-
Radialgleitlager
-
Die Erfindung betrifft ein Radialgleitlager mit einer im Querschnitt
kreisrunden Lauffläche und einer im Querschnitt unrunden Gegenlauffläche für eine
über weite Bereiche eines Belastungszyklus bezüglich der Gegenlauffläche im wesentlichen
gleichgerichtete Lagerlast (Punktlast).
-
Es ist ein Radialgleitlager dieser Form für Turbosätze bekannt (DE-OS
26 28 918). Obwohl es entsprechend seiner Bestimmung für eine im wesentlichen gleichgerichtete
Last vorgesehen ist, wird eine bestimmte Zuordnung der Lage der beschriebenen Ölkeile
zur Richtung der Last nicht angegeben. Die richtungsabhängige unterschiedlichen
Bedingungen im Lagerspalt werden dabei nicht berücksichtigt. Es ist jedoch bekannt,
daß hochbelastete Radialgleitlagcr im höchstbelasteten Bereich der Lagerschale,
in welchem sich die kleinste Spaltdicke einstellt, zu erhöhtem Verschleiß neigen.
Dies tritt verstärkt bei solchen Lagern auf, die sich unter Belastung so verformen,
daß sich der Innenradius der außenliegenden Lauffläche im hochbelasteten Bereich
vergrößert. Ein solches elastisches Verhalten ist an der stangenseitigen Lagerhälfte
von Pleuellagern gegeben, bei der durch die Steifigkeit der als Stützkörper wirkenden
Pleuelstange bei Belastung durch die Gaskräfte in diesem Bereich infolge Verdrängung
des Materials eine örtliche Vergrößerung des Krümmungsradius der Lauffläche erfolgt.
In der entgegengesetzten Lagerhälfte findet im übrigen bei Belastung durch die Massenkräfte
infolge der Flexibilität des Lagerdeckels eine eher günstige Verkleinerung des Innenradius
der außenliegenden Lauffläche statt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Gleitlager für eine bevorzugte
Lastangriffsrichtung ( Punktlast ), insbesondere Grund-oder Pleuellager für Brenkraftmaschinen
zu schaffen, in deren von der Punktlast beaufschlagtem Bereich insbesondere bei
evtl. auftretender Verformung der Lagerschalen besonders günstige Schmierverhältnisse
vorherrschen.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der unrunde Querschnitt
der Gegenlauffläche achsensymmetrisch zur Richtung der Punktlast ist, daß der örtliche
Krümmungsradius der Gegenlauffläche in der Mitte des von der Punktlast beaufschlagten
Umfangsbereich gleich dem Radius der Lauffläche ist, daß der örtliche Krümmumgsradius
der Gegenlauffläche in der Mitte des von der Punktlast entlasteten Lagerbereichs
sich vom Radius der Lauffläche um den bei ensprechenden Rauialgleitlagern mit zwei
geschlossenen kreisrunden Laufflächen üblichen Betrag des halben Lagerspiels unterscheidet.
-
Der erfindungsgemäß von der vollständigen Kreisform abweichende Querschnitt
der Gegenlauffläche schafft durch seine Ausrichtung auf die im Zyklus der Lagerdrehung
auftretende Punktlast im höchstbeanspruchten Lagerbereich eine gegenüber üblichen
Lagern günstigere Schmiegung und verbessert dadurch unter Abbau des Spitzendruckes
und bei Verbreiterung des tragenden Bereiches das Schmierverhalten und die Betriebssicherheit
des Radialgleitlagers. Der Radius der Gegenlauffläche im von der Punktlast beaufschlagten
Lagerbereich entspricht dem Radius der Lauffläche. Durch die Gleichheit der Krümmung
der beiden Laufflächen im Bereich der Punktlast wird ein über einen erheblichen
Teil dieses Bereiches im wesentlichen gleichmäßig dicker Lagerspalt gebildet, der
insbesondere den Verlagerungsanteil des Zapfens durch Verdrängung verringert. Im
Sinne der hydrodynamischen Lagertheorie wird der Druckberg im höchstbelasteten Lagerbereich
dadurch breiter und niedriger. Durch die erfindungsgemäß stetigen Übergänge der
Spaltbreite wird die hydrodynamische Schmierfilmbildung an keiner Stelle behindert.
Der Radius der Gegenlauffläche im von
der Punktlast entlasteten
Lagerbereich entspricht dem bei üblichen Lagern gültigen Radius. Dadurch wird am
ganzen Lager zumindest die Qualität der bei üblichen Lagern günstigsten Schmiegung
beibehalten, so daß der Aufbau des Schmierfilms in keinem Bereich verschlechtert
wird.
-
In spezieller, der Erfindung entsprechender Ausgestaltung liegen die
Radien der beiden Kreisbögen so zueinander, daß in Richtung der Punktlast das bei
üblichen Lagern vorhandene Lagerspiel eingehalten wird. Hierdurch wird ebenfalls
dazu beigetragen, daß sich der hydrodynamische Schmierfilm am ganzen Umfang ungehindert
ausbilden kann. Gleichzeitig wird die Reibleistung, die am gesamten Lagerumfang
entsteht, nicht nennenswert erhöht, da im belasteten Lagerbereich die Spaltbreite
zwar teilweise reduziert, im engsten Bereich jedoch aufgrund des gleichmäßigen Tragens
vergrößert wird. Durch etwa gleichbleibende Reibleistung wird sich die Viskosität
des Schmier öls nicht wesentlich verändern, so daß die veränderte Spaltgeometrie
im höchstbeanspruchten Bereich des Lagers zur Absenkung des Spitzendrucks und einer
Vergrößerung der durchschnittlichen Schmierfilmstärke führt. Als nach dem Stand
der Technik übliches Lagerspiel für hochbelastete Lager, das gemäß der Erfindung
in Richtung der Punktlast eingehalten werden soll, ist etwa 1/1000 des Durchmessers
anzusehen.
-
Bei Lagern, bei denen aufgrund der Gestaltung des Lagerstützkörpers
unter Last eine Aufweitung quer zur Lastrichtung zu erwarten ist, wird gemäß der
Erfindung das fertigungsgemäße Lagerspiel quer zur Lastrichtung kleiner gewählt
als das Lagerspiel in Lastrichtung, um so unter dem Einfluß der Last ein gleichmäßiges
Lagerspiel über dem gesamten Umfang anzustreben.
-
Die verbesserte Form der Schmiegung kann durch eine außenliegende
oder eine innenliegende von der vollkommenen Kreisform abweichende Gegenlauffläche
dargestellt werden. Man wird die eine oder andere Form wählen, je nachdem, ob für
die kritischen Lastzustände des Lagers ein stärkerer Punktlastanteil für die Lagerschale
oder für den Lagerzapfen wirksam ist. Wenn der Punkt der geringsten Spaltdicke während
eines Belastungszyklus für längere Zeit in einem begrenzten Bereich des Umfangs
der Lagerschale liegt, wird man den Innenquerschnitt der Lagerschale abwandeln,
wenn er jedoch im wesentlichen mit dem Lagerzapfen umläuft, wird dessen Querschnitt
abzuändern sein. Die Herstellung der von der Kreisform abweichenden außenliegenden
Gegenlauffläche der Lagerschale kann entweder durch gesteuertes Formdrehen oder
Innenbohren erfolgen oder durch Rundbohren der Lagerschale in eine Spannfutter,
dessen Innenform die gewünschte, vom Kreis abweichende Form aufweist. Sie kann auch
angenähert dadurch erreicht werden, daß zwischen den Rücken der Lagerschale und
die Innenbohrung eines kreisrund ausgebohrten Spannfutters örtlich im Bereich der
Abflachungen vor dem Ausbohren in bestimmter Stärke gelegt werden. Der von der vollkommenen
Kreisform abweichende innenliegende Querschnitt des Lagerzapfens kann durch Formdrehen
mittels einer Kopiereinrichtung hergestellt werden.
-
Die Zeichnung zeigt die Geometrie des Querschnitts der beiden prinzipiellen
Ausführungen der Erfindung jeweils im Vergleich mit dem Querschnitt eines üblichen
Lagers mit den gleichen Hauptabmessungen, wobei jeweils eine der symmetrischen Hälften
eines erfindungsgemäßen Lagers einer Hälfte eines üblichen Lagers gegen-Ubergestellt
ist.
-
Fig. 1 zeigt ein Lager mit kreisrundem Querschnitt der außenliegenden
Lauffläche und unrundem Querschnitt der innenliegenden Gegenlauffläche,
Fig.
2 zeigt ein Lager mit kreisrundem Querschnitt der innenliegenden Lauffläche und
unrundem Querschnitt der außenliegenden Gegenlauffläche.
-
In Fig. 1 haben das in der linken Hälfte dargestellte übliche Lager
und das in der rechten Hälfte dargestellte erfindungsgemäße Lager eine kreisrunde
Lauffläche 1 mit dem Radius RN, die außenliegend die Lagerschale bildet. Die unrunde
Gegenlauffläche 2, die den Lagerzapfen bildet, ist symmetrisch zur Angriffsrichtung
der größten im Zyklus der Lagerdrehung auftretenden Lagerlast, die einerseits am
Zapfen (LZ) und andererseits an der Lagerschale (LSch) angreift. Ohne den Einfluß
des hydrodynamisch aufgebauten Öldrucks verlagert sich der Lagerzapfen unter der
Punktlast in Richtung der Last in die dargestellte Position. Das Lagerspiel s, das
beim üblichen kreisrunden Zapfen mit dem Radius rN, in allen Richtungen gleich der
doppelten Differenz 2 (RN - rN) der Radien von innenliegender und außenliegender
Lauffläche ist, stimmt beim erfindungsgemäßen Lager in Richtung der Punktlast mit
diesem Wert s = 2 (RN - rN) überein. Die unrunde Gegenlauffläche, die den Lagerzapfen
bildet, wird aus einem von der Punktlast beaufschlagten Kreisbogen 3, der sich je
Lagerhälfte über einen Bereich α erstreckt und den Radius der Lagerschale
rL = RN hat, einem von der Punktlast entlasteten Kreisbogen 4, der sich je Lagerhälfte
über einen Bereich erstreckt und den Radius des entsprechenden Lagerzapfens rS =
rN hat, und je Lagerhälfte von einem die beiden Kreisbögen 3, 4 in stetiger Krümmung
verbindenden Übergangsbogen 5 gebildet. Senkrecht zur Punktlast ist der Radius des
unrunden Lagerzapfens in besonderer erfindungsgemäßer Ausgestaltung größer als der
des entsprechenden runden Lagerzapfens (rQ >rN).
-
Dies bedeutet, daß das Lagerspiel senkrecht zur Richtung der Punktlast
kleiner ist als das Lagerspiel in Richtung der Punktlast (sQ <s)
In
Fig. 2 haben das in der linken Hälfte dargestellte übliche Lager und das in der
rechten Hälfte dargestellte erfindungsgemäße Lager eine kreisrunde Lauffläche 1
mit dem Radius rN, die innenliegend den Lagerzapfen bildet. Die unrunde Gegenlauffläche
2, die die Lagerschale bildet, ist symmetrisch zur Angriffsrichtung der im Zyklus
der Lagerdrehung auftretenden Punktlast, die einerseits am Zapfen (Lz) und andererseits
an der Lagerschale (LSch) angreift.
-
Ohne den Einfluß des hydrodynamischen Öldrucks verlagert sich der
Lagerzapfen unter der Punktlast in Richtung der Last in die dargestellte Position.
Das Lagerspiel s, das bei der üblichen kreisrunden Lagerschale mit dem Radius RN
in allen Richtungen gleich der doppelten Differenz 2 (RN-rN) der Radien von innenliegender
und außenliegender Lauffläche ist, stimmt beim erfindungsgemäßen Lager in Richtung
der Punktlast mit diesem Wert s = 2 (RN - rN) überein. Die unrunde Gegenlauffläche,
die die Lagerschale bildet, wird aus einem von der größten Lagerlast beaufschlagten
Kreisbogen 3, der sich je Lagerhälfte über einen Bereich α erstreckt und den
Radius des Lagerzapfens RL = rN hat, einem von der Punktlast entlasteten Kreisbogen
4, der sich je Lagerhälfte über einen Bereich erstreckt und den Radius der entsprechenden
kreisrunden Lagerschale RS = RN hat und je Lagerhälfte von einem die beiden Kreisbögen
in stetiger Krümmung verbindenden Übergangsbogen 5 gebildet. Senkrecht zur Richtung
der Punktlast ist der Radius der unrunden Lagerschale in besonderer erfindungsgemäßer
Ausgestaltung kleiner als der der entsprechenden runden Lagerschale (RQ < RN).
Damit ist das Lagerspiel senkrecht zur Richtung der Punktlast kleiner als das Lagerspiel
in Richtung der Punktlast (sQ < < s).