DE3435821A1

DE3435821A1 - Kombination mit gleitgliedern

Info

Publication number: DE3435821A1
Application number: DE19843435821
Authority: DE
Inventors: Shikuo Koide; Shotaro Mizobuchi; Kazuhiro Ogawara; Seiichi Tsuji
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1983-09-30
Filing date: 1984-09-28
Publication date: 1985-05-02
Anticipated expiration: 2004-09-29
Also published as: KR850002882A; AU3296884A; US4664595A; DE3435821C2; AU579834B2; KR930002055B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kombination von Gleitgliedern und insbesondere auf eine derartige Kombination, welche eine glatte Gleitbewegung eines Glieds bezüglich des anderen Glieds sowohl in dem trockenen Zustand wie auch dem nassen Zustand gestattet.

Bei einigen Gerätschaften ist eine Gleitbewegung zwischen zwei Gliedern erforderlich, und zwar unter unterschiedlichen Bedingungen, wie beispielsweise dem Zustand der Schmierung, wie auch ohne Schmierung, oder aber im trockenen Zustand, wie auch im nassen Zustand.

Ein typisches Beispiel einer solchen Vorrichtung oder eines solchen Geräts können die Lager in einer Pumpe der Vertikalwellenbauart sein, oder aber eine Pumpe der Bauart mit geneigter Welle. Bei einer Pumpe solcher Bauarten ist der Motor normalerweise in einer hoch gelegenen Position oberhalb des Wasserniveaus angeordnet und es erstreckt sich eine lange Welle vom Motor zu einem Pumpenabschnitt, der im Wasser untergetaucht ist. Die lange Welle ist dazwischen

durch,Lager gelagert, wobei diese Lager zur drehbaren Halterung der Welle geschmiert werden müssen, und zwar wird die Schmierung normalerweise durch selbstgepumptes Wasser oder durch von außen von einer Hilfsquelle geliefertes Wasser bewirkt. Dabei werden solche Lager im trockenen Zustand dann gehalten, wenn die Pumpe sich nicht im Betrieb befindet. Wenn man andererseits die Pumpe in Betrieb nehmen möchte, so wäre es notwendig, den Lagern vor Betätigung des Motors Wasser zuzuführen, da andernfalls die Lager, die normalerweise aus Gummi bestehen, fressen würden.

Es ist daher zweckmäßig, eine neue Kombination von Gleitgliedern vorzusehen, welche eine relative Gleitbewegung im trockenen wie auch im nassen Zustand ermöglichen.

Bislang bestanden Lager aus Graphit, einer gesinterten Legierung, die Graphit oder Fluor enthaltende Polymere (Teflon = Warenzeichen) enthält, wobei diese Lager eine Einleitung der Drehbewegung ohne Schmierung gestatten. Derartige Lager werden jedoch leicht und schnell verglichen mit den konventionellen Gummilagern, die bei dieser Pumpenart verwendet werden, verbraucht.

Es gibt auch andere Lagerarten, beispielsweise die ölimprägnierte Bauart, welche die Drehung ohne Lieferung von Schmiermittel von außerhalb gestattet. Diese Lagerart ist jedoch nicht zur Verwendung in der obengenannten Pumpe sowohl in den trockenen wie auch den nassen Zuständen geeignet.

Zusätzlich zum Problem der Abrasion, d.h. des Abriebs, war auch die Korrosion ein Problem bei den in den obengenannten Pumpen verwendeten Lagern, wobei die Korrosion hauptsächlich auf das Kontaktpotential zwischen unterschiedlichen Metallen zurückzuführen ist.

Es is£ ebenso offenbar, daß ein konventionelles Kugellager diesem Gebrauch bei sowohl trockenen als auch nassen Zuständen nicht standhalten kann.

Es ist daher zweckmäßig, eine neue Kombination von Gleitlagern vorzusehen, die eine glatte ungestörte Bewegung zwischen jedem Glied gestatten» und zwar sowohl in den trockenen wie auch den nassen Zuständen, wobei sich ferner eine lange Betriebslebensdauer ergibt.

Zusammenfassung der Erfindung. Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine neue Kombination von Gleitgliedern vorzusehen, die im Betrieb eine glatte Gleitbewegung zwischen den Gliedern sowohl im trockenen wie auch im nassen Zustand gestatten. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Kombination von Gleitgliedern anzugeben, die der Abrasion und Korrosion standhalten, wobei sich eine lange Betriebslebensdauer ergibt. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, diese Kombination in Formen zu realisieren, die in der Industrie anwendbar sind, beispielsweise bei Lagern. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine neue Kombination von Gleitgliedern anzugeben, die innerhalb einer Aufschlämmung und/oder Seewasser benutzt werden können, wobei die Vorteile der Antiabrasion und Antikorrosion realisiert werden.

Die obengenannten Ziele werden erfindungsgemäß erreicht. Die Kombination der erfindungsgemäßen Gleitglieder weist folgendes auf: Ein erstes Glied, hergestellt aus einem Keramikmaterial, und ein zweites Glied, hergestellt aus einem harten Metall, welches vorzugsweise mindestens 75 Gew.-% zementierten, gebundenen Karbid enthält. Diese Kombination gestattet die relative Gleitbewegung zwischen den ersten und zweiten Gliedern sowohl in den trockenen wie auch den nassen Zuständen. Es ist zweckmäßig, eine solche Kombination

-Jt-

als ein Lagermittel in einer Pumpe der Vertikalwellenbauart und der Bauart mit geneigter Welle zu verwenden.

In Fällen wo die neue Kombination in der Form eines Lagers verwendet wird, ist es zweckmäßig, infolge der relevanten mechanischen Eigenschaften und der Leichtigkeit der Herstellung das Keramikglied als stationäre Glieder einzusetzen, und das harte Metall als ein sich bewegendes oder drehbares Glied zu verwenden.

Gemäß einem bestimmten Aspekt der neuen Kombination als Lager kann das erste Glied (d.h. das aus Keramikmaterial hergestellte) aus einer Vielzahl von säulenförmigen Segmenten bestehen, die in einem Kreis verteilt sind, und zwar in einem ringförmigen Gehäuseglied, so daß sie in Axialrichtung des ringförmigen Gehäuses ausgerichtet sind, wobei die am weitesten innen gelegene Erzeugende jedes der entsprechenden Säulensegmente im wesentlichen einen Linienkontakt mit der äußeren zylindrischen Oberfläche des zweiten Glieds vorsieht.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Pumpe

der Vertikalwellenbauart unter Verwendung einer Kombination von Gleitgliedern (Lagermitteln) gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Testausrüstung zum Auswerten mehrerer Kombinationen von Gleitgliedern mit unterschiedlichen Testbedingungen ;

Fig. 3 graphische Darstellungen der Reibungskoeffizienten für verschiedene durch die Ausrüstung gemäß Fig. 2 getesteten Kombinationen;

Fig. 4 eine Pumpe der Bauart mit Vertikalwelle, unter

Verwendung der Kombination von Gleitgliedern gemäß der Erfindung, und zwar als Lagermittel;

Fig. 5 einen Teilschnitt des oberen in Fig. 4 gezeigten Lagers;

Fig. 6 einen Querschnitt des ersten Glieds mit seinem Gehäuseglied;

Fig. 7a und 7B eine Vielzahl von Segmenten, eingebaut im

Gehäuseglied, und zwar in einem Horizontalschnitt bzw. einem Vertikalschnitt;

Fig. 8 eine Einbauweise unter Verwendung der Konstruktion gemäß den Fig. 7A und 7B;

Fig. 9 einen Querschnitt längs Linie IX-IX in Fig. 8;

Fig. 1OA, 10B und 10C Schnitte ähnlich dem Schnitt gemäß

Fig. 9, und zwar mit Abwandlungen der Konfigurationen der Segmente; und

Fig. 11A und 11B eine weitere Einbauart des Lagers.

Im folgenden seien bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Bevor die Erfindung im einzelnen beschrieben wird, ist es zweckmäßig, zunächst die konventionelle Kombination von

Gleitgliedern zu behandeln. Aus Gründen der Einfachheit wird die folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf eine Pumpe der Bauart mit Vertikalwelle vorgenommen.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine konventionelle Pumpe der Vertikalwellenbauart zum Pumpen von Wasser auf eine höhere Position.

Ein Flügelrad 2' der Pumpe ist unterhalb des Wasserniveaus 1¹ angeordnet. Ein Motor 3' zum Antrieb des Pumpenflügelrads ist auf einer hohen Position angeordnet, so daß die Wartung für diesen Motor leicht vorgenommen werden kann. Die Drehung des Motors 3¹ wird auf das Flügelrad über eine lange Welle 5¹ übertragen, die eine Vielzahl von miteinander gekuppelten Wellen aufweisen kann, wie beispielsweise eine obere Welle 5¹A und eine untere Welle 5¹B, die durch eine Wellenkupplung 6¹ gekuppelt sind. Bei Drehung des Flügelrads 2¹ durch die Welle 5' wird Wasser durch ein kugelförmiges Saugmundstück 7' angesaugt durch ein Abgabeelement 8' und hinab verlaufende Rohre 9' und 10' geleitet und schließlich von einem Abgabebogenstück 11' abgegeben. Die Welle 5¹ ist drehbar durch ein oberes Lager 14' und ein unteres Lager 15' gelagert, wobei diese Lager durch einen Lagerträger 16' und Rippen 17'a bzw. 17'b getragen sind. Schutzrohre 12' und 13' umgeben die Welle 5* (5¹A und 5¹B). Die Schutzrohre 12' und 13' sind derart angeordnet, daß Wasser zu den Lagern 14' und 15' geleitet wird, und zwar durch eine Einlaßöffnung 20' von einer externen Versorgungsleitung "E", gekuppelt mit einer Hilfswasserversorgung, wie beispielsweise eine Kombination einer zusätzlichen Pumpe und Wasserquelle; diese Kupplung geschieht vor der Betätigung des Motors 3', um so ein Fressen der Lager zu verhindern. Ein Strömungsrelais kann an der Position stromaufwärts gegenüber der Einlaßöffnung 20' derart angeordnet sein, daß das Strömungsrelais den Motor 3' zu einer vorbestimmten Zeit nach der Ingangsetzung der Wasserversor-

gung durch die Leitung "E" betätigt oder den Motor dann stoppt, wenn die Strömungsrate des Wassers nicht ausreicht, um die Lager 14' und 15' zu schmieren. Nach der Betätigung des Schaufelrads 2' kann das gepumpte Wasser zu einer Selbstversorgungsleitung "S" abgeleitet werden, die zur Einlaßöffnung 20' führen kann, und zwar über ein Filter und ein Dreiwegventil 19', welches die Versorgungsleitung "E" stoppt. An jedem der Teile der Welle 5¹, die den Lagern 14' und 15' entsprechen, ist eine rostfreie Hülse über der Welle 5' angepaßt und dieser Teil wird von dem Lager 14' oder 15' getragen. Die Lager 14' und 15' bestehen üblicherweise aus einem in Rohrform geformten Gummi, wobei eine Vielzahl von Axialnuten in der inneren Bohrung des Lagers vorgesehen sind. Andere Materialien, wie beispielsweise Blei enthaltende Bronze usw. wurden auch verwendet.

Gummi hat sich als geeignetes Material für die in der Pumpe gemäß Fig. 1 verwendeten Lager herausgestellt, und zwar im Hinblick auf den Antiabrieb und die Lebensdauer; Gummi gestattet jedoch nicht den Betrieb des Lagers sowohl im trockenen wie auch im nassen Zustand, wodurch die Einführung von Wasser zum Lager vor Betätigung des Motors notwendig ist. Obwohl die in Fig. 1 gezeigte Pumpe nur zwei Lager 14' und 15' verwendet, so kann doch eine größere Anzahl von Lagern in einem Fall erforderlich sein, wo eine längere Vertikalwelle benutzt wird.

Eine solche längere Welle macht auch längere Schutzrohre notwendig, wodurch die Gesamtgröße und das Gewicht der Pumpe erhöht wird, was wiederum einen Anstieg der Einbau- und Wartungskosten zur Folge hat. Die obenerwähnten Probleme würden auch bei einer Pumpe mit einer geneigten Welle auftreten.

Wie oben erläutert, gibt es keine geeignete Kombination aus Gleitgliedern, welche das Relativ-Gleiten im trockenen Zu-

stand'wie auch im nassen Zustand ermöglichen. Daher sind bei Pumpen wie denjenigen gemäß Fig. 1 komplizierte Schritte erforderlich, bevor die Betätigung erfolgen kann.

Die Kombination der Lager gemäß Fig. 1 hat noch weitere Nachteile. Beispielsweise sind Kombinationen wie beispielsweise Gummilager/rostfreie Stahlhülse, Kohlenstoff enthaltendes Teflonlager/rostfreie Stahlhülse usw. bei Naßzustandsbedingungen mit sauberem Wasser zufriedenstellend, wobei jedoch diese Kombinationen im trockenen Zustand nicht betriebsfähig sind. Auch andere Kombinationen wie beispielsweise Kohlenstoff lager/rostfreie Stahlhülse, Kohlenstoff enthaltendes Kupferlegierungslager/rostfreie Stahlhülse usw. sind nicht vollständig zufriedenstellend, da diese leicht durch Sand oder Aluminiumoxidkörner, die im Wasser enthalten sind, der Abrasion unterliegen, wodurch die Lebensdauer der Gleitoberflächen nicht lang genug sein wird.

Um die Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen, haben die Erfinder eine neue Kombination vorgesehen, die ein Hartmetall (zementierter Karbid) und einen Keramikstoff aufweist. Um die kennzeichnenden Merkmale der neuen Kombination zu bestätigen, haben die Erfinder die Testausrüstung gemäß Fig. 2 aufgebaut und Vergleichsversuche verschiedener Kombinationen von Gleitgliedern ausgeführt, wobei die Testbedingungen derart verändert wurden, daß sie tatsächlichen Betriebsbedingungen ähneln.

Eine Kombination der Gleitglieder zum Testen wurde hergestellt als ein äußeres Ringglied 26 und ein inneres Rotorglied 25, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, und zwar in Simulation eines Lagers bzw. einer durch das Lager drehbar gelagerten Welle. Die Testausrüstung gemäß Fig. 2 wurde wie folgt aufgebaut. Eine Vertikalwelle 23 ist drehbar gelagert

und derart angeordnet, daß sie durch einen Hydraulikmotor 21 über ein Drehmomentmeßgerät 22 angetrieben werden kann. Am unteren Ende der Welle 23 ist diese Welle 23 derart dimensioniert, daß das innere Rotorglied 25 fest darüber angepaßt ist, um so zusammen mit der Welle 23 durch den Motor 21 angetrieben zu werden. Das äußere Ringglied 26 ist stationär in einem Lagergehäuse 27 derart aufgenommen, daß bei Betätigung des Motors 21 die Gleitdrehung zwischen der Innenoberfläche des äußeren Ringglieds 26 und der Außenoberfläche des inneren Rotorglieds 25 bewirkt wird. Eine radiale Testlast wird in Richtung eines Pfeils 30 auf ein Halteglied 31 ausgeübt, welch letzteres das Lagergehäuse 27 hält, und zwar über eine Lastzelle 28 und eine Stange 29. Ein flexibler Schlauch 33 ist mit dem Lagergehäuse 27 gekuppelt, um Flüssigkeit von einer Quelle 32 zu liefern. Ein Tachometer 34 ist zum Messen der Drehzahl der Welle 23 eingebaut. Das das äußere Ringglied 26 tragende Lagergehäuse 27, die Lastzelle 28, die Stange 29, das Halteglied 31 und der Schlauch usw. sind von einer Testbasis 35 getragen, die ihrerseits von einer Stange 37 einer Auf/Abwärts-Vorrichtung getragen wird, so daß man das Ringglied 26 auf- und abbewegen kann, wobei das innere Rotorglied 25 sich drehen kann und Flüssigkeit zwischen die Glieder 25 und 26 eingeführt werden kann.

Mit der Testausrüstung gemäß Fig. 2 wurden mehrere Kombinationen von Gleitgliedern, hergestellt aus unterschiedlichen Materialien, getestet und die Auswertung dieser Tests ist in Tabelle I zusammengefaßt.

Tabelle 1

Nr.

1
2
3
4
5

9
10
11
12
13

Materialien

Äußeres Ringglied Inneres Ringglied (Lager) (Welle)

Hartmetall (WC 89%) Hartmetall (WC 89%) Hartmetall (WC 87%) Hartmetall (WC 87%) Hartmetall (WC 75%)

rostfreier Stahl rostfreier Stahl Si N, Keramik rostfreier Stahl 92%) rostfreier Stahl 92%) Hartmetall (WC 92%) Hartmetall Padding

Reibungskoeffizient Trocken

Si_N, Keramik
SiC Keramik
Si₃N₄ Keramik
SiC Keramik
SiC Keramik

Gummi

Kohlenstoff
Si N Keramik
Si N, Keramik
Hartmetall (WC
Hartmetall (WC
SiC Keramik
Si N Keramik

0,04 0,35 0,06 0,35 0,37

α	α	α	α	α
β	α	α	α	α
α	α	α	α	α
β	α	α	α	α
β	α	α	β	α

Kupferlegierung

(enthält Kohlenstoff) 0,04 Auswertung Naß Trok- Naß

sauberes Was-^{ken saube}" ^Auf" Flußwasser Seewasser plus ser Luft^{res Wa8}""^8chläm""⁺Aufschl. Aufschlämmung ser mung

0,02 0,03 0,02 0,03 0,05

0,03 0,03 0,61 0,67 0,68 0,07 0,11

δ	α	Ύ	δ	γ
α	β	δ	δ	δ
Ύ	δ	δ	δ	δ
δ	δ	δ	δ	δ
δ	δ	δ		δ
B	α	α	β	ν
δ	B	β	ν	δ
β	β	B	δ	Ύ

cn 00 ro

Die diese Tests betreffenden Daten sind folgende: Abmessung der Gleitglieder:

Äußeres Gleitglied (Lager)

Innendurchmesser 60,3 mm

Axiallänge 10 mm

Inneres Rotorglied (Welle)

Außendurchmesser 60,0 mm

Axiallänge >10 mm

Verwendete Materialien

Hartmetall: Hartmetallegierung, die zementiertes Karbid-WC wie angegeben enthielt (JIS-H-5501 G-3)

Rostfreier Stahl: SU 304

Hart Padding-Material: Padding-Material,

welches 35% WC enthielt.

Die für die Tests hergestellten Flüssigkeiten waren folgende:

Aufschlämmungswasser:

Wasser, welches 0,3 Gew.-% SiO₂ enthielt, und zwar mit einer mittleren Korngröße von 80 μΐη und maximalen Korngröße von 100 μπι.

Flußwasser und Aufschlämmung:

Das Wasser enthielt 0,3 Gew.-% Flußsand und 0,3 Gew.-% Al₂O₃ mit einer mittleren Korngröße von 80 μ und einer maximalen Korngröße von 100 μ.

Seewasser und Aufschlämmung:

Das Seewasser enthielt 0,3 Gew.-% SiO- mit einer mittleren Korngröße von 80 μ und einer maximalen Korngröße von 100 μ.

Auswertungssymbol:

^ : Zufriedenstellende Haltbarkeit:

Betriebslebensdauer von mehr als 16 ooo Stunden sind zu erwarten.

ß : Im praktischen Gebrauch verwendbar:

Betriebslebensdauer von mehr als 8ooo Stunden ist zu erwarten.

γ: Könnte abhängig von den Bedingungen verwendet werden.

Die Bedingungen sind großen Variationen hinsichtlich Abrieb, Korrosion usw. ausgesetzt.

£ : Nicht brauchbar.

Diese Auswertungen erfolgten auf der Basis der Abriebsgröße, des Auftretens der Korrosion und des Reibungskoeffizienten usw. Beispielsweise wurde die Auswertung "oC " in Fällen

-9 gegeben, wo der Vergleichsabrieb* kleiner als 10 mm³/kgf.mm war und der Reibungskoeffizient unter Naßbedingung kleiner als 0,05 betrug.

* Der Vergleichsabrieb ist wie folgt definiert:

Abriebgröße (Volumen) / Einheitsgleitabstand χ Last pro Einheitsfläche.

Die Testdaten in Fig. 3 beziehen sich auch auf den Reibungskoeffizienten. Auf der Ordinate ist der Reibungskoeffizient

aufgetragen, während die vergangene Zeit auf der Abszisse aufgetragen ist. Teil I der Fig. 3 bezieht sich auf die Daten, wo das Lager mit Wasser beliefert wird (d.h. im nassen Zustand sich befindet), wohingegen Teil II sich auf die Daten bezieht, die erhalten wurden, wo keine Wasserversorgung vorhanden war (d.h. im trockenen Zustand). Es ist darauf hinzuweisen, daß die Zeiteinheit jeder Abszisse des Teils I und des Teils II unterschiedlich ist. Die in der Fig. 3 erscheinenden Zahlen entsprechen denjenigen der Tabelle I. Die Tests wurden bei einer relativen Gleitgeschwindigkeit von 2,5 m/sec ausgeführt, und zwar mit einer Radiallast (in Richtung des Pfeils 30 in Fig. 2) von 6,3 kgf für No. 6, 67 kgf für No. 1, No. 2(a), No. 3 und No. 4(a) und 42 kgf für No. 2(b) und No. 4(b). (No. 6 stellt den Stand der Technik dar). Es ist darauf hinzuweisen, daß 4(a) und 4(b) sich auf Nr. 4 beziehen, und zwar mit der oben angegebenen Differenz der angelegten Last.

Aus der Tabelle I und der Fig. 3 ergibt sich klar, daß die Kombination aus einem zementierten Karbid, welches mehr als 75 Gew.-% Wolframkarbid (WC) und einer Keramik (entweder Si₃N^ oder SiC) enthielt, ein sehr stabiles Gleitmerkmal besaß, und zwar sowohl bei trockenen wie auch bei nassen (sauberes Wasser, Aufschlämmung, Flußwasser plus Aufschlämmung oder Seewasser plus Aufschlämmung) Bedingungen. Die Kombination gemäß Nr. 1 bis Nr. 5 werden als die Essenz der vorliegenden Erfindung angesehen. Obwohl das im Test verwendete zementierte Karbid Wolframkarbid gemäß JIS-H-5501 G-3 war, so ist doch die Erfindung nicht so begrenzt, daß diese Spezifikation erfüllt sein muß, die wesentliche Maßnahme vielmehr besteht darin, daß der zementierte Karbid mehr als 75 Gew.-% WC enthält. Erfindungsgemäß können auch andere zementierte Karbide verwendet werden, wie beispielsweise diejenigen, die TiC, Cr₃C₃ usw. enthalten.

- -MT -

Hinsichtlich der praktischen Anwendung der neuen Kombination sei bemerkt, daß ein Keramikglied vorzugsweise als das Glied auf der Seite eingebaut werden kann, welches leicht im Hinblick auf seine mechanischen Eigenschaften einzubauen ist, wie beispielsweise im Hinblick auf die Zugfestigkeit, den linearen Ausdehnungskoeffizienten usw. Beispielsweise bei Anwendung in einer Pumpe der Vertikalwellenbauart ähnlich der Pumpe gemäß Fig. 1 ist das Keramikglied vorzugsweise auf der Lagergliedseite eingebaut und eine Hartlegierung oder ein zementiertes Karbidglied wird vorzugsweise als ein rotierendes Seitenglied drehbar innerhalb des Lagers verwendet.

Fig. 4 zeigt eine Pumpe der Vertikalwellenbauart, bei dem die Kombination der erfindungsgemäßen Gleitglieder eingebaut ist. Aus Gründen der Einfachheit seien die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 auch bei Fig. 4 verwendet, wobei aber hier der "Strich" für diejenigen Teile weggelassen wurde, die denjenigen der Fig. 1 entsprechen. Aus Fig. 4 ergibt sich klar, daß die Schutzrohre ähnlich den Rohren 12' und 13' bei dieser Pumpe nicht erforderlich sind und es besteht ja auch keine Notwendigkeit, eine Einlaßöffnung ähnlich der bei 20' vorzusehen. Daher ist hier eine Hilfswasserquelle sowie die Leitungen S und E ebenfalls nicht erforderlich. Wie bereits unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert, ist die neue Kombination der erfindungsge'Jiäßen Gleitglieder in der Lage, Radialbelastungen zu widerstehen, die mehr als zehn Mal größer sein können als die Last, die von der Kombination gemäß dem Stand der Technik aufgenommen werden konnte. Es ist daher möglich, die Größen der Lagerglieder klein zu machen, wodurch ein Tragglied 17 für das untere Lager 15 einfach und kompakt ausgebildet sein kann, und zwar verglichen mit den Rippen 17'a und 17'b gemäß Fig. 1, und ferner kann auch das Tragglied 16 kompakt hergestellt sein.

- VB -ΛΖ

Fig. ,5 zeigt eine vergrößerte Teilansicht des Teils des oberen Lagers 14 gemäß Pig. 4. Das Lager 14 besteht aus einer Hülse 38 aus zementiertem Karbid und einem Ringglied 39 aus einem Keramikmaterial. Das Ringglied 39 ist in ein Lagergehäuse 40 eingepaßt, beispielsweise durch eine Schrumpfpassung. Das Gehäuse 40 wird an seiner Stelle durch das Tragglied 16 getragen, welches eine Gruppe von Stegen aufweisen kann. Die Hülse 38 kann an der Welle 5A beispielsweise mittels (nicht gezeigte) Schrauben befestigt sein. Es sei darauf hingewiesen, daß die Axiallänge der Hülse 38 langer dargestellt ist als die Axiallänge des Ringglieds 39; beide können jedoch die gleiche Axiallänge aufweisen.

Bei Verwendung der neuen Kombination der Gleitglieder gemäß der Erfindung ist der Kontaktstrom infolge der Kontaktpotentialdifferenz zwischen den Gleitgliedern sehr klein oder im wesentlichen vernachlässigbar, wodurch die durch einen solchen Kontaktstrom hervorgerufene Korrosion ebenfalls vernachlässigbar ist. Wenn daher eine solche erfindungsgemäße Kombination in die Pumpe der Vertikalbauart eingeführt wird, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, oder aber auch in eine Pumpe mit einer geneigten Welle, so wird der Aufbau der Pumpe besonders einfach und ist selbst bei einem Betrieb innerhalb von Seewasser mit langer Lebensdauer einsetzbar. Ferner kann die Pumpe unter Verwendung der Kombination der erfindungsgemäßen Gleitglieder im trockenen Zustand betätigt werden und sodann kann die dadurch gepumpte Flüssigkeit als Schmiermittel für die Gleitglieder Verwendung finden, wodurch sich eine lange Lebensdauer selbst dann ergibt, wenn die Flüssigkeit Körner enthält oder wenn die Pumpe in Seewasser betrieben wird. Der wiederholte Betrieb unter trockenen und nassen Zuständen wird somit leicht gemacht.

Eine Draufsicht auf das Ringglied 39 und das Lagergehäuse

ist χμ Fig. 6 gezeigt. Das Ringglied 39 ist normalerweise im Gehäuse durch Schrumpfpassung eingebaut. Um Variationen hinsichtlich der Wellengröße zu berücksichtigen, ist es notwendig, Ringe mit mehreren unterschiedlichen Innendurchmessergrößen φΌ vorzusehen. Eine solche Lösungsmöglichkeit, wo mehrere unterschiedliche Größen von Keramikringen vorgesehen werden müssen, ist teuer, da mehrere mit den verschiedenen Größen kompatiblen Formen zur Herstellung der Ringe vorgesehen sein müssen. Es ist auch schwierig, einen großen Keramikring mit der erforderlichen Genauigkeit herzustellen.

Um diese Situationen in den Griff zu bekommen und um eine wirtschaftliche Lösung vorzusehen, werden segmentierte Teile aus Keramikmaterial in einer Kreisanordnung von den Erfindern verwendet. Wie bereits erläutert, wählten die Erfinder das Glied auf der stationären Seite im Hinblick auf die entsprechenden mechanischen Eigenschaften aus, d.h. in diesem Falle das Ringglied, um es aus einem Keramikmaterial herzustellen, und das sich auf der beweglichen Seite befindliche Glied, d.h. die Hülse auf der Welle, wird als auszementiertem Karbid hergestellt ausgewählt. Es ist allerdings schwer, irgendwelche Arbeitsvorgänge,beispielsweise mechanische Bohr- oder Schneidvorgänge, am Keramikmaterial zum Zwecke der mechanischen Befestigung, beispielsweise mittels Schrauben usw. vorzunehmen. Die Erfindung sieht daher die Verwendung einer Schrumpfpassung vor, wobei aber auch die Verwendung eines Klebemittels in Frage kommt.

In den Fig. 7A und 7B ist ein Ausführungsbeispiel des Lagergehäuses 40a dargestellt, und zwar weist dieses eine Vielzahl von Segmenten 42 aus einem Keramikmaterial auf, wobei die Darstellung eine Querschnittsdraufsicht bzw. eine Seitenansicht zeigt. Jedes der Segmente 42 besteht aus einem Keramikmaterial in einer zylindrischen Säulenform.

-yr -ZO

In das ringförmige Gehäuseglied 40a ist eine Vielzahl von Löchern 41 gebohrt, und zwar auf einem Abstands- oder Teilungskreis, und zwar ferner mit gleichem Abstand voneinander. Der Abstandskreis hat einen Durchmesser von PCD und der Durchmesser ^d der Löcher 41 ist derart angeordnet, daß das Segment 42 durch Schrumpfpassung darinnen aufgenommen werden kann. Wie sich ferner aus den Fig. 7A und 7B ergibt, wird die Beziehung zwischen PCD und dem Durchmesser φα derart bestimmt, daß die Segmente 41 im Gehäuseglied 40a gehalten werden, wohingegen ein Teil jedes Segments innerhalb des Innendurchmessers des Gehäuseglieds 40a frei liegt, um einen Kreis mit einem gewünschten Durchmesser von φϋ bilden, der innerhalb der am weitesten innen gelegenen Erzeugenden der säulenförmigen Segmente bei deren Einbau am Platz liegt. Mit einer solchen oben erläuterten Konstruktion können die Gehäuseglieder oder Teile 40a mit Keramiksegmenten leicht hergestellt werden, um mehrere Werte von φΌ zu berücksichtigen, und zwar einfach durch Veränderung oder Variation der Beziehung zwischen PCD und ^d.

Der Einbau des Gehäuseglieds 40a zusammen mit den Säulensegmenten 42 an der Pumpe gemäß Fig. 4 ist in Fig. 8 gezeigt, wobei Fig. 9 einen Horizontalquerschnitt längs Linie IX-IX darstellt. Der Kontakt zwischen der Hülse 38 aus Hartmetall und jedem der Segmente 42 ist im wesentlichen ein Linienkontakt.

Obwohl das Segment 42 als eine zylindrische Säulenform aufweisend beschrieben wurde, so kann es doch auch andere Formen besitzen, beispielsweise diejenigen gemäß den Fig.10A, 10B und 10C, wo anstelle der zylindrischen säulenförmigen Segmente 42 ein trapezförmiges Säulensegment 42b, ein Rechtecksäulensegment 42c mit einer bogenförmigen nach innen weisenden Oberfläche und ein quadratisches Säulensegment 42d dargestellt sind. Diese Segmente können an ihrem Platz durch

Schrumpfpassung oder mittels eines Klebemittels eingepaßt werden. Die zylindrischen Säulensegmente 42 können auch an ihrem Platz durch ein Klebemittel gehalten werden.

Obwohl verschiedene Abwandlungen der zylindrischen Säulensegmente 42 dargestellt sind, so ist es doch klar, daß die zylindrischen Säulensegmente vorzuziehen sind, weil die Herstellung des Gehäuseglieds 40 und der Zusammenbau der Segmente 42 durch Schrumpfpassung relativ leicht, verglichen mit den anderen,ist.

Bei Verwendung der unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 10c erläuterten Segmente werden die folgenden Vorteile erreicht:

1) Groß bemessene Lager und/oder unterschiedliche Größen aufweisende Lager können wirtschaftlich hergestellt werden.

Wenn das groß bemessene Keramikglied einteilig ausgebildet ist, so ist die Gleichförmigkeit des Materials schwer zu erreichen und die Zuverlässigkeit der mechanischen Festigkeit eines großen Keramikglieds könnte fraglich sein. Die Anordnung der Segmente vermeidet jedoch eine solche Unsicherheit. Es ist ferner leicht, mehrere Größen herzustellen, und zwar durch Beachtung der Beziehung zwischen PCD und Löchern oder Nuten für die Segmente.

2) Da der Kontakt zwischen der Welle (Hülse) und den Segmenten als ein im wesentlichen Linienkontakt angesehen wird, wird die Erzeugung von Wärme während des Betriebs im trockenen Zustand minimiert.

Obwohl die partielle Belastung pro Einheitsfläche hoch wäre, kann die Kombination der Gleitglieder

,gemäß der Erfindung schweren Belastungen widerstehen, und zwar dem mehr als lofachen der Belastung, die von Lagern des Standes der Technik aufgenommen werden, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert wurde.

3) Weil Spalte zwischen den benachbarten Segmenten vorhanden sind, läuft die von der Pumpe nach oben abgegebene Flüssigkeit durch diese Spalte und daher wird das Einfangen von in der Flüssigkeit enthaltenen Fremdstoffen, wie beispielsweise Sand, in diesen Gleitoberflächen minimiert, wodurch die Antiabriebseigenschaften noch weiter verbessert werden.

Ein abgewandelter Einbau der Kombination aus Gleitgliedern gemäß Erfindung ist in den Fig. 11A und 11B gezeigt. In diesen Zeichnungen ist eine zylindrische Außenoberfläche eines Gehäusegliedes 4Ox mit einer Vielzahl von zylindrischen Säulensegmenten 42x durch ein elastisches Glied 51 abgedeckt, hergestellt beispielsweise aus einem Material wie Gummi o. dgl. Eine solche Anordnung wird in einem Tragglied 16a aufgenommen, wobei ein Stufenteil 52 desselben erfaßt wird. Eine Ringabdeckung 53 ist an der Oberseite des Elastikglieds 51 durch Schrauben 54 befestigt, die eine geringe Radialbewegung der Abdeckung 53 gestatten, was einen Elastizitätsvorteil bedeutet. Durch Einsetzen des elastischen Gliedes 51 kann dieses Schwingungen absorbieren, indem das Keramikglied ergänzt wird, welches unter manchen Bedingungen Sprödigkeit zeigen kann. Die Verwendung eines elastischen Glieds für eine Kombination, die keine Segmentanordnung aufweist, ist auch möglich.' Das elastische Glied kann unabhängig vom Gehäuseglied 4Ox hergestellt sein, oder aber es kann durch ein Gießverfahren auf dem Gehäuseglied hergestellt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehende Beschreibung beschränkt.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:

Eine neue Kombination aus Gleitgliedern, die sowohl unter trockenen (ohne Schmierung) als auch nassen (mit Schmierung) Zuständen betrieben werden kann und folgendes aufweist: Ein erstes Glied, hergestellt aus einem Keramikmaterial, und ein zweites Glied, hergestellt aus einem Hartmetall, welches mindestens 75 Gew.-% zementiertes Karbid enthält. Diese Kombination ist zur Verwendung als ein Lagermittel in einer Pumpe sowohl der vertikalen als auch der geneigten Wellenbauart geeignet, um so eine Betätigung des Motors im trockenen Zustand zu gestatten, um sodann die Fortsetzung des Betriebs der Pumpe mit Schmierung zu ermöglichen, und zwar mit einer Schmierung, die durch einen Teil der gepumpten Flüssigkeit vorgesehen wird. Gemäß bestimmter Aspekte der Erfindung kann das Keramikglied in eine Vielzahl von Segmente aufgeteilt sein.

Claims

Patentansprüche

1. Kombination aus Gleitgliedern, die sowohl in trockenem als auch nassem Zustand betrieben werden können, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Glied aus einem Keramikmaterial besteht und daß das zweite Glied aus einem Hartmetall besteht.

2. Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikmaterial aus einer Gruppe von Keramikmaterialien, wie beispielsweise Si-.N., SiC usw. ausgewählt ist, und daß das Hartmetall zementiertes Karbid enthält, und zwar ausgewählt aus einer Gruppe von Materialien wie beispielsweise Wolframkarbid (WC), Titankarbid (TiC), Chromkarbid (Cr₃C₃) usw.

3. Kombination nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartmetall mindestens 75 Gew.-% zementiertes Karbid enthält.

4. Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Glied stationär ist, wohingegen das zweite Glied gleitend bezüglich des ersten Glieds ist.

5. Kombination von Gleitgliedern nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination in der Form eines Lagers ausgebildet ist, wobei das erste Glied ein Ringglied (39) ist, und wobei das zweite Glied ein wellenseitiges Glied ist, welches innerhalb des ersten Glieds (39) drehbar angeordnet ist.

6. ,Kombination von Gleitgliedern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager in einer Pumpe der Bauart mit vertikaler Welle oder geneigter Welle angeordnet ist, und daß das zweite Glied eine an der Welle der Pumpe befestigte Hülse (38) ist.

7. Kombination von Gleitgliedern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Glied (39) in einem Gehäuseglied (40) durch Schrumpfpassung eingebaut ist.

8. Kombination von Gleitgliedern nach Anspruch V , wobei das Gehäuseglied (4Ox) in einem Tragglied (16a) mit einem dazwischen angeordneten Elastikglied (51) aufgenommen ist.

9. Kombination von Gleitgliedern nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Glied aus einer Vielzahl von Säulensegmenten besteht, die in einem ringförmigen Glied eingebaut sind, und daß das zweite Glied eine Hülse ist, die an einer Welle derart befestigt ist, daß die Außenoberfläche der zylindrischen zweiten Glieder im wesentlichen Linienkontakt mit jedem der Säulensegmente an ihrer am weitesten innen gelegenen Erzeugenden vorsieht.

10. Kombination von Gleitgliedern als Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Säulensegmente im Ringglied in einer Vielzahl von Längslöchern eingebaut sind, die nahe der inneren zylindrischen Oberfläche des Ringglieds derart vorgesehen sind, daß jedes der Segmente einen Teil zum Innendurchmesser des Ringglieds freilegt.

11. Kombination von Gleitgliedern in der Form eines Lagers nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination in einer Pumpe der Bauart mit Vertikalwelle

oder geneigter Welle angeordnet ist, und wobei das zweite Glied mit Hülsenform an der Welle der Pumpe befestigt ist.

12. Kombination von Gleitgliedern nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Glied mit einer Vielzahl von Säulensegmenten in einem Gehäuse durch Schrumpf passung aufgenommen ist.

13. Kombination von Gleitgliedern nach Anspruch 11, wobei die Säulensegmente eine zylindrische Form besitzen und in dem entsprechenden Längsloch durch Schrumpfpassung aufgenommen sind.

14. Kombination von Gleitgliedern nach Anspruch 11, wobei jedes der Säulensegmente als eine polygonale Säule hergestellt ist und in Längslöchern im Ringglied durch Schrumpfpassung oder mittels eines Klebemittels befestigt ist.

15. Kombination von Gleitgliedern nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse durch Schrumpfpassung in ein Tragglied aufgenommen ist.

16. Kombination von Gleitgliedern nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse in einem Tragglied aufgenommen ist, und zwar mit einem elastischen Glied dazwischen angeordnet.