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Gleitfläche mit zahlreichen, quer zur Gleitrichtung verlaufenden Aussparungen.
Es ist bereits mehrfach vorgeschlagen worden, Gleitflächen von Maschinenteilen durch
Bilden von Aussparungen, Ölnuten u. dgl: zu unterbrechen. Neuerdings wurde im Patent
2991.25 vorgeschlagen, die Gleitfläche zwecks Vermeiden eines Anfressens regelrecht
zu rauhen, vorzugsweise nach Art von Feilen.
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Obwohl eine solche Rauhung bei Gleitflächen gegenüber den bisher meist
üblichen ununterbrochenen, glatten Gleitflächen wesentliche Vorteile aufweist und
theoretisch sogar überhaupt eine Furchenbildung von Reibungskörnern ausschließt,
so entstehen aber beim Aufeinandergleiten und bei der flerstel-Jung von rauhen Flächen
auch mancherlei Nachteile und Gefahren, welche nunmehr bei vorliegender. Ausbildung
von Gleitflächen vermieden oder wesentlich gemildert werden sollen.
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Die Gleitfläche ist mit zahlreichen, quer zur Gleitrichtung verlaufenden
Aussparungen, welche eine Verminderung des Anfressens bei Gleitdruck bezwecken,
versehen. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen im Verhältnis zu
den Gleitstegen geringe- Breitenabmessungen erhalten.
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Zu dieser Gleitflächenausbildung führte die Erkenntnis und Beobachtung,
daß fast immer ein Reibungskorn vom Gleitflächenrande ab eine gewisse Wegstrecke
(in der Regel von über i mm Länge) zu seiner Entstehung bzw. bis zu seiner Festkeilung
unter fadenartiger Furchenbildung durchschnittlich braucht, bevor eine wesentliche
schädliche Wirkung einzutreten pflegt. Es kann demnach ein Heißlaufen und Anfressen
bereits dann schon mit hoher Sicherheit gehindert werden, wenn die einzelnen Abstände
der vorzugsweise möglichst schmalen Flächenaussparungen untereinander in der Gleitrichtung
nahezu gleich diesen, -von Fall zu Fall je nach den Gleitbedingungen leicht zu ermittelnden
kritischen Reibungsstrecken sind. Es ist also in der Regel infolge entsprechender
Berücksichtigung der kritischen Reibungsstrecken gar nicht erforderlich, die Häufigkeit
und Art der Gleitflächenunterbrechungen bis zu einer mit zahlreichen Nachteilen
verknüpften Rauhung der Gleitfläche zu treiben; sondern man kann nunmehr auch bei
glatten, ungerauhten. Gleitflächen unterAufrechterhalten ihrer Vorteile ein schädliches
Anfressen und Heißlaufen in praktisch hinreichender Weise verhindern oder mildern.
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Vorstehendes soll an Hand einiger Ausführungsbeispiele und schematischer
Zeichnungen näher erläutert und ergänzt werden.
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In der Ouerschnittfigur i ist eine Lagerschale a mit vielen schmalen
Aussparnuten b. dargestellt. Aus der Grundrißfigur a ist ersichtlich,, daß diese
Nuten durch einen aufgeschraubten Schutzring c, welcher aus Blei, Leder oder aus
irgendeinem anderen geeigneten Stoff bestehen kann, am Lagerende verschlossen werden,
wenn dies etwa erforderlich sein sollte.
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Die günstige Wirkungsweise einer solchen Gleitfläche läßt sich am
einfachsten durch folgenden Versuch deutlich veranschaulichen. Man läßt eine (z.
B. ioo mm) lange und (z. B.2-3 mm) schmale, sorgfältig geglättete ebene Gleitfläche
ohne Anwenden von Ö1-schmierurig
u. dgl. auf einer glatten Unterlagsplatte
in verschiedener Richtung, aber unter sonst gleichen Bedingungen hin und her gleiten.
Beim Bewegen in der Längsrichtung der schmalen Gleitfläche treten rascher und weit
stärker die Erscheinungen und Nachteile des sogenannten Einfressens auf, als wenn
man die Gleitfläche quer (schräg oder senkrecht) zur Längsrichtung gleiten läßt.
Bei der Querbewegung entsteht bedeutend seltener und nur an der rückwärts liegenden
Kante zuweilen eine geringfügige kurze Furche eines Reibungskornes, welches sich
meist sogleich am nahen Rande der Gleitfläche .umlegt und dadurch unschädlich aus
der Gleitfläche ausscheidet. Bei diesen ohne Schmierung vorgenommenen Versuchen
mit verschiedenen metallischen und nichtmetallischen Stoffen unter im übrigen gleichen
Bedingurigen wurde ferner als wesentlich erkannt, daß für die Entstehung eines Reibungskornes,
soweit es durch 'molekulare Adhäsion aus den beiden miteinander arbeitenden Gleitflächen
gebildet wird, sowie für das Festkeilen von entstandenen Körnern eine gewisse im
Durchschnitt ziemlich gesetzmäßige, ununterbrochene »kritische Gleitstrecke« je
nach den Gleitbedingungen sich ergibt. Bleibt man also in der Bemessung der Gleitflächenstrecken
ungefähr bei oder unterhalb dieser kritischen Gleitstrecke, immer unter Einhaltung
der sonstigen Versuchsbedingungen, so kann theoretisch bei glatten Gleitflächen,
selbst bei ungenügender oder unterlassener Schmierung, ein Heißlaufen usw. nicht
eintreten, so daß sich daher bereits aus diesem Grunde eine Rauhung vermeiden läßt.
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Wenn man nun auch in der Praxis niemals mit genau gleichbleibenden
und gleichmäßigen Gleitbedingungen rechnen kann, so geben die für die verschiedenen
Bedingungen planmäßig ermittelten Werte der kritischen Reibungsstrecken immerhin
einen ungefähren Maßstab für die zweckmäßigste Bemessung der einzelnen Gleitwegunterteilungen
und für die Wahl, Beurteilung und Beanspruchungsfähigkeit der in Betracht kommenden
Gleitstoffe.
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Das Anwenden von vielen senkrecht oder schräg zur Bewegungsrichtung
verlaufenden Nuten, Rillen, Fugen usw. ist an sich auch bei den üblichen ungerauhten
Gleitflächen in Form von Schmiernuten, Reinigungsspiralen usw. sowie für Sonderzwecke
(Dampflabyrinthdichtung) allgemein bekannt.
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Die Zwecke und Wirkungen, ferner die Abstände, Zahl und Beschaffenheit
der Vertiefungen oder Aussparungen sowie der einzelnen Gleitteilstrecken bzw. der
Gesamtfläche waren aber im wesentlichen bisher ganz andere als im vorliegenden Falle,
zumal die vorstehend entwickelten Erkenntnisse und Voraussetzungen. fehlten und
daher planmäßig nicht nutzbar gemacht werden konnten. Das Patent 2991z5 beruht zwar
zum Teil auf ähnlichen Grundgedanken, verwirklicht sie aber durch ein regelrechtes
Rauhen der Gleitfläche.
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Bei einer Gleitfläche gemäß Fig. z und 2 vermag man nunmehr ohne Schwierigkeiten
ein Heißlaufen, Anfressen und Festbremsen bei geeigneter Konstruktion der Gleitfiächeri
mit erhöhter Sicherheit auszuschließen, so daß sich naheliegende günstige Wirkungen
betr. Kraftbedarf, Betriebssicherheit, Wartung usw. ergeben. Zu der Vereinigung
der Vorteile von glatten Gleitflächen mit denen von rauhen Gleitflächen kommen noch
mehrere -besondere Vorzüge hinzu. Man kann z. B. den spezifischen Gleitdruck, den
man bei wichtigen Gleitflächen bisher von vornherein recht .niedrig wählen mußte,
nunmehr weit höher zulassen, also die durch Aussparungen verhältnismäßig nur wenig
verkleinerte Gleitfläche entweder stärker beanspruchen oder kleiner machen und an
Material, Gewicht usw. gegenüber den üblichen wie gegenüber gerauhten Flächen sparen,
Es ergeben sich. für die vorliegende Gleitfläche besondere Vorzüge in bezug auf
Betriebssicherheit, Festigkeit, Wärmeabfuhr, Härtefähigkeit, Materialbeanspruchung
bei der Nutenbildung und im Betriebe, Dauerhaftigkeit, Reinigungsmöglichkeit, Zahl
der verwendbaren Materialien usw.
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Der Anwendung von Lagermetall (welches sich ebenso wie zahlreiche
andere Stoffe für eine Rauhung häufig gar nicht eignet), einer sorgfältigen Schmierung
und der Mitbe-=nutzurig anderer geeignet erscheinender Maßnahmen steht offenbar
bei vorliegender Gleitfläche nichts im Wege. Man kann aber in sehr vielen Fällen
z. B. statt kostspieliger Gleitstoffe (Lagermetall usw.) mit wesentlich erhöhter
Bewegungsfreiheit nunmehr auch zahlreiche andere, evtl. neuartige Stoffe für den
gleichen Zweck wählen, auch weniger oder schlechtere Schmiermittel, als bisher üblich,
anwenden. Lagermetall wirkt zwar an sich dem Anfressen und Heißlaufen entgegen,
vermag aber ein bereits eingetretenes Anfressen nicht mehr unschädlich zu machen,
wogegen nunmehr durch vorliegende Konstruktion sowohl das Entstehen wie die Ausbreitung
des Anfressens in praktisch hinreichendem Maße gehindert werden kann. Beispielsweise
kann man bei Gleitflächen von Eisenbahnwagen, Automobilen usw., welche durch Stöße
oder Staub stark leiden oder bei denen ein Heißlaufen (z. B. infolge übermäßiger
Beanspruchung oder infolge Versagens der Schmierung) gefährlich wirken kann, mit
größerer
Sicherheit billigere oder dauerhaftere Stoffe (Flußeisen, Stahl, zähen Temperguß
usw.) anwenden.
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Es war bekanntlich bisher durchaus unzweckmäßig, beispielsweise Stahl
auf Stahl oder Gußeisen auf Gußeisen gleiten zu lassen. Zur Herbeiführung einer
bleibenden Maschinengenauigkeit und Dauerhaftigkeit (z. B. bei Werkzeugmaschinen
oder anderenPräzisionsmaschinen oder bei Transmissionen) ist es aber häufig erwünscht,
Gleitflächen aus Eisen bzw. (harten) Eisenlegierungen anwenden zu dürfen und dennoch
auch bei hoher Beanspruchung ein Anfressen usw. praktisch ausschließen zu können.
Die Elastizität und Nachgiebigkeit der Gleitflächenteile kann unter Umständen durch
die Aussparungen nach Wunsch gesteigert werden.
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Während z: B. bisher bei einigermaßen soliden Lagern besondere Lagerschalen
angewandt werden mußten, kann man nunmehr bei Anwenden der vorliegenden Gleitfläche
die betreffende Achse etwa unmittelbar im Gehäusemetall oder in einfachen Buchsen
unter Benutzung der entsprechenden zahlreichen Aussparungen -in der Achse bzw. Buchse
gleiten lassen. Es kann dabei eine erhebliche Ersparnis und Vereinfachung an Material,
Bearbeitung, Abnutzung; Konstruktion usw. erzielt werden. Insbesondere ist die Abnutzung
bei der nunmehr in vielen Fällen ermöglichten, an sich für leichte Beanspruchung
bekannten Verwendung sehr harter Gleitstoffe (gehärteten Stahls, Gußeisens; naturharten
Stahls, glasartiger Stoffe usw.) verhältnismäßig nun auch für höhere Beanspruchungen
sehr gering.
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Vorzugsweise wird man im Gegensatz zu den üblichen breiten Schmiernuten
die Aussparungen recht eng machen (z. B. z 1@@ mm und noch enger), so daß die Gleitflächen
sich durchaus wie vollkommen ununterbrochene Flächen anfühlen können. Das mit Nuten
versehene Gleitflächenstück kann durch Reinigen der auch als wirksame Schlammfänger
dienenden Aussparungen leicht gesäubert werden; unter Umständen ohne Auseinandernehmen
bzw. ohne Betriebsunterbrechung. Genügt die Kapillarwirkung der schmalen Nuten nicht,
um ein unerwünschtes Wegdrücken des Öles zu verhindern, so können z. B.
-die Nuten an ihren Enden durch Gleitflächenmaterial oder, falls die Nuten
bis zumEnde der arbeitendenGleitfläche durchgeführt sind, auf beliebige sonstige
Weise verschlossen werden. Die Anwendung von recht engen Auffangnuten ist namentlich
auch aus dem Grunde zweckmäßig, um eine etwaige Schabwirkung der Nutenkanten auszuschließen,
wie sie bei breiten Schmiernuten o, dgl. gelegentlich vorkommt. Es ist im Gegensatz
zu -gerauhten Flächen, welche zur Feilenwirkung und zum Ineinanderverzahnen gelegentlich
neigen und deren Herstellung meist schwieriger und zeit-. raubender ist, nicht notwendig,
daß sich die Nuten kreuzen, wenn beide Gleitflächen mit Nuten versehen sind.
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Bei manchen Präzisionsmaschinen, insbesondere im Werkzeugmaschinenbau,
war es bisher nicht statthaft, ebene oder gekrümmte Gleitflächen mittels Schleifens
fertig zu schlichten, weil dabei leicht einzelne Schleifkörner in den Poren des
Materials zurückbleiben und später zum Einfressen und Abnützen Veranlassung geben
könnten, was beim üblichen Schaben von Hand mittels Schabmesser nicht zu befürchten
ist. Sind jedoch hinreichend Aussparungen auf den glatten Flächen, deren kauhung
bei Präzisionsmaschinen meist unzulässig ist, gemäß vorliegender Gleitfläche vorgesehen,
so kann man.die wirtschaftlichere und meist genauere endgültige Schlichtbearbeitung
mittels Schleifens anwenden, da etwaige Schleifkörner sich in den zahlreichen Aussparungen
rasch sammeln und nach verhältnismäßig kurzer Zeit restlos entfernt werden können.
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Das Verfahren gewährt einen besonders wertvollen Schutz in den zahlreichen
Fällen, wo es sich um Gleitflächen handelt, welche der Staubgefahr oder der Ablagerung
von Krusten oder sonstiger unerwünschterFrerndstoffe ausgesetzt sind. Die Glätte
der Flächen bzw. der zweckmäßig konstruierten Nuten, welche nicht zur Gratbildung
zu neigen brauchen, erleichtert eine bequeme Reinigung.
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Der Erfindungsgedanke läßt sich für die verschiedensten Gleitflächen,
für Kraft- und Arbeitsmaschinen, für Instrumente und Vorrichtungen anwenden, wo
ein Gleitdruck ein Anfressen, Heißlaufen oder Festbremsen von zusammenarbeitenden
Flächen befürchten läßt. Die vorliegende Gleitfläche kommt beispielsweise in Betracht
für Rundlager, ebene oder gekrümmte Geradführungen (z. B. für Zylinderwände), Achsen,
für nachstellbare und bewegliche Gleitlager und Gleitflächen üsw.
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Die einzelnen Ausführungsformen lassen sich untereinander sowie mit
anderen Verfahren, Vorrichtungen, Materialien oder Maßnahmen in mannigfacher Weise
sinngemäß vereinigen oder abändern.
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In Fig. 3 ist ein Ausschnitt einer Nutenfläche dargestellt, bei welcher
die Aussparungen schräg zur Gleitrichtung, welche durch den Pfeil angedeutet ist,
verlaufen.
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Je nach Gleitmaterial und Betriebsbedingungen genügt es meistens,
wenn die Gleitwegstrecken zwischen r-3 mm, in manchen i Fällen bis zu etwa 5 mm,
bemessen werden, damit ein etwa sich bildendes Reibungskorn
sofort
und rechtzeitig, bevor weitere Reibungskörner sich einstellen, unschädlich gemacht
wird. Ein Heißlaufen wird offenbar ja nicht durch das Festkeilen eines einzelnen
Kornes an sich erzeugt, sondern bekanntlich erst durch das bisher alsdann rasch
stattfindende gemeinsame Festkeilen von sehr vielen, darauf plötzlich durch die
eintretende spezifische Flächendruckvergrößerung entstehenden Bremskörnern.
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In Fig. 4 sind die einzelnen Aussparungen an sich unterbrochen, es
ist jedoch zwischen den Enden derselben, senkrecht zur Gleitrichtung, kein schädlicherZwischenraum
gelassen, so daß hier die gesamte Gleitfläche durch die Nuten in viele kurze Gleitstrecken
unterteilt ist.
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In Fig. 5 münden die schrägen Nuten bin eine gemeinsame Vertiefung
d, in welche durch das Gleiten in gleichbleibender Richlung das 01 selbsttätig
hingeschafft wird und so am Auslaufen aus den Lagerenden bei e gehindert wird. a
Fig. 6 soll veranschaulichen, daß die Nuten in an sich bekannter Weise in beliebigem
Kurvenzuge verlaufen können.
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Querschnittfigur 7 zeigt schrägliedende Nuten b, so daß das Lager
dadurch elastisch und federnd wirken kann.
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Fig.8 soll in Draufsicht einen Teil der Kreuzkopfführung einer Lokomotive
darstellen. Da die Führung in der Regel ganz offen liegt, ist bei ihr die Gefahr
des Anfliegens von Staubkörnern besonders groß.
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Die Bildung und Herstellung der engen, beliebig verlaufenden Nuten
kann in manniä facher Weise erfolgen. Beispielsweise durch Stoßen, Ziehen, Walzen,
Fräsen, Pressen, Prägen, Gießen, Ätzen, Schleifen, Sandstrahlwirkung usw., oder
-auch dadurch, daß die Nuten durch Zwischenräume von vielen zusammengesetzten Körpern
(z. B. hochkant oder schräg liegenden Blechteilen mit Zwischenlagen) gebildet werden,
wie beispielsweise in Fig. 7 angedeutet ist.