichnet, daß die Ballenfläche im gesamten Bereich in einer Querschnittsebene einen gleichbleibenden Radius CR) aufweist.
5. Gleitflächenlager nach den Ansprüchen 3 und k, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ballenfläche, ausgehend von ihrem Scheitel mit einer parallel zu der zu lagernden Fläche verlaufenden Tangente, bis zu einem Bereich erstreckt, in welchem ihre Tangente mit der

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zu lagernden Fläche einen größeren Winkel bildet als ein in Form einer Keilfläche ausgebildetes Lagerelement
6. Gleitflächenlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lagerelemente Cl, 1', 1'') von einem Stab (2) abgeschnitten sind, dessen eine, der Lagerung dienende Fläche ballenförmig gekrümmt ist.
7. Gleitflächenlager nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageräemente mit rechteckigem Grundriß ausgeführt sPhd.
8. Gleitflächenlager nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Lagerelemente durch mechanische Bearbeitung hergestellt sind.
9. Gleitflächenlager nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Lagerelemente durch einen Giessvorgang hergestellt sind.
10. Gleitflächenlager nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennze ichnet, daß die Lagerelemente C5) mit hohler Innenfläche hergestellt sind, in die eine die einzelnen Lagerelemente (5) gemeinschaftlich ausrichtender, druckfester Einsatz (7) eingefügt ist.
11. Gleitflächenlager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz aus eingegossenem Kunststoff besteht.
12. Gleitflächenlager nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennze ichnet, daß die einzelnen Lagerelemente CO bei einem Axiallager mit radialer Ausrichtung ihrer

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LängsmIttel11 ηien angeordnet sind.
13. Gleitflächenlager nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,, daß die einzelnen Lagerei emente bei einem Axiallager mit ihren Längsmittellinien schräg zum auf ihre Mitte weisenden Radius des Axial lagers angeordnet sind.
14. Gleitflächenlager nach den Ansprüchen 1 und 7 und

10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es in seiner Gesamtheit als einziges Gusserzeugnis hergestellt ist.
15. Gleitflächenlager nach den Ansprüchen 1 bis 11 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrfacher Anordnung für eine Längsführung schräg zur Führungsrichtung C8,9) verlaufende Lagerelemente Cl, 1', 1'') vorgesehen sind.
16. Gleitflächenlager nach den Ansprüchen 1 bis 5, 8 bis

11 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerelemente Bestandteil einer zwischen der Innenwand eines Zylinders O2) und der äußeren Mantelfläche eines Kolbens bestehenden Führung und _zu ringförmigen Zonen geschlossen '-> i nd .
17. Gleitflächenlager nach Anspruch 16, dadurch gekennze i chnet, daß die Zonen schräg zur axialen Verschiebungsrichtung des Kolbens Im Zylinder Cl2) , Insbesondere schraubenförmig, verlaufen.

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