DE3202188A1

DE3202188A1 - Gleitlager

Info

Publication number: DE3202188A1
Application number: DE19823202188
Authority: DE
Inventors: Heinz Konrad Prof. Dr.-Ing. 7050 Waiblingen Müller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-01-25
Filing date: 1982-01-25
Publication date: 1983-08-04

Description

GLEITLAGER
Gleitlager Zur reibungsarmen Lagerung sehr großer Lasten bei kleinen Verschiebegeschwindigkeiten, z.B. Bauwerksabstützungen, Brücken-Verschiebelager usw., werden vorzugsweise fettgeschmierte PTFE-Lager verwendet, wobei Reibungszahlen von etwa 0,01 bei hohen Belastungen erreicht werden.
Bei Versuchen/l/, bei denen in die PTFE-Gleitfläche Vertiefungen eingearbeitet waren und diese "Schmiertaschen" mit Fett gefüllt Waren, zeigte sich bei hohen Flächenpressungen eine weitere Abnahme der Reibungszahl bis etwa 0,003 .Durch das plastische Nachgeben des die Schmiertasche umgebenden PTFE-Randes scheint hierbei auch das in der Schmiertasche enthaltene Fett unter Druck gesetzt worden zu sein, was systembedingt zu einer Herabsetzung der Reibungszahl führt ("Autohydrostatische Schmierung" /2/).
PTFE-Lager, bei denen ein autohydrostatischer Druck nur infolge des begrenzten Nachgebens des Dichtrandes auftreten kann, haben den Nachteil, daß der die Reibungszahl herabsetzende autohydrostatische Effekt konstruktiv undefiniert ist und deshalb in der Praxis nicht eindeutig und reproduzierbar herbeizuführen ist. Beispielsweise können in der Fettvorfüllung der Schmiertasche enthaltene Luftblasen dazu führen, daß der PTFE-Dichtrand bereits überlastet ist. bevor sich im Fettraum überhaupt ein nennenswerter Druck bildet. Andererseits muß aus Gründen der verhältnismäßig geringen Festigkeit des PTFE-Werkstoffs der Dichtrand verhältnismäßig breit ausgeführt werden, was wiederum die prinzipiell erreichbaren, kleinsten Reibungszahlen begrenzt.
Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch beseitigt, daß der die Schmiertasche eingrenzende Dichtrand ein Element eines relativ zum Lagerkörper in Richtung der Wirkungslinie der Lagerlast verschieblichen und relativ zum Lagerkörper beweglich abgedichteten Dichtkörpers ist. Bei einer solchen Ausführung des Lagers ist der Dichtrand in jedem Fäll in der Lage, unbelastet so lange unter der Wirkung der Belastung auszuweichen, bis sich im Innenraum, d.h.
in der fettgefüllten Schmiertasche, durch Kompression ein Druck aufbaut.
Die Gestaltung des Dichtrandes in Verbindung mit den vom Druck belasteten Wirkflächen des Dichtkörpers kann dabei unterschiedlichen Anforderungen angepaßt werden.
Wird beispielsweise eine stabile Höhenlage der Gleitfläche des Lagers über lange Zeit gefordert, so muß ein Austreten von Schmiermittel aus dem Innenraum vermieden werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die den Dichtspalt schließende Kraft immer größer gehalten wird, als die den Dichtspalt beim Eindringen von Schmiermittel öffnende Kraft. Dies wird dadurch bewirkt, daß die von der Dichtung zwischen dem Lagerkörper und dem Dichtkörper eingeschlossene Wirkfläche gleich groß oder größer ist wie die von der niederdruckseitigen Begrenzung des Dichtrandes umschlossene Fläche. Des weiteren muß in diesem Fall dafür gesorgt werden, daß die beiden , den Dichtspalt zwischen Dichtrand und Gleitfläche bildenden Oberflächen konform sind, also beim Abheben der Flächen einen überall gleich hohen Spalt bilden.
Wird hingegen für eine bestimmte Zeit eine praktisch reibungsfreie Lagerung gefordert, wobei ein sehr langsames Absenken der Last in Kauf genommen wird, so wird dies dadurch erreicht, daß die von der Dichtung zwischen dem Lagerkörper und dem Dichtkörper eingeschlossene Wirkfläche kleiner ist, als die von der niederdruckseitigen Begrenzung des Dichtrandes umschlossene Fläche und daß gleichzeitig die der Gleitfläche zugekehrte Oberfläche des Dichtrandes zusammen mit der Gleitfläche einen vom Innenraum zu dem das Lager umgebenden Außenraum hin sich verengenden Spalt bildet. Unter diesen Bedingungen bildet sich selbsttätig ein durch die gewählten geometrischen Verhältnisse vorausbestimmbarer enger Spalt zwischen Dichtrand und Gleitfläche. In diesem berührungslosen Zustand tritt kein Reibungswiderstand zwischen Lager und Gleitfläche auf.
Dieser Zustand kann bei einem hochviskosen Schmiermittel bei einer Spaltweite von wenigen Mikrometern bei sehr geringer Lastabsenkgeschwindigkeit über lange Zeit aufrecht erhalten werden.
Bei einem Gleitlager mit berührendem Dichtrand wird dieser vorzugsweise im Bereich des Dichtspalts aus einem reibungsarmen Werkstoff mit hoher Festigkeit, vorzugsweise aus verstärktem PTFE ausgeführt Bei einem erfindungsgemäßen Gleitlager mit nahezu vollständigem hydrostatischem Gleichgewicht des Dichtkörpers wird der Dichtkörper vorzugsweise zusätzlich mittels einer oder mehrerer Federn an die Gleitfläche angepreßt.
Um die unabsichtliche Absenkbewegung der Gleitfläche infolge einer Undichtheit des Dichtkörpers oder die systembedingte Absenkbewegung bei offenem Dichtspalt zu begrenzen, kann zusätzlich ein im Lagerkörper angeordneter Tragkörper aus PTFE vorgesehen werden, der ab einer bestimmten Durchsenkung der Gleitfläche als reibungsarme Gegengleitfläche wirkt, wodurch dann das Lager auf die Wirkungsweise eines herkömmlichen PTFE-Lagers reduziert ist.
Eine einfache Möglichkeit, die Gleitfläche unter Last auf ein gewünschtes Hö.henniveau einzustellen ist dadurch gegeben, daß, etwa mittels einer Hochdruck- Fettpresse Schmiermittel in den Innenraum des Gleitlagers eingespeist wird. Dabei bleibt der bewegliche Dichtrand in dauernder Berührung mit der sich anhebenden Gleitfläche. Diese Einstellvorrichtung kann auch dadurch in den Lagerkörper integriert werden, daß in diesem Lagerkörper mit dem Innenraum verbundene, nach außen abgedichtete Kolben angeordnet werden, wobei die Kolben mittels im Lagerkörper drehbarer Schrauben axial in den Bohrungen verschiebbar sind. Damit kann das im Innenraum enthaltene Fettvolumen ohne Schmiermittelzufuhr von außen verändert damit die Höhenlage der Gleitfläche eingestellt werden.
Die Erfindung wird weiter anhand der folgenden Prinzipskizzen und Ausführungsbeispiele näher erläutert: Fig.l zeigt die grundsätzliche Anordnung. Über die Gleitplatte 1 wird die Last F auf dem Dichtkörper 2 des Lagers abgestützt. Der mit Schmiermittel gefüllte Innenraum 3 ist an der Gleitfläche 4 mittels des Dichtrandes 5 und zum Lagerkörper 6 mittels der Dichtung 7 abgedichtet. Infolge des sich am Dichtkörper einstellenden Kräftegleichgewichtes bildet sich unter der Last F selbsttätig der Druck p im Innenraum, wobei p = F/Ah ist. Durch die konstruktive Wahl des Flächenverhältnisses A/Ah kann nun die gewünschte Anpreßkraft der Dichtrandfläche Ad eingestellt werden. Die geringste Anpreßkraft und damit auch die geringste Reibung ergibt sich etwa, wenn A/Ah=1 ausgeführt wird, da hierbei gleichzeitig noch kein Undichtwerden des Dichtrands zu befürchten ist.
Fig.2 zeigt ein Lager, bei dem die von der Dichtung 7 eingeschlossene Wirkfläche Ah kleiner ist , als die von der niederdruckseitigen Begrenzung 5@ des Dichtrandes 5 umschlossene Fläche A , wobei gleichzeitig die der Gleitfläche 4 zugekehrte Oberfläche Ad des Dichtrandes 5 so geformt ist, daß sie zusammen mit der Gleitfläche 4 einen sich vom Innenraum 3 zu dem das Lager umgebenden Außenraum hin verengenden Spalt bildet. Bei einem Lager nach Fig.2 entsteht das Kräftegleichgewicht am Dichtkörper 2 bei einer von der Spaltform und vom Flächenverhältnis abhängigen Spaltweite h zwischen Dichtkörper und Gleitfläche.
So kann etwa durch Wahl eines bestimmten Konuswinkelsfür die Dichtrandfläche Ad und die Wahl der Durchmesser Dh, Di und Da erreicht werden, daß im Gleichgewichtszustand der Spalt h nur wenige Mikrometer beträgt. Ein hochviskoses Schmiermittel tritt auch bei hoher Druckdifferenz unter diesen Umständen so langsam aus dem Spalt h aus, daß der in diesem Fall erreichte Zustand der Reibungsfreiheit zwischen Gleitfläche und Dichtrand bei sehr kleiner Absenkgeschwindigkeit v über eine beträchtliche Zeitspanne aufrecht erhalten werden kann.
Fig 3 zeigt ein Lager mit einer mit der Kraft F belasteten Gleitplatte 1, dem Dichtkörper 2 mit den Dichtungen 7 und 8 sowie einer von mehreren, den Dichtkörper an die Gleitfläche 4 anpressenden Federn 9. Der Dichtrand wird hier von einer lose in den Dichtkörper eingelegten, aus verstärktem PTFE bestehenden , sekundär mittels eines O-Rings abgedichteten Dichtung 8 gebildet, die an der Berührfläche Ad die radiale Breite B aufweist. Bei dem in Fig.3 gezeigten, rotationssymmetrischen Lager ist der Außendurchmesser Da des Dichtrandes und der Abdichtduchmesser Dh der Dichtung 7 gleich groß.
Damit ist entsprechend der bei Fig.1 gegebenen Definition hier das Verhältnis Ah/A = 1 . Dies bedeutet, daß auch dann, wenn der im Innenraum sich autohydrostatisch bildende Druck p =F/A in den Rauheitsspalt der radialen Breite 8 zwischen die Dichtung 8 und die Gleitfläche eindringt, kein Abheben des Dichtkörpers von der Gleitfläche und damit keine Undichtheit des Lagers eintreten kann. Weiterhin zeigt Fig.3 einen von mehreren im Lagerkörper 6 angeordneten Kolben 10 . Mittels der Schrauben 11 können die Kolben 10 in ihren Bohrungen verschoben werden, wodurch Schmiermittel in den Innenraum 3 gepreßt werden und damit die Höhe H zwischen einer Basis 15 und der Gleitfläche 4 auch unter Einwirkung der Belastung F verändert werden kann. Für die in Fig.3 gezeigten Verhältnisse kann die Reibungszahl f=Fr/F des Lagers in Abhängigkeit von der materialbedigten Reibungszahl fd des berührenden Dichtrandes der Dichtung 8 angegeben werden. Sie beträgt annähernd f = 4.fd.B / Da fig.4 zeigt schließlich ein Lager, das gegenüber dem in Fig.3 gezeigten noch einige zusätzliche Elemente aufweist, nämlich den Tragkörper 12 die Schrauben 13 und den Schutzrand 14.
Aufgabe des vorzugsweise aus PTFE bestehenden Tragkörpers 12 ist es, bei einer eventuell auftretenden Undichtheit des Dichtkörpers nach einer Absenkung der Gleitfläche 4 um das Maß hF selbst als Gegengleitfläche zu wirken. In einem solchen Fall arbeitet das Lager dann wie ein herkömmliches PTFE-Gleitlager.
Die Schrauben 13 begrenzen im Zustand der Vorfüllung des noch offenen Lagers den Hub des Dichtkörpers, der durch die Federn 9 verursacht wird.
Ein mit dem Lagerkörper 6 verbundener Schutzrand deckt den Federraum unterhalb des Dichtkörpers ab und schützt diesen gegen das Eindringen von Fremdkörpern aus der Umgebung.
In Betracht gezogene Druckschriften: /1/ Uetz,H. und V.Hakenjos :" Gleitreibungs-und Gleitverschleißversuche an Kunststoffen, Z.Kunststoffe,Bd.59,1969,H.3 /2/ Müller, H.K. ." Konstruktionselemente mit ungewöhnlichen Reibungszahlen" in Institutsbericht Nr.10, Februar 1982, Institut für Maschinenelemente und Gestaltungslehre, Universität Stuttgart Leerseite

Claims

Patentansprüche Gleitlager mit autohydrostatischer Schmierung zum reibungsarmen Bewegen großer Lasten mit kleiner Geschwindigkeit, bestehend aus einem Lagerkörper und einem mit Schmiermittel gefüllten Innenraum des Lagerkörpers wobei der Innenraum an die Gleitfläche angrenzt und von einem Dichtrand umschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtrand ein Element eines relativ zum Lagerkörper In Richtung der Wirkungslinie der Lagerlast verschieblichen und relativ zum Lagerkörper beweglich abgedichteten Dichtkörpers ist.
2. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die von der Dichtung zwischen dem Lagerkörper und dem Dichtkörper eingeschlossene Wirkfläche gleich groß oder größer ist als die von der niederdruckseitigen Begrenzung des Dichtrand@s umschlossene Fläche, wenn die die Gleitfläche berührende Dichtrandfläche konform zur Gleitfläche ist.
3. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Dichtung zwischen dem Lagerkörper und dem Dichtkörper eingeschlossene Wirkfläche kleiner ist, als die von der niederdruckseitigen Begrenzung des Dichtrandes umschlossene Fläche, wenn die der Gleitfläche zugekehrte Oberfläche des Dichtrandes zusammen mit der Gleitfläche einen sich vom Innenraum zum das Lager umgebenden Raum hin verengenden Spalt bildet.
4. Gleitlager nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Lagerkörper zusätzlich ein zumindest an seiner der Gleitfläche zugekehrten Oberfläche aus einem Werkstoff mit kleiner Reibungszahl, Insbesondere aus PTFE bestehender Tragkörper angeordnet ist, der bei Schmiermittelverlust aus dem Innenraum infolge eines Undichtwerdens des Dichtkörpers als Gegengleitfläche wirkt.
5 Gleitlager nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtrand an seiner der Gleitfläche zugekehrten Oberfläche aus einem reibungsarmen Werkstoff, insbesondere aus verstärktem PTFE besteht.
6. Gleitlager nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkörper zusätzlich zu dem selbsttätig infolge der Belastung auftretenden autohydrostatischen Druck von einer oder mehreren Federn an die Gleitfläche gepreßt wird.
7. Gleitlager nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper einen mit seinem Innenraum verbundenen Anschluß zur Zuführung von Schmiermittel unter Druck aufweist.
8. Gleitlager nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Lagerkörper mit dem Innenraum verbundene, nach außen durch abgedichtete Kolben verschlossene Bohrungen angeordnet sind und die Kolben mittels im Lagerkörper angeordneter Schrauben axial in den Bohrungen bewegbar sind.