DE3214250C3

DE3214250C3 - Lagervorrichtung

Info

Publication number: DE3214250C3
Application number: DE3214250A
Authority: DE
Inventors: Stanley S Orkin
Original assignee: Kamatics Corp
Current assignee: Kamatics Corp
Priority date: 1981-04-20
Filing date: 1982-04-17
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2002-04-18
Also published as: IT8220726A0; FR2504218A1; JPS57184721A; JPH0461205B2; DE3214250A1; GB2097486A; FR2504218B1; IT1210477B; GB2097486B; DE3214250C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleitlager gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs.

Herkömmliche Wälzlager sind mit Rollkörpern aufgebaut, die zwischen Innen- und Außenringen angeordnet sind und durch Fett geschmiert werden. Um die Leistungsfähigkeit im Betrieb einschließlich Korrosionsbestän digkeit zu erhalten, ist eine periodische Schmierung erforderlich. Derartige Lager versagen bei Rißbildung in den Rollkörpern und Aufspaltung des Innenrings. Die Leistungsfähigkeit dieser bekannten Wälzlager hängt auch von der Wirksamkeit der damit verbundenen Dichtungen ab, die nicht nur sicherstellen, daß das Schmier fett im Lager bleibt, sondern auch Verunreinigungen von außen vermeiden.

Ein anderes, bekanntes Lager weist ein selbstschmierendes Beschichtungssystem auf, das auf der inneren Fläche eines Außenringes befestigt ist, der gegen die Lauffläche eines gehärteten Innenrings arbeitet. Dieses Lager erfordert keine periodische Schmierung und besitzt im allgemeinen eine höhere Arbeitsbelastungskapazi tät als die zuvor genannten Wälzlager. Außerdem ist die Radialbelastungskapazität wesentlich größer als die der Rollkörperlager mit hoher Axialdruckkapazität, was durch die Verwendung des separaten selbstschmierenden Beschichtungssystem sichergestellt wird. Eine derartiges Lager vom selbstschmierenden Typ ist beispielsweise in den US-Patentschriften 40 48 370 und 41 34 842 beschrieben. Das in ersterer Druckschrift beschriebene Lager besitzt keinen mit einem selbstschmierenden Lagermaterial überzogenen Innenring mit radialen Wänden oder Flächen.

Es hat sich gezeigt, daß das selbstschmierende Material oder die selbstschmierende Beschichtung auf der inneren Lauffläche des Außenrings in einem derartigen Lager einer Furchwirkung durch induzierte Beschich tungsverschiebung ausgesetzt ist, wenn sie durch den Innenring während der Rotation des Außenringes belastet wird. Dieser Umstand beeinträchtigt die Bindung der Beschichtung negativ und wenn die Bindung der selbst schmierenden Beschichtung mit dem Substrat, d. h. der inneren Lauffläche des Außenringes versagt, ist das Beschichtungssystem zwischen dem Innenring und dem Außenring ohne jede Unterstützung eingeklemmt und wird herausgedrückt.

Bekannte Wälzlager werden unter Verwendung eines selbstschmierenden Beschichtungssystem gebaut, das am Innendurchmesser des Außenringes in der Annahme befestigt wird, daß die Abnutzung während der Lebensdauer der Lagervorrichtung über den gesamten Umfang des Beschichtungssystems verteilt würde und somit eine erhöhte Lebensdauererwartung resultiert. Es wurde jedoch beobachtet, daß aufgrund der Rotation der selbstschmierenden Außenringbeschichtung gegenüber dem stationären Innenring und die in einer Richtung erfolgende Belastung Beschichtungssysteme mti einem Zusammendrückungsmodul von bis etwa 70300 kg/cm² einer Materialverschiebung unterworfen sind. Die Fehlanpassung der Umfangsfläche des inneren Ringes zum äußeren Ring durch unterschiedliche Toleranzen und die Dicke des Beschichtungssystems liefert den Mechanis mus, der örtliche Verschiebungen des Beschichtungssystems möglich macht, wenn der äußere Ring bei Belastung auf den stationären Innenring überträgt. Deshalb belasten Beschichtungssysteme, wenn sie einer stetigen Bela stung unterliegen, während sie sich gegenüber dem Innenring bewegen, die Beschichtung unmittelbar vor der fortschreitenden Belastungswirkung des Innenringes, die als Furchwirkung bekannt ist, mit einer hohen Scher belastung und hohen Zugkräften. Wenn dann noch eine Fluidverunreinigung hinzukommt, wird das Beschich tungssystem aufgrund der Brems- bzw. Klemmwirkung des Fluids vor dem fortschreitenden Innenringgleitkon takt zusätzlich belastet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Gleitlager der eingangs genannten Art zu schaffen, das geringeren Verschleiß und eine erhöhte Lebensdauer gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Patentanspruchs.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren, die bevorzugte Ausführungsform darstellen, näher erläu tert.

Fig. 1a zeigt im Querschnitt eine Lagervorrichtung gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 1b und 2 zeigen die verbesserte Lagervorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 zeigt einen Schritt durch die Lagervorrichtung gemäß Fig. 2 entlang der Linie 3-3.

Fig. 1a ist ein etwas auseinandergezogener Querschnitt, um die Einzelheiten des selbstschmierenden Materi als besser darstellen zu können, welches gemäß einer Lagervorrichtung wie in der US-PS 41 34 842 beschrieben verwendet wird. Die Lagervorrichtung besitzt einen Innenring 11, der beispielsweise eine Buchse sein kann, die mechanisch in ihrer Position gehalten wird. Ein Außenring 13 ist so angeordnet, daß er mit dem Innenring 11 zusammenwirken kann und gegenüber diesem drehbar ist. Ein selbstschmierendes Lagermaterial 15 ist fest auf der inneren Lauffläche 17 des äußeren Rings 13 befestigt, wobei das Lagermaterial 15 mit der äußeren Laufflä che 19 des Innenrings 11 zusammenwirken kann und gegenüber dieser beweglich ist. Ein ringförmiger Verschluß 21 ist auf dem Innenring 11 befestigt, um den Außenring 13 bezüglich des Innenrings 11 in axialer Richtung zu fixieren. Verfahren zur Befestigung des Lagermaterials 15 auf der Lauffläche 17 des äußeren Rings 13 sind bekannt und beispielsweise in der zuvor genannten US-PS 41 34 842 beschrieben.

Fig. 1b ist ein Teilquerschnitt und Fig. 2 ist ein Querschnitt der erfindungsgemäß verbesserten Lagervorrich tung, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit die Welle weggelassen worden ist. Die Lagervorrichtung weist einen Innenring 23 auf, der beispielsweise eine Buchse sein kann. Ein Außenring 25 ist so angeordnet, daß er mit dem Innenring 23 zusammenwirken kann und gegenüber diesem drehbar ist. Ein ringförmiges Verschlußbauteil 27 verhindert die axiale Bewegung des Außenrings 25 gegenüber dem Innenring 23. Bei der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung ist entgegen dem Stand der Technik die äußere Lauffläche 29 des Innenrings 23 mit einem selbstschmierenden Lagermaterial 31 ausgestattet, das nach jeder herkömmlichen Methode fest darauf befestigt ist. Das Lagermaterial 31 kann mit der inneren Lauffläche 33 des Außenrings 25 zusammenwirken und ist gegenüber diesem bewegbar.

Erfindungsgemäß ist das selbstschmierende Lagermaterial 31 außerdem Fest auf den Seitenwänden 35 des Außenrings 25 befestigt, um eine Verbindung mit geringer Reibung zwischen dem Außenring 25 und der entsprechenden, damit zusammenwirkenden Fläche 37 des ringförmigen Verschlußbauteils 27 und der zusam menwirkenden Fläche 39 des Randbereiches 41 des Innenrings 23 zu liefern.

Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang den Linien 3-3 in Fig. 2 und zeigt die relative Anordnung des selbstschmie renden Lagermaterials 31, das an der äußeren Lauffläche 29 des Innenrings 23 in bezug auf die Lauffläche 33 des Außenrings 25 befestigt ist. Bei einer typischen Betriebsweise greift die Last, wie durch den Pfeil angegeben, vertikal an, so daß die Lauffläche 33 des Außenrings 25 in der dargestellten Belastungszone auf das selbstschmie rende Lagermaterial 31 des Innenrings 23 wirkt. Wenn also der Innenring 23 in seiner Position fixiert ist, ist nur das Lagermaterial 31 in der Abnutzungszone einer Belastung ausgesetzt. Dabei kann der Innenring 23 erfin dungsgemäß ausgerichtet werden, um den Bereich des Lagermaterials 31, der einer Belastung ausgesetzt ist, zu variieren und dadurch die Lebensdauer der Lagervorrichtung zu verlängern.

Der Außenring 25 der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung ist aus Metall, vorzugsweise rostfreiem Stahl (Schmiedestahl oder Metallkeramik) wie 440C, 17-4PH und 304, vorzugsweise 440C hergestellt, wenngleich anderes Metall wie Stahl 52100 mit hohem Kohlenstoffgehalt, eloxiertes Alumini um, Inconel und Hastelloy ebenfalls verwendet werden können, um eine metallische innere Lauffläche 33 zu ergeben. Die Seitenwände 35 des äußeren Rings 25 weisen ein fest darauf befestigtes selbstschmierendes Material 31 auf.

Der Innenring 23 der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung kann ebenfalls aus einem Metall wie oben angegeben und vorzugsweise aus rostfreiem Stahl 17-4PH hergestellt sein. Auf der äußeren Lauffläche 29 des Innenrings 23 ist das selbstschmierende Material 31 fest befestigt.

Das selbstschmierende Material 31 kann ein festes organisches Schmiermittel wie ein fester Polyester, Polya mid, Polyphenylensulfid, Polyarylsulfon, ein Polyfluorkohlenstoff oder ein gehärtetes Acrylat wie in der US-PS 40 48 370 beschrieben, auf die hiermit ausdrücklich bezug genommen wird, oder sogar eine gewobene Faserma trix imprägniert mit einer gehärteten Acrylatzusammensetzung wie in der US-PS 41 34 842 beschrieben, auf die hiermit ebenfalls ausdrücklich bezug genommen wird, sein. Das selbstschmierende Material 31 kann nach bekannten Verfahren auf der äußeren Lauffläche 29 des Innenrings 23 und den Seitenwänden 35 des äußeren Rings 25 befestigt werden.

Repräsentative Polyester sind unter anderem aromatische Polyester wie p-Oxybenzoylpolyester, der im Handel beispielsweise unter der Bezeichnung Ekanol erhältlich ist und von der Carborundum Co. vertrieben wird. Dieses Polyestermaterial besitzt eine Dichte im Bereich von 1,44 bis 1,48 g/cm³ und einen Schmelzpunkt von etwa 427°C. Erfindungsgemäß geeignete Polyamide sind beispielsweise Nylon-6 und Nylon-6,6, wenngleich auch andere Nylonzusammensetzungen verwendet werden können. Aromatische Polyp-phenylensulfide kön nen ebenfalls eingesetzt werden. Derartige Polymere können ein Molekulargewicht bis etwa 13 000 besitzen. Sie sind im Handel unter der Bezeichnung Ryton von der Firma Phillips Petroleum Company erhältlich, wobei ein derartiges Produkt ein spezifisches Gewicht von etwa 1,34, eine Dichte von etwa 1,34 g/cm³ und einen Schmelz punkt von etwa 288°C besitzt. Erfindungsgemäß geeignete Polyfluorkohlenstoffe umfassen Polytetrafluorethy len. Zu den erfindungsgemäß geeigneten Polyarylsulfonen gehören solche, die ein Molekulargewicht im Bereich von etwa 30000 bis 60000 besitzen. Ein gut geeignetes Polyarylsulfon ist das im Handel unter der Bezeichnung Polymer 360-3M Astrel 360 erhältliche Produkt mit einem spezifischen Gewicht von 1,36, einer Dichte von 1,36 g/cm³, einer Druckfestigkeit bei 22,8°C von 1258,4 kg/cm² und einem Schmelzpunkt von etwa 288°C. Geeignet sind auch Polyimide, die im Handel beispielsweise unter der Bezeichnung Vespel SP-1 (DuPont) erhältlich sind, welches ein spezifisches Gewicht im Bereich von 1,41 bis 1,43, eine Dichte von etwa 1,44 g/cm³, eine Druckfestigkeit bei 22,8°C von etwa 1687,2 kg/cm² und eine Verformungstemperatur bei 18,6 kg/cm² von etwa 360°C besitzt. Ein modifiziertes Vespel SP-1 Polyimid ist Vespel SP-21 das 15 Gew.-% Graphit enthält und ein spezifisches Gewicht von etwa 1,51, eine Dichte von etwa 1,51 g/cm³ und eine Druckfestigkeit bei 22,8°C von etwa 1265,4 kg/cm² besitzt. Andere Polyimide sind unter anderem das im Handel unter der Bezeichnung XP1-182 von der Firma American Cyanamid erhältliche Produkt, das ein spezifisches Gewicht von etwa 1,28, eine Dichte von etwa 1,27 g/cm³, eine Druckfestigkeit bei 22,8°C von etwa 1757,5 kg/cm² und eine Verformungs temperatur bei 18,6 kg/cm² von 227°C besitzt. Ein weiteres im Handel unter der Bezeichnung Genom 3010 von der Firma General Electric erhältliches Polyimid besitzt ein spezifisches Gewicht von etwa 1,90, eine Dichte von etwa 1,88 g/cm³, eine Druckfestigkeit bei 22,8°C von etwa 2945,6 kg/cm² und eine Verformungstemperatur bei 18,6 kg/cm² von etwa 349°C. Es können auch Polyimide verwendet werden, die Polytetrafluorethylen oder Graphitfasern enthalten.

Wenn das gewählte selbstschmierende Material eine gehärtete Mischung einer Acrylatzusammensetzung und eines teilchenförmigen festen Schmiermittels wie Polytetrafluorethylen ist, kann die Acrylatzusammensetzung aus der folgenden Gruppe ausgewählt werden:

a) Einer Mischung einer größeren Menge eines flüssigen Acrylesters ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Di-, Tri- und Tetraestern einer Acrylsäure und einem mehrwertigen Alkohol, einer geringeren Menge eines Prepolymers mit niedrigem Molekulargewicht aus einem Ester eines niedermolekularen Alkohols mit einer endständigen Vinylgruppe und einer aromatischen Polycarbonsäure gelöst in der Acrylsäure und in einer zur Copolymerisation des Acrylesters und des Prepolymeren ausreichenden Menge eines organischen Amids mit der Formel
in der R ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff und aliphatischem Kohlenwasserstoff mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen,
b) einer Mischung aus Acrylestermonomer, einem Peroxidinitiator in ausreichender Menge zur Initierung der Polymerisation des Monomers und einem Aminoalkoxyalkylamin in ausreichender Menge zur Be schleunigung der Polymerisation des Monomers mit der Formel
R₁ - N(H)R₂[OR₃]_x(H)R₄,
in der x eine ganze Zahl von 1 bis 6 bedeutet, R₁ und R₄ unabhängig voneinander Wasserstoff oder niederer Alkylrest und R₂ und R₃ unabhängig voneinander niedere Alkylbrücken zwischen N oder O sind,
c) einer Mischung aus einem Acrylester eines Alkylaminoalkylalkohols und einer wirksamen Menge eines Hydroperoxidkatalysators, wobei der Acrylester folgende Formel besitzt:
in der x eine ganze Zahl von 0 bis 5, y eine ganze Zahl von 1 bis 6, R einen Wasserstoff-, Halogen-, Hydroxy-, Cyano- oder einen niederen Alkylrest und R₁ einen Wasserstoff- oder einen Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlen stoffatomen bedeuten,
d) einer Mischung eines flüssigen Acrylestermonomeren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Die stern einer Acrylsäure und einem mehrwertigen Alkohol, Acrylestern von cyclischen Etheralkoholen, Acrylestern von Aminoalkoholen und Mischungen derselben, eines Peroxidnitiators und eines Oxyalkyla mins mit der Formel
(H)_mN[(CH₂)_x(OR₁)_yOR₂]_n,
in der m und n jeweils ganze Zahlen von 1 bis 2 sind, wobei die Summe aus m und n 3 beträgt, x eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist, y eine ganze Zahl von 0 bis 6 ist, R₁ ein niederer Alkylrest ist und R₂ ein Wasserstoff- oder niederer Alkylrest ist,
e) einer Mischung aus einem Acrylestermonomer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Di-, Tri- und Tetraestern einer Acrylsäure und eines mehrwertigen Alkohols, Acrylestern von cyclischen Etheralkoholen, Acrylestern von Aminoalkoholen und Mischungen derselben, eines peroxidischen Initiators in ausreichen der Menge zur Initierung der Polymerisation des Monomeren und einer zur Beschleunigung der Polymeri sation des Monomeren ausreichenden Menge Rhodanin oder eines Hydrazids der Formel
in der R und R' aus separaten Gruppen und aus einer unteren Ausbildung eines cyclischen Rings verbun denen Gruppe ausgewählt sind, R weiterhin ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff-, Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl- und Alkoxyresten und R' ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasser stoff-, Alkyl-, Cycloalkyl-, Acyl- und Dithiocarbonylresten und
f) einer Mischung aus einem Monomer der Formel
in der R₁ und R₂ ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff- und niederem Alkylrest und R₃ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus niederem Alkyl-, niederem Hydroxyalkyl-, Cyano- und niederem Cyanoalkylrest, mindestens einem Äquivalent einer Säure für jedes Äquivalent des Monomeren, wobei die Säure ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäure und niederen Alkylacrylsäuren, einem Initiator ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus t-Butylperbenzoat, t-Butylperacetat und Di-t-bu tyldiperphthalat, wobei der Initiator in einer zur Initierung der Polymerisation des Monomeren ausreichen den Menge vorhanden ist, einem Trihydroxybenzolinhibitor und einem Beschleuniger ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Benzyhydrazid und N-aminorhodanin.

Wenn das selbstschmierende Material eine mit einer gehärteten Acrylatzusammensetzung imprägnierte, gewebte Fasermatrix ist, kann die gewebte Fasermatrix ein Material sein, das aus einer Mischung von Fasern gewebt worden ist, wobei die eine Seite des Materials schmierende Fasern und die andere Seite des Materials Verstärkungsfasern enthält. Geeigneterweise kann die gewobene Fasermatrix aus Polytetrafluorethylenfasern als Schmierfasern und aus Verstärkungsfasern wie KEVLAR-Fasern, Polyethylenterephthalat-Fasern (DA CRON) sowie Fiberglas- und Graphit-Fasern hergestellt werden. Vorzugsweise sind die Verstärkungsfasern KEVLAR-Fasern, die im Handel unter der Bezeichnung KEVLAR-PRD 49 von der Firma DuPont erhältlich sind. KEVLAR ist eine organische polymere Verbindung, die als aromatisches Polyamid bekannt ist, d. h. ein Aramid. Es ist eine aus langkettigen synthetischen Polyamiden hergestellte Faser mit hoher Festigkeit und hohem Modul, wobei mindestens 85% der Amidbindungen direkt mit zwei aromatischen Ringen verbunden sind. Die KEVLAR-Faser ist extrem stabil und besitzt hohe Festigkeits-, Zähigkeits- und Steifheitseigenschaften. Die Dichte von KEVLAR-PRD 49 beträgt 1,45 g/cm³ und die mechanischen Eigenschaften liegen zwischen den Werten von Glas- und Graphitfasern. Die härtbare Acrylatzusammensetzung, die jede der unter (a) bis (f) definierten Zusammensetzungen sein kann, ist in einer ausreichenden Menge vorhanden, um die gewobene Fasermatrix zu imprägnieren und diese an die äußere Lauffläche des Innenrings zu binden.

Claims

1. Gleitlager mit einem feststehenden Innenring (23), der eine zylindrische äußere Lauffläche (29) aufweist, einem den Innenring (23) umgebenden Außenring (25) und mit einem dazwischenliegenden selbstschmie renden Lagermaterial (31), dadurch gekennzeichnet,
daß das selbstschmierende Lagermaterial (31) auf der äußeren Lauffläche (29) des Innenrings (23) aufge bracht ist;
daß der Außenring (25) auf dem selbstschmierenden Lagermaterial (31) gleitend aufliegt und um die Lagerachse drehbar ist; und
daß der Innenring (23) mit radial vorstehenden Flächen (37; 39)und der Außenring (25) mit Schultern (35) versehen ist, die den Flächen (37; 39) gegenüberliegen und die ebenfalls mit einem selbstschmierenden Lagermaterial (31) überzogen sind.