DE2602692A1

DE2602692A1 - Elastomerlager mit fluessigkeitsschmierung

Info

Publication number: DE2602692A1
Application number: DE19762602692
Authority: DE
Inventors: Jun Roy Lee Orndorff
Original assignee: BF Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 1975-02-06
Filing date: 1976-01-24
Publication date: 1976-08-19
Also published as: FR2300255A1; GB1533421A; JPS51102756A; NL7601011A; AU497308B2; US3932004A; AU8784475A

Description

- Drying. Holzhäuser

Dipl.-Met. Gdc'^-ch
DipL-'ηα Cevic-tor^cker

P a t e π t η r, w ? ! t ο
605OFFENBAC:-: AM MAIN 2602692

Herrnstraße 37 · Teiefon 88 83 84

The BoFo Goodrich. Company 22. Januar 1976

Akron, Ohio, V.St.A»

Elastomerlager mit Flüssigkeitsschmierung

Die Erfindung "bezieht sich, auf Blastomerlager, die mit Flüssigkeiten, wie Wasser, geschmiert werden, und insbesondere auf solche Lager, die elastische Lagerteile aus Elastomer verwenden, welche an einem starren, nichtmetallischen Trägerteil befestigt sind»

Elastomerlager mit Flüssigkeitsschmiereung sind bekannt,'vornehmlich in der Schiffahrt. Im allgemeinen bieten diese Lager nachgiebige Lagerteile aus Elastomer, die mit eines besonderen Flüssigkeit, wie Wasser, geschmiert werden können. Die Lagerteile werden üblicherweise von einem starren, nicht korrodierenden Trägerteil abgestützt. Normalerweise sind diese Trägerteile aus einem Metall, das vornehmlich nach seiner Fähigkeit ausgewählt worden ist, einer Korrosion durch die Flüssigkeit, mit äsx das Lager im Betrieb in Berürhungkommt, zu widerstehen. Im Seewesen sind beispielsweise mit Wasser geschmierte Lagerflächen aus Elastomer vornehmlich mit einem Stützteil aus Bronze, Messing oder nichtrostendem Stahl verbundene

Neuerdings hat sich ein gesteigertes Interesse an der Herstellung der Stütz- oder Trägerteile für solche Lager aus nichtmetallischem Werkstoff, hauptsächlich wegen der wachsenden Kosten, ge-

609834/0261

zeigt, die mit dem Dauerbetrieb der Träger aus nicht korrodierendem Mateil verbunden sind. Außerdem hat sich gezeigt, daß viele dieser Metalle für die Trägerteile eine unerwünschte elektrolytische Wirkung in machen flüssigen Umgebungen, wie Meerwasser, ermöglichen oder sogar verstärken. Dieser elektrolytische Vorgang kann nicht nur das Lager selbst, sondern auch den Aufbau beschädigen, in dem das Lager benutzt wird«

Die bekanntesten nichtmetallischen Werkstoffe, die zur Zeit für den G-ebrauch im Seewesen als Lagerstütz- oder -trägerteile vorgeschlagen werden, sind Konstruktionen aus warm härtbaren Kunststoffen. Diese Stoffe werden geformt oder sonstwie in die gewünschte ^orm gebracht und können zusätzlich vetstärkende und/ oder inerte Füllmittel enthalten» Beispiele für solche vorgeschlagenen Strukturen sind in den USA-Patenten 3 023 059 und 3 455 6t9 offenbart»

Bei sorgfältiger Wahl besonderer Arten von Kunststoffen und/oder Verstärkungen, Füllmitteln usw_o kann ein Stütz- oder Trägerteil hergestellt werden, der eine ausreichende strukturelle Steifigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Kräfte, denen er im Betrieb unterworfen werden kann, und einen ausreichenden Widerstand gegen einen schädlichen Effekt zeigt, der von einer Berührung mit verschiedenen Flüssigkeiten, geringer Wasseraufnahme und Quelleigenschaften herrühren kann. Ebenso können diese Kunststoffteile gemacht werden, um eine genügende Steifheit und Festigkeit beim Erwärmen zu bewahren, eine notwendige Eigenschaft, wenn mehrere der gebräuchlichen Verfahren zur Herstellung von Elastomerlagern angewandt werden, Bei einem typischen Herstellungsverfahren wird das !anvulkanisierte oder "rohe" Kautschukgemenge oder die Kautschukmischung, die lediglich den Trägerteil bildet, geformt und

609834/0 261

vulkanisiert, während sie gegen die starre Stützen- oder Tägerstruktur gelegt wird. Daher darf die verwendete Stütze nicht weich werden oder sich sonstwie- zersetzen, wenn die der für die Vulkanisation und der Formgebung der Trägerteile nötigen Hitze und dem nötigen Druck unterworfen wird_e

Es gibt jedoch gewisse Nachteile bei Kunstoff- und/oder verstärkten Kunststoffstrukturen, die für diesen Zweck gebraucht werden. Die von diesem Kunststoffstrukturen gezeigte Schlagfestigkeit ist in vielen Fällen geringer als ausreichend,, Ebenso ist gelegentliches Versagen diener Kunststoffstützen beobachtet worden, womit eine Beschädigung der umgebenden Aufbauten, in denen sie untergebacht sind, in Kauf genommen werden muß. Ein zusätzliches Einkerben urid Bearbeiten dieser Stützen, ein bei der endgültigen Formgebung oft notwendiger Arbeitsgang, ist manchmal schwierig und hat schon den Kerb- und Bearbeitungswerkzeugen, die benutzt 'wurden, Schaden zugefügt«

Auch ist es bei metallischen Träger- und Stützteilen im allgemeinen nötig,.daß diese Kunststoffstützen "nach Maß" in ihrer endgültigen Form bei einer Vielzahl verschiedener Größen hergestellt werden, um für eine schließliche formgebung und Vulkanisation eines Elastomerlagerteils bestimmt zu sein, Das kann offenbar für einen Hersteller Bestands-, Lager- und Platzprobeleme bedeutene

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Elastomerlager mit starren, nichtmetallischen Stütz- oder Lagerteilen zu schaffen, das verhältnismäßig billig, kräftig, steif und leicht zu bearbeiten oder einzukerben ist·

Ein weiteres Ziel ist, ein Elastomerlager mit einem starren , nichtmetallischen Trägerteil zu schaffen, das nicht korrodiert,

609834/0261

keinen elektrolytischen Vorgang entstehen läßt oder verstärkt und nicht in katastrophaler Weise verargt»

Bs ist ebenso ein Ziel der Erfindung, ein Elastomerlager mit einem starren, nichtmetallischen Stütz- oder Trägerteil aus einem leicht bearbeitbaren, schlagfestem Material zu schaffen, das eine genügende Stärke und Steifheit hat, um seine Verwendung bei den meisten Schritten zur Herstellung von Elastomerlagern zu gestatten_e

Diese und andere Ziele, die sich noch weiter aus der folgenden, ind einzelne gehenden Beschreibung ergeben, werden von einem Elastomerlager erzielt, bei dem die elastischen Lagerteile an einem starren, nichtmetallischen Stütz- oder Trägerteil befestigt sin-d, der einen zusammengesetzten Aufbau aus einer im wesentlichen faserigen Komponente aufweist, die in einen vulkanisierten, synthetischen Kaufschukbestandteil.eingebettet und in ihm gleichmäßig verteilt ist ο Das Material für die Faserkomponente ist vorzugsweise Glas und vornehmlich in der Form einer oder mehrerer Lagen oder Schichten von quergewebtem Glas übereinander. Dieser zusammengesetzte Aufbau gemäß der Brfindung ist als ein einheitlicher, zylindrischer G-ehäuseteil oder bei Segmentlagern als eine Anzahl länglicher Lagerstützstreifen ausgebildet«,

Gemäß ihrer vorzugsweisen Ausführung ist die Erfindung in den beigefügten Zeichnungen wiedergggeben; in diesen ist

Fig. 1 eine Ansicht längs der Achse einer Ausführung des Elastomerlagers nach der Erfindung, wobei Teile davon weggebrochen und im Querschnitt gezeigt sind,

Figo 2 ein vergrößerter, bogenförmiger Teil des in Fig. 1 gezeigten Lagers mit Teilen davon im Schnitt,

609834/0261

Pig. 3 eine Ansicht längs der Achse eines anderen Elastomerlagers, das die vorliegende Erfindung verkörpert, wobei 'feile davon weggebrochen und im Schnitt gezeigt sind, und

Fig. 4 ein vergrößerter, bogenförmiger Teil der Fig» 5 niit Seilen im Schnitt,,

Die Erfindung wied in ihren zur Zeit bevorzugten AusfUhrungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung und unter Betonung ihrer Anwendung auf Elastomerlager für die Schiffahrt beschrieben» Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auf andere Arten von Elastomerlagern Anwendung finden kann und auch für Lager verwendbar ist, die in anderen flüssigen Umgebungen als Wasser verwendet werden.

In S¹Xg. 1 ist ein zylindrisches, wassergeschmiertes Elastomerlager 10 als Grundform gezeigt, welche für eine Verwendung in einem ausgesprochenen Seefahrzeug, wie Booten oder dergleichen, geeignet ist, und zur Lagerung einer (nicht gezeigten) sich drehenden W₀IIe dienen kann» Das Lager 10 besteht aus einem inneren, geformten, vulkanisierten Elastomerring 12, der ringförmige Lagerteile 14 mit Zwischenräumen enthält, auf denen die umlaufende Welle zu lagern ist. Der Ringkörper 12 hat ebenso eine Anzahl radial nach außen eingekerbter Furchen 16 zwischen den Lagerteilen 14, um einen Durchtritt von Wasser und/oder im Wasser suspendierten Pestteilchen zu gestatten,, Die Furchen 16 verlaufen vorzugsweise längs d es Lagers in einer Richtung etwa parallel zu seiner Achse» Das Lager 10 hat weiter einen äußeren, starreh, zylindrischen Mantel 20, mit dem der elastische Elastomerring 12 , beispielsweise durch Bindemittel,fest verbunden ist. Erfindungsgemäß ist der starre Hantel 20 eine zusammenge-

609834/0 2 61

setzte, nichtmetallische struktur, die iin wesentlichen aus einer Faserkomponente in Form einer Anzahl ringförmig angeordneter, radial aneinanderliegender G-ewebelagen 22 "besteht, die gleichmäßig durch und durch in einer vulkanisierten Masse aas synthetischer Kautschukmischung verteilt sind, in welche sie eingebettet sind.

In Fig„ 3 und 4 ist ein Segment-Elastomerlager 30 gezeigt, das aus einer Anzahl ringförmig im Abstand angeordneter, nachgiebiger iülaatomerlagerteile 32 besteht, deren jeder an einem starren btützteil oder Stap&tzstreifen 40 befestigt ist. Die Segmente 32 mit den Stützstreifen 40 sind an einem zylindrischen Trägermantel 44 in geeigneter Weise, etwa durch Schwalbenschwanznuten 42 im Mantel 44, verbunden. Wasser und/oder im Wasser suspendierte Festteilchen können durch das Lager 30 entlang den Längsdurchlässen 34 zwischen den Lagerteilen 32 hindurchgehen. Die Segmentkonstruktion ist beliebt, wenn Elastomer lager mit verhältnismäßig großem Durchmesser verwendet werden«.

Erfindungsgemäß sind die Stützstreifen 40 von nichtmetallischer G-emischtbauweise ähnlich der Konstruktion des in Fig. 1 und 2 gezeigten zylindrischen Mantels 20„ Wie deutlicher aus Fig_o 4 hervorgeht, besteht daher jeder Streifen 40 im wesentlichen aus einer Faserkomponente in Form einer Anzahl radial benachbarter G-ewebelagen oder -schichten 46, die gleichmäßig durch und durch in einer vulkanisierten Masse aus synthetischer Kautschukmischung 48 verteilt sind, in die sie eingebettet sind. Es versteht sich, daß die Erfindung in anderen Typen von Segmentlagern als den besonderen, in Fig. 3 und 4 gezeigten Formen, ver-

609834/0261

körpert werden kann» Beispielsweise ist eine beliebte, von dem gezeigten Segmentlagertyp abweichende Form eine Ausführung, bei welcher die von einem Streifen getragenen Segmente nicht in ringförmigen Schlitzen oder Nuten im Abstand voneinander gehalten werden, die in einem zylindrischen Trägermantel gebildet sind, sondern bei der sie dicht um einen "latten Mantel herum so sitzen, daß die Längskanten eines gegebenen Segments eine Längskante eines benachbarten Segments berühren. Die bei diesem andern Typ des Segmentlagers benutzten Trägerstreifen können auch gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein.

Das Blastomerlagermaterial (z.B. der ^XLing 12 oder das Segment 32) ist üblicherweise eine vulkanisierte Kautschukmischung, die einen niedrigen Reibungskoeffizienten bei Schmierung mit Wasser bei Schiffahrtslagern und bei Schmierung mit anderen Flüssigkeiten 'als Wasser hat und auch durch solche Flüssigkeiten nicht beschädigt wird_o Das Blastomermaterial muß genügende Nachgiebigkeit, aber auch genügende Festigkeit und Hitzewiderstandsfähigkeit haben, um einen zeitweiligen Betrieb ohne Vorhandensein einer Sc-hmierflüssigkeit, beispielsweise beim Anlassen, aushalten zu können. Ausgezeichnete brauchbare Mischungen sind für diesen Zweck verschiedene gebräuchliche Nitrilkautschukverbindungen, besonders Verbindungen mit Polymeren von Butadien und Akrylnitril, wobei Butadien die Hauptkomponente des Polymers ist» Auch natürliche und andere synthetische Kautschukzusammensetzungen sind möglich, vorausgesetzt daß sie die vorgenannten Eigenschaften besitzen*

Jede Faserlage 22 in Fig. 1 oder 46 in Fig. 2 ist vorteilhaft ein quadratisch gewebtes Muster von Fäden oder Litzen (nach-

609834/0261

stehend nur als "Schnüre" bezeichnet, wobei zu verstehen ist, daß der Ausdruck "Schnüre" Schnüre, Litzen und andere im Fachgebiet bekannte fadenähnliche Strukturen zu verstehen sind) eines besonderen Fasermaterials, das nicht korrodiert und/oder schrumpft, wenn es Wasser ausgesetzt wird, und auch Elektrizi-

sind

tat nicht leitet. Die Schnüre kafee» ebenso vorteilhaft aus einem Material mit verhältnismäßig hohem Modul und tragen damit wirksam zu einer G-esamtsteifigkeit und/oder Festigkeit des Maateis 20 oder der Streifen 40 bei» Glas hat sich als ein ausgezeichnetes Material für die Lagen 22 und 46 ergeben. Ein quadratisch gewebtes Muster für diese Lagen wird bevorzugt, um sowohl Längsfestigkeit (z.B. durch Kettfäden 26 jeder Lage 22) und radiale Festigkeit (z.B. durch Schußfäden 28) der zusammengesetzten Struktur zu verleihen. G-ewünsentenfalls können auch Lagen oder Schichten von Schnüren in anderen als quadratisch gewebten Mustern verwendet werden, obwohl vorzugsweise bei solchen Anordnungen das Muster wenigstens Schnüre enthalten soll, die in Längsrichtung verlaufen (z.B. im wesentlichen parallel zur Lagerachse).

Die Lagen 22 oder 46 aus Fasermaterial können auch kurze, gestückelte Schnüre sein, wenn es gewünscht wird. Die kurzen Schnüre können in jeder Lage in einer vorherbestimmten Richtung ausgerichtet oder beliebig angeordnet sein, solange eine verhältnismäßig gleichmäßige Verteilung in der Ausgangskautschuksubstanz, in der die Schnüre veretälet sind, beibehalten wird· Ebenso sind verschiedene Kombinationen kurzer, gestückelter Schnüre mit bahnartigen Mustern von Schnüren für Faserzusammensetzungen des gemischten Mantels oder Streifens möglich,,

609834/0261

Die G-rundsubstanzen 24 oder 48 sind aus vulkanisierter, synthetischer Kautschukmasse, die nach ihrer Fähigkeit, "bestimmte Eigenschaften zu zeigen, ausgesucht sind. Die Masse muß vulkanisiert das in den Schichten oder Lagen 22 oder 46 verwendete Schnuimaterial festhalten oder uraprägnieren undmit dem Material, das den nachgiebigen, Blastimerring 12 oder die Segmente 32 umfaßt, verklebt oder auf andere Weise verbunden werden können» Das vulkanisierte Gemisch, das für die Masse 24 gewählt wird, muß hervorragende Hitzebeständigkeit haben, besonders wenn das nachge^bige Ekstomerlagermaterials an es angeformt und vulkanisiert werden muß. Verschiedene Zusammensetzungen von !Nitrilkautsch.uk, besonders diejenigen, die Butadien-AkrylonitrilpäLyinere enthalten, bei denen das Butadien die hauptsächliche Polymerkomponente ist, haben sich als sehr geeignet für diesen Zweck erwiesen. Auch sind gewisse Zusammensetzungen von leopren möglich» Doch sind im allgemeinen Mischungen aus Naturkautschuk infolge ihrer ungenügenden Widerstandsfähigkeit .gegen Hitze nicht geeignet»

Wie erwähnt, zieht man es vor, daß die Faserlagen 22 oder 46 Bahnen von schnüren in quadratischem Muster sind» Bei den Ausführungsbeispielen nach der Zeichnung sind sechs solche Lagen wiedergegeben, eine Anzahl, die als geeignet für die meisten kleinen und mittelgroßen Lager (z.3_o bis zu etwa 150 mm Außendurchmesser) gefunden wurde» Bei größeren Lagern, d.h» mit einem größeren Außendurchmesser als 150 mm, besonders bei den 3egmentlagern nach Pig» 3 und 4, kann es wünschenswert sein, einen Träger- oder Stützteil mit mehr als sechs benachbarten Gewebelagen für zusätzliche Festigkeit und Steifheit zu verwenden«

Wie schon erwähnte, besteht ein wesentlicher Torteil im 3-ebrauch von Mänteln, wie 20, oder Streifen ψ wie 40, gemäß der Erfindung in der verhältnismäßigen Einfachheit der Herstellung für

609834/0261

260269;?

eine Fertigung verschiedener, benötigter Sonderfertigungen. Insbesxndere können diese zusammengesetzten Trägerteile einer Herstellung in mehreren verhältnismäßig unabhängigen Stufen angepaßt werden, die auf diese Weise gewisse Vorrats- und Lagerhaltungssowie Raumprobleme vereinfacht, denen sich Hersteller gegenübersehen, die gewisse der üblichen oder überkommenen metallischen oder thermoplastischen Trägerteile verwenden«

Beispielsweise besteht eine Möglichkeit zur Herstellung der zusammengesetzten Trägerteile, wie sie in der Zeichnung gezeigt sind, eine Schicht aus drei Flächen quadratisch gewebter Glasschnüre zu bilden, deren innerste oder mittelste in eine geeignete, vulkanisierbare synthetische Kautschukmasse eingetaucht, mit ihr besprüht oder sonstwie beiderseits beschichtet worden ist. Diese flache Folie kann dann vulkanisiert werden, wobei die offenen Seiten der äußeren Lagen im wesentlichen frei bleiben oder nicht mit Kautschuk beschichtet werden. Diese Folien können in diesem Zustand gelagert oder aufgehoben werden, bis siw als Träger- oder Stützmaterial für ein besonderes Lager benötigt werden,,

Die offenen oder unbeschichteten Seiten können dann eingetaucht, besprüht oder sonstwie mit einer geeigneten, vulkanisierbaren synthetischen Kautschuk-masse beschichtet und zu einem Rohr gewalzt werden, dessen Wandung grundsätzlich zweimal die Stärke der drei Schichten beträgt. ¥eim das Rohr geformt wird, sind vorzugsweise die sich in Längsrichtung des Rohr erstreckenden Schichtkanten einander benachbart_o Auf diese Weise wird ein Rohr geformt, das grundsätzlich sechs Lagen quadratisch gewebter Grlasflachen hat«

609834/0 261

Das gewalzte Rohr kann in eine Lagerform gebracht und vallstän-'dig vulkanisiert werden, wobei die nachgiebigen Elastomerlagerteile geformt und an das Rohr vulkanisiert werden. Die erste Vulkanisation der teilweise gummierten, vorerwähnten flachen Folien stellt sicher, daß das gewalzte Rohr den Drücken und der Hitze widersteht, denen es bei der zweiten Formung und Vulkanisation unterworfen wird« G-ewünschtenfalls kann jedoch das gewalzte, teilweise gummierte Rohr vollständig gummiert und vollkommen vulkanisiert werden, ehe es in die Lagerform kommt»

Es erhellt, daß ähnliche Schicht- und Formarbeitsgänge ausgeführt werden können, um Streifen 40 ohne die Notwendigkeit des Walzens der Folien zu Rohren herzustellen»

Es versteht sich, daß die beschriebenen, vorstehenden Herstellungsverfahren nur dem Zweck eines besseres Verständnisses der Erfindung dienen und daß es viele verschiedene Verfahren zur Herstellung der zusammengesetzten Träger- oder Stützkonstruktionen gemäß der Erfindung gibt <>

Das vorstehend Gesagte beschreibt die Erfindung gemäß verschiedenen bevorzugten Ausführungen. Es versteht sich, daß viele Abwandlungen solcher Ausführungsformen im Licht und im Umfang der angefügten Ansprüche in Erwägung gezogen werden können«

609834/0261

Claims

Ansprüche :

.1 ο i/lastoEierlager mit Flüssigkeitsschmierung mit einer Anzahl von Ladestellen aus nachgiebigem Blastomermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß der lagerkörper durch längs verlaufende Flüssigkeitsnuten (16, 34) unterteilt ist und jeder Lagerteil (14, 32) an einem starren, nichtmetallischen Trägerteil (24, 40) befestigt ist, der eine Zusammensetzung im wesentlichen aus einer nicht korrodierenden, nicht schrumpfenden und nichtleitenden Faserkomponente darstellt, die in eine vulkanisierte synthetische Kautschukmasse eingebettet und in dieser ziemlich gleichmäßig verteilt ist«

2ο Elastomerlager nach Ansoruch 1, dadurch gekennzeichnet, da# die Faserkomponente Glas ist»

3ο Elastomerlager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserkoinponente(24, 48) aus einer Anzahl Fäden oder Schnüre bssteht , die im wesentlichen parallel zur Längsachse des Lagers verlaufen»

Elastomerlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden oder Schnüre (26, 28) aus Glas bestehen»

5» Elastomerlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,'daß die Faserkomponente (24, 28) wenigstens eine quadratisch gewebte Gewebebahn hat_o

6ο Elastomerlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die quadratisch gewebte Bahn aus Glas besteht_o

7. Elastomerlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserkomponente radial benachbarte Lagen (22, 56) quadratisch gewebter Lagen hato

609834/0261