DE3412298A1

DE3412298A1 - Gekuehltes gleitlager

Info

Publication number: DE3412298A1
Application number: DE19843412298
Authority: DE
Inventors: Harald Prof. Dr. 5000 Köln Maaß
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1984-04-03
Filing date: 1984-04-03
Publication date: 1985-10-10

Description

Gekühltes Gleitlager
Die Erfindung bezieht sich auf ein gekühltes Gleitlager für umlaufende Wellen mit in der Lagerschale auf dem äußeren Umfang verteilten, eingelassenen Kühlmittelnuten, die einen U-förmigen Querschnitt aufweisen.
Ein derart gattungsgemäßes, gekühltes Gleitlager ist aus der DE-OS 32 17 892 bekannt. Hierbei ist ein gekühltes Gleitlager bestehend aus einem Stützring und einer Lagerschale aus Lagermetall angesprochen. In der Lagerschale können Kühlmittelkanäle der verschiedensten Querschnittsformen, im wesentlichen jedoch Rechtecknuten, eingelassen werden. Die Kühlmittelkanäle sind im weiteren gegebenenfalls durch ein die ganze Lagerschale umschließendes Rohr gegenüber dem Lagerschmierungssystem abgedichtet. Dabei erfolgt die Anordnung der Kühlmittelkanäle in der Lagerschale tangential, ring-, schrauben- oder mäanderförmig.
Das Kühlen von Gleitlagern ist bei stark beanspruchten Lagern häufig notwendig. Hierbei geht es um die Verschiebung der sogenannten "Freßgrenze" des Lagers zu höheren Temperaturen hin. Dem Fressen eines Lagers geht ein Temperaturanstieg desselben infolge von Fremdkörpern im Schmiermittelsystem, welche zwischen der Welle und der Lagerschale reiben, voraus. Ist der momentane Wärmeanfall infolge der Reibung zu groß, um an die Umgebung und an das Schmiermittel abgegeben zu werden, so steigt die Temperatur des Lagers stetig an, und der Schmierfilm wird dünner, da die Viskosität des Schmiermittels absinkt. Dabei vergrößert sich die Temperaturdifferenz zwischen Lagerreibstelle und Umgebung, weswegen sich wiederum der Wärmestrom erhöht.
Tritt jetzt kein Gleichgewicht zwischen Wärmeanfall und Wärmeabtransport ein, eskaliert die Temperatur bis zur Schmelze der Lagerschale - das "Lagerfressen" tritt auf.
Um diesen Mechanismus hinauszuzögern, ist es seit längerem bekannt, das Lager zu kühlen. Dazu kann die Lagerschale mit Kühlmittelkanälen versehen werden, durch die Kühlmittel beispielsweise Wasser oder Schmieröl strömt. Ein Problem, das bei derartigen Gleitlagern mit Kühlmittelkanälen in der Lagerschale auftritt, ist das Durchstanzen der Kühlmittelkanäle durch den sehr hohen Schmiermitteldruck.
Um dies zu vermeiden, wird zur Festigkeitserhöhung der Lagerschale ein gewisser radialer Mindestabstand zwischen Kühlmittelkanalboden und Lagerinnenbereich eingehalten.
Als nachteilig hat sich dabei erwiesen, daß so größere Wandstärken der Lagerschale entstehen, die wiederum schwer zu kühlen sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Maßnahmen vorzuschlagen, die die mögliche minimale Wandstärke des Lagermetalls verringern, ohne die Druckfestigkeit unzulässig zu schwächen, um dadurch die Kühlung zu intensivieren bzw. zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und die im nebengeordneten Anspruch 5 stehenden Merkmale gelöst.
Die Erfindung geht von einem bekannten gekühlten Gleitlager mit ring-, spiral-, mäanderförmig oder sonstwie auf dem äußeren Umfang der Lagerschale angeordneten Kühlmittelkanäle aus. Um die Kühlmittelkanäle schon in ihrer Gestaltung gegen radialen Druck stabil zu halten, wird der U-förmige Querschnitt derselben bevorzugt. Ein U-förmiger Querschnitt bedeutet prinzipiell ein Gewölbe, welches grundsätzlich gegen Druck sehr stabil ist. Zur Intensivierung der Kühlung werden im weiteren eine Vielzahl von Sacklochbohrungen, die von den Kühlmittelnuten ausgehen und radial auf den Innendurchmesser der Lagerschale hin verlaufen, vorgesehen. Dadurch muß die Lagerschale etwas dicker ausgeführt werden, aber die Sacklochbohrungen kommen dichter an die Gleitfläche des Lagers am Innendurchmesser der Lagerschale heran. Die entstehende Wärme wird dann durch Konvektion des Kühlmittels in den Sacklochbohrungen abgeführt.
Eine weitere Ausbildung der Sacklochbohrungen nach Unteranspruch 2 trägt wiederum Stabilitätsfragen Rechnung. Die halbkugelförmigen Enden der Sacklochbohrungen, welche auf den Gewölben der Kühlmittelkanäle aufgesetzt sind, stellen weitere Gewölbe dar und erhöhen so gegenüber herkömmlichen Bohrungsenden die Druckfestigkeit der Lagerschale.
Bei der Anordnung der Sacklochbohrungen sind noch eine Vielzahl von Varianten denkbar. Im besonderen sei hier die Anordnung der Sacklochbohrungen mit in Strömungsrichtung geneigter Achse, wodurch das Kühlmittel leichter in sie eindringen kann, und die Anordnung in irgendeinem seitlichem Winkel zu den Kühlmittelkanälen erwähnt. Dabei können die Sacklochbohrungen sogar teilweise von den Seitenwänden der Kühlmittelkanäle ausgehen und schräg seitwärts auf den Lagerinnenbereich gerichtete sein. Auch wäre eine Verbindung von mindestens zwei oder auch mehreren Sacklochbohrungen untereinander möglich.
Anspruch 5 beschreibt eine andere Lösungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Aufgabe. Hierbei wird die Lagerschale in zwei ringförmige Teile, die koaxial ineinandergefügt sind, aufgeteilt. Das äußere Teil, welches insbesondere aus hochfestem aber dennoch gut leitendem Material hergestellt ist, übernimmt die Kühl- und Tragaufgaben der Lagerschale, während das ortsfest mit diesem verbundene innere Teil, das vorzugsweise aus Lagermetall besonders dünnwandig gefertigt ist, die eigentlichen Gleiteigenschaften des Lagers sicherstellt. Durch diese Aufteilung der Aufgaben ist es möglich, für beide Fragestellungen optimale Materialien auszuwählen. Im Vergleich zu einer Lagerschale, die nur aus Lagermetall besteht und Kühlmittelnuten aufweist, erreicht eine erfindungsgemäße Lagerschale ungefähr gleiche oder geringfügig größere Werte der Lagerdicke. Vorteilhafterweise können aber jetzt die Kühlmittelkanäle viel dichter an die Innenoberfläche der Lagerschale herangeführt werden, wobei wegen des hochfesten Materials des Tragteils kein Durchstanzen der Lagerschale zu befürchten ist.
Die Ausführung der Erfindung nach Unteranspruch 8 ermöglicht die freie Wahl des Kühlmittels. Da dasselbe nicht mehr in den Lagerinnenbereich, d. h. in den für das Schmiermittel des Gleitlagers vorgesehenen Raum, eindringen kann, ist z. B. die Verwendung von Wasser als Kühlmittel nahegelegt.
Eine Ausbildung der Kühlmittelnuten und auch der Sacklochbohrungen nach Anspruch 12 erleichtert die Fertigung der Lagerschale als Gußteil. Hierbei sind alle radialverlaufenden Seitenwände der Kühlmittelkanäle und der Sacklochbohrungen schwach winklig ausgeführt, so daß sich die gegossene Lagerschale leicht aus der Gußform herauslösen läßt.
Für die weitere Erläuterung der Erfindung sei auf die Figuren hingewiesen, welche zwei ausgewählte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreiben. Es zeigt: Fig. 1 ein gekühltes Gleitlager im Querschnitt mit Sack lochbohrungen, Fig. 2 ein gekühltes Gleitlager im Querschnitt mit Tren nung der Trag- und Kühlfunktion von der Gleitfunk tion der Lagerschale.
Im Beispiel der Fig. 1 ist eine Lagerschale 4, die in einem Stützkörper 1 eines gekühlten Gleitlagers vorgesehen ist, dargestellt. Die Lagerschale 4 weist dabei mehrere an ihrem Außendurchmesser gelegene, ringförmige Kühlmittelkanäle 2 auf. Die Kühlmittelkanäle 2 sind zumindest an den Enden 7 der Lagerschale 4 nach außen hin kühlmitteldicht abgeschlossen. Am Boden der erwähnten Kühlmittelkanäle 2 sind die radialverlaufenden Sacklochbohrungen 3 vorgesehen, wobei die Sacklochbohrungen 3 so dicht wie möglich an die Oberfläche 8 der Lagerschale 4 herangeführt sind.
Durch diese Maßnahmen ist es möglich, die Lagerschalen sehr dünn und trotzdem durchstanzsicher auszuführen. Je dichter das Kühlmittel an die Oberfläche 8 der Lagerschale 4 gelangt, desto höher ist der abgeführte Wärmestrom, und somit desto höher die erzielbare Kühlwirkung.
In Fig. 2 ist ein gekühltes Gleitlager mit einer Funktionsaufteilung der Lagerschale dargestellt. Die Lagerschale 4 besteht hier aus einem Trag- und Kühlteil 5 und einem Gleitteil 6. Dabei ist die Lagerschale 4 auf bekannte Weise in einen Stützkörper 1 eingesetzt. In dem Trag- und Kühlteil 5 der Lagerschale 4 sind die U-förmigen Kühlmittelkanäle 2 eingelassen. Auch hier sind zumindest die Endoberflächen 7 im Randbereich des Gleitlagers kühlmitteldicht ausgeführt. Das Tragteil wird aus hochfestem, aber dennoch gut wärmeleitenden Material und das innere dünne Gleitteil aus normalen Lagermetall hergestellt.
Beide Teile der Lagerschale sind koaxial zueinander angeordnet und fest miteinander verbunden. Da das Tragteil aus hochfestem Werkstoff, hierbei ist vor allem an Stahl gedacht, gefertigt ist, braucht trotz sehr weit nach innen reichender Kühlmittelkanäle kein Durchstanzen der Kühlmittelkanäle infolge des Lagerinnendruckes des Schmiermittels befürchtet zu werden. Es läßt sich ein hoher, abfließender Wärmestrom aus dem Lagerinnenbereich durch die insgesamt sehr dicht an der Lagerschaleninnenoberfläche angeordneten Kühlmittelkanäle erreichen.
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Claims

Patentansprüche 1. Gekühltes Gleitlager für umlaufende Wellen mit in der Lagerschale (4) auf dem äußeren Umfang (9) verteilten, eingelassenen Kühlmittelnuten (2), die einen U-förmigen Querschnitt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl radialverlaufender Sacklochbohrungen (3), deren Durchmesser höchstens der Breite der Kühlmittelnuten entspricht, in der Lagerschale (4) am Boden der Kühlmittelnuten (2) vorgesehen sind und mit den Kühlmittelnuten (2) kommunizieren.
2. Gekühltes Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sacklochbohrungen (3) ein halbkugelförmiges Ende aufweisen.
3. Gekühltes Gleitlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sacklochbohrung (3) zu ihrem dazugehörigen Radialstrahl in einem Winkel angeordnet ist.
4. Gekühltes Gleitlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sacklochbohrungen (3) in Strömungsrichtung des Kühlmittels geneigt sind.
5. Gekühltes Gleitlager für umlaufende Wellen mit in der Lagerschale (4) auf dem äußeren Umfang (9) verteilten, eingelassenen Kühlmittelnuten (2), die einen U-förmigen Querschnitt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (4) aus zwei zueinander koaxial angeordneten, ringförmigen Teilen (5, 6) besteht und daß die Kühlmittelnuten (2) im äußeren Teil (5) vorgesehen sind.
6. Gekühltes Gleitlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Teil (6) besonders dünnwandig ausgebildet ist und aus Lagermetall gefertigt ist.
7. Gekühltes Gleitlager nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Teil (5) aus hochfestem, gut wärmeleitendem Material, insbesondere Stahl, Stahlegierungen oder auch speziellem Kunststoff, hergestellt ist.
8. Gekühltes Gleitlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Kühlmittelnuten (2), die in den Randbereichen des Gleitlagers (7) angeordnet sind, gegenüber dem Schmierungssystem des Gleitlagers abgedichtet sind.
9. Gekühltes Gleitlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als-Kühlmittel der Schmierstoff des Lagers oder auch Wasser verwendbar ist.
10. Gekühltes Gleitlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelnuten (2) ringartig auf dem Lagerschalenumfang angeordnet sind.
11. Gekühltes Gleitlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelnuten (2) durch zwei gemeinsame Sammelleitungen, die im Stützkörper (1) oder in der Lagerschale (4) vorgesehen sind, an den Kühlmittelkreislauf angeschlossen sind.
12. Gekühltes Gleitlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelnuten (2) und gegebenenfalls auch die Sacklochbohrungen (3) trapezförmig bzw. kegelig im wesentlichen jedoch zur Herstellung des Lagers als Gußteil hinterschneidungsfrei ausgeführt sind.
13. Gekühltes Gleitlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager bzw.

die Lagerschale (4) in zumindest zwei Hälften, die dann jede den Winkelbereich von 180 ° des Lagers umfassen, geteilt ist.