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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Gleitlager und im Besonderen ein Gleitlager,
in dem ringförmige
Erhebungen auf einer Oberfläche
ausgebildet sind, die in Gleitkontakt mit einer Drehachse angeordnet
ist.
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Hintergrund
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Üblicherweise
wird ein geringes Spiel zwischen den Oberflächen eines Gleitlagers und
einer Drehachse erzeugt, die in Gleitkontakt miteinander angeordnet
sind, wenn die Drehachse drehbar durch das Gleitlager gelagert wird.
In einem solchen herkömmlichen
Gleitlager entsteht, wenn – im
Bestreben, das Spiel zu minimieren – ein kleinerer Innendurchmesser
der Oberfläche
des Gleitlagers, das zum Gleitkontakt angeordnet ist, ausgewählt wird, ein
Nachteil dadurch, dass der Reibungswiderstand zwischen den Oberflächen des
Gleitlagers und der Drehachse, die in Gleitkontakt miteinander angeordnet
sind, zunimmt. Im Gegensatz dazu entsteht, wenn ein größerer Innendurchmesser
für die
Gleitoberfläche
des Gleitlagers ausgewählt
wird, um das Spiel zu vergrößern, um
den Reibungswiderstand zu verringern, ein anderer Nachteil dadurch,
dass Schlaggeräusche
zwischen den Oberflächen öfter auftreten.
Daher war es in einem herkömmlichen Gleitlager
schwierig, gleichzeitig eine Verringerung des Reibungswiderstands
zwischen den Gleitoberflächen
und eine Verringerung der erzeugten Schlaggeräusche zu erzielen.
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JP4-33461 offenbart ein Lager
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Insbesondere E1 dieses Dokuments zeigt eine Vertiefung
in Form eines sanft gekrümmten
Bogens und F5 offenbart eine V-förmige Vertiefung.
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Offenbarung der Erfindung
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Angesichts
des zuvor erwähnten
stellt die Erfindung ein Gleitlager bereit, umfassend eine Vielzahl an
axial beabstandeten ringförmigen,
durchgehenden oder nicht durchgehenden Erhebungen, die sich entlang
des Umfanges einer Oberfläche
des Gleitlagers erstrecken, die zum Gleitkontakt mit einer Drehachse
angeordnet sind, in der – im
axialen Querschnitt gesehen – die
verschiedenen Abschnitte auf der Basis einer imaginären (gedachten)
Bezugslinie definiert sind, die einzelne Erhebungsbereiche schneidet
und sich parallel zur Achse erstreckt und die so bestimmt ist, dass
der Gesamtquerschnittsbereich von Erhebungsbereichen, die sich über der
Bezugslinie befinden, gleich dem Gesamtquerschnittsbereich von talförmigen Vertiefungsbereichen,
die sich unter der Bezugslinie befinden, ist, wobei der Scheitelpunkt
der Erhebung eine Höhe ΔC über der imaginären Bezugslinie
und eine vom Tiefpunkt der talförmigen
Vertiefung bis zum Scheitelpunkt der Erhebung gemessene, mit h bezeichnete Höhe aufweist,
wobei gilt h > ΔC (1) h < 5/1,9 ΔC (2) h < 8 (3) ΔC > 1 (4)worin h und ΔC in μm gemessen werden, und jede Talwand
jeder talförmigen
Vertiefung im Querschnitt die Form eines leichten Bogens aufweist,
und jede talförmige
Vertiefung einen zentralen flachen Tiefpunktabschnitt aufweist.
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Durch
eine solche Konstruktion des Gleitlagers wird ein Schmieröl in dem
Zwischenraum einer ringförmigen
Nut, die zwischen einem Paar axial angrenzender Erhebungen oder
in den talförmigen
Vertiefungen ausgebildet ist, gelagert, wodurch die Schmierölmenge,
die zwischen den Gleitoberflächen gehalten
wird, erhöht
werden kann. Wenn der Innendurchmesser der Gleitoberfläche des
Gleitlagers klein ausgewählt
wird, um das Spiel zwischen der Gleitoberfläche der Drehachse und der Gleit oberfläche des
Gleitlagers zu verringern, ist das tatsächlich zwischen der Drehachse
und dem Gleitlager vorhandene Spiel im Vergleich zu einem herkömmlichen Gleitlager
sehr groß,
wodurch der zwischen den Gleitoberflächen entstehende Reibungswiderstand verringert
werden kann.
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Was
das Auftreten von Schlaggeräuschen betrifft,
so sind die Erhebungen auf der Gleitoberfläche der Halterung und das Spiel
bei der Verringerung des Auftretens von Schlaggeräuschen wirksam,
während
gleichzeitig der Reibungswiderstand verringert wird. Auf diese Weise
werden gleichzeitig eine Verringerung des Gleitwiderstands und eine
Verringerung des Auftretens von Schlaggeräuschen erzielt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein axialer Querschnitt eines wesentlichen Teils eines Gleitlagers 1 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung in einer übertrieben
dargestellten Weise,
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2 ist
eine graphische Darstellung einer Vielzahl an geradlinigen Linien,
welche die Größenunterschiede
von wesentlichen Teilen zwischen einem erfindungsgemäßen Gleitlager
und einem herkömmlichen
Gleitlager zeigt,
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3 ist
eine graphische Darstellung eines Messergebnisses der Schlaggeräusche in
einigen Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Gleitlagers
im Vergleich mit dem eines herkömmlichen Gleitlagers,
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4 ist
eine graphische Darstellung eines Messergebnisses des Gleitwiderstands
des Gleitlagers gemäß der Ausführungsform
der Erfindung im Vergleich zu dem eines herkömmlichen Gleitlagers,
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5 ist
eine graphische Darstellung eines Messergebnisses einer zwischen
den Gleitoberflächen
in dem erfindungsgemäßen Gleitlager
gespeicherten Ölmenge
im Vergleich zu einem herkömmlichen
Gleitlager,
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6 ist
ein Diagramm zur Darstellung der Messergebnisse einer Temperatur
der hinteren Oberfläche
des Lagers gemäß der Erfindung
im Vergleich zu einem herkömmlichen
Gleitlager,
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7 ist
ein axialer Querschnitt eines Teils einer Ausführungsform, die nicht durch
die Ansprüche
umfasst ist, aber als weitere Veranschaulichung dieses spezifischen
technischen Gebiets angeführt ist.
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8 ist
ein axialer Querschnitt eines Teils eines herkömmlichen Gleitlagers.
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Beste Ausführungsform der Erfindung
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen wird die Erfindung im Folgenden unter
Verweis auf die verschiedenen dargestellten Ausführungsformen derselben beschrieben. 1 zeigt
einen axialen Schnitt eines Gleitlagers 1 gemäß der Erfindung,
das eine zylinderförmige
Konfiguration aufweist, wobei eine Gleitoberfläche 1A dargestellt
ist.
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In
dem Gleitlager 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform
ist eine Gleitoberfläche 1A über deren
gesamten Achsenbereich ausgebildet, in dem sie in Gleitkontakt mit
einer Gleitoberfläche 2A einer Drehachse 2 mit
einer schraubenförmigen
Nut 1B angeordnet ist, die in Umfangsrichtung durchgängig ist, wodurch
eine Erhebung 1a zwischen einem Paar axial angrenzender
Nuten 1B ausgebildet wird.
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Wenn
die Drehachse 2 einen Außendurchmesser D1 von 50 mm
hat, haben etwa die durch die Nuten 1B ausgebildeten angrenzenden
Erhebungen 1a einen Teilungsabstand p, der so ausgewählt wird, dass
er gleich 0,2 mm (200 μm)
ist. Eine Höhe h, vom Tiefpunkt 1b' jedes Tals 1b bis
zum Scheitelpunkt 1a' der
Spitze 1a gemessen, wird so ausgewählt, dass sie maximal gleich
8 μm ist.
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Insbesondere
in der vorliegenden Ausführungsform
ist die schraubförmige
Nut 1B durch einen Bohrvorgang ausgebildet und die Höhe des Scheitelpunkts 1a' jeder Spitze 1a wird
in der folgenden Weise bestimmt: Besonders über dem gesamten Achsenbereich
der Gleitoberfläche 1A,
in der die schraubförmige
Nut 1B ausgebildet ist, wird eine imaginäre Bezugslinie
L bestimmt, die die einzelnen Scheitelpunkte 1a schneidet
und sich parallel zur Achse erstreckt, so dass ein gesamter Querschnittsbereich
der einzelnen Spitzen 1a, der über der Bezugslinie L angeordnet
ist, gleich einem Gesamtquerschnittsbereich des Zwischenraums, umfassend
die einzelnen Täler 1b,
ist. Eine Höhe ΔC, von der
imaginären
Bezugslinie L zum Scheitelpunkt 1a' jeder Spitze 1a gemessen,
wird so ausgewählt,
dass sie in einem Bereich von 1 bis 8 μm liegt. Es versteht sich anhand
des Verhältnisses
des beschriebenen Teilungsabstands p von 200 μm und der beschriebenen Höhe h, die gleich oder weniger
als 8 μm
ist, dass die tatsächliche
Querschnittskonfiguration des Gleitlagers 1 im Vergleich
mit der Darstellung des Querschnitts von 1 in seitlicher
oder axialer Richtung viel größer sein
wird.
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Anhand
der Ergebnisse der durch den Patentanmelder durchgeführten Tests,
die später
erläutert
werden, wurde festgestellt, dass ein bevorzugtes Lagerleistungsverhalten
von einem Gleitlager 1 erhalten wird, das sich in einem
durch die vier geradlinigen Linien eingefassten Bereich befindet,
wie in graphischer Darstellung in 2 zu sehen,
und durch die folgenden mathematischen Gleichungen ausgedrückt wird,
die die Beziehung zwischen der Höhe h, gemessen vom Tiefpunkt 1b' des Tals 1b bis zum
Scheitelpunkt 1a' der
Spitze 1a, und der Höhe ΔC, gemessen
von der Bezugslinie bis zum Scheitelpunkt der Spitze, definieren: h = ΔC (1) h = 5/1,9 ΔC (2) h = 8 (3) ΔC
= 1 (4)worin h und ΔC in μm gemessen werden.
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Anhand
derselben Testergebnisse wurde festgestellt, dass ein Gleitlager 1,
das ein ausgezeichnetes Lagerleistungsverhalten vorweist, wenn es
sich in einem durch die vier geradlinigen Linien definierten Bereich
befindet, durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt wird: h = ΔC (1) h = 2 ΔC (5) h = 8 (3) ΔC
= 1,5 (6)
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Aus
denselben Ergebnissen ließ sich
ebenfalls feststellen, dass das höchste ausgezeichnete Lagerleistungsverhalten
durch ein Gleitlager 1 erzielt wird, dass sich in einem
durch die drei geradlinigen Linien definierten Bereich befindet,
wie durch die folgende Gleichungen ausgedrückt wird: h = ΔC (1) h = 5 (7) ΔC
= 3 (8)
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Ein
Gleitlager mit einer in dessen Gleitoberfläche ausgebildeten Nut ist beispielsweise
in der
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 11,530/1988 offenbart. Wenn die Auffassungen der Höhe
h, der Bezugslinie L und der
Höhe ΔC gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
an das in dieser Patentveröffentlichung
offenbarte Gleitlager angewendet werden, wird die Beziehung zwischen
den Höhen
h und ΔC durch die geradlinigen Linien
10 und 11 dargestellt.
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Insbesondere
in dem in der
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 11,530/1988 (
4 derselben)
offenbarten Gleitlager stehen der Teilungsabstand
a zwischen den angrenzenden V-förmigen Nuten
und der Durchmesser
d des Gleitlagers
wie folgt in Bezug zueinander:
a = 200 + 0,5
d + 0,006 d2 h/b ≤ (1500 – d)/1500 (a – b)/a
= 100 – 6
Vu0,6 (%)wobei die in
8 dargestellten
Bezeichnungen verwendet werden.
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Angenommen,
dass Vu = 20 m/s für
eine Kombination von d = 50 mm, a = 240 μm, b ≤ 86 μm und h ≤ 24 μm ist, ist ein ΔC entsprechender
Wert, wie in der vorliegenden Ausführungsform bezeichnet, gleich
15 μm.
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Wenn
angenommen wird, dass a = 240 μm, b ≤ 86 μm und h ≤ 5 μm sind, ist
ein ΔC entsprechender
Wert gleich 0,9 μm.
Daher befindet sich das in 4 der Patentveröffentlichung
Nr. 11,530/1988 dargestellte Gleitlager, wie in 2 in
Betracht gezogen, in einem Bereich, in dem ΔC einen Wert annimmt, der gleich
oder weniger als die geradlinige Linie 10 ist.
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In
der zitierten Patentveröffentlichung
Nr. 11,530/1988 ist eine Nut, die im Querschnitt trapezförmig ist,
in 6 derselben dargestellt. Wie durch die Phantomlinien
in 8 angedeutet, wird ein ΔC entsprechender Wert 1,79 μm sein, wenn
die Nut vollkommen rechteckig ausgebildet ist. Dies ist in 2 durch
die geradlinige Linie 11 dargestellt. Demgemäß befindet sich das Gleitlager
mit einer wie durch die Phantomlinien von 8 angedeuteten Nut
in einem unterhalb der geradlinigen Linie 11 liegenden Bereich,
was den Bereich der Werte für ΔC anzeigt.
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3 bis 6 stellen
Ergebnisse der durch die Befestigung des Gleitlagers der vorliegenden
Erfindung und eines in der genannten Patentveröffentlichung offenbarten Gleitlagers
auf einer Drehachse mit einem identischen Außendurchmesser mit gleichen
Rotationsabstand durchgeführten
Tests dar.
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Die
Tests wurden durch Auswählen
der Werte von h = 5 μm
und p = 0,2 mm für
das Gleitlager 1 der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt. Das
Spiel zwischen der Gleitoberfläche 2A der
Drehachse 2 und des Gleitlagers 1 bezieht sich
auf die über
dem Scheitelpunkt 1a' der
Spitze 1a und der Gleitoberfläche 2A der Drehachse 2 gemessenen Abmessungen.
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Zuerst
wird auf 3 Bezug genommen und das Auftreten
von Schlaggeräuschen
näher betrachtet,
welches durch den Anschlag zwischen der Drehachse und dem Gleitlager
entsteht, es ist anzumerken, dass in dem Gleitlager der vorliegenden
Erfindung, in der ΔC
gleich Null ausgewählt
wird oder keine Nut in der Gleitoberfläche ausgebildet ist, und in dem
in der Patentveröffentlichung
offenbarten herkömmlichen
Gleitlager das Schlaggeräusch
bei einem akustischen Pegel von 60 dB gemessen wurde. Im Gegensatz
dazu wird der akustische Pegel gegenüber dem Stand der Technik um
2 bis 3 dB reduziert, wenn in der vorliegenden Ausführungsform ΔC gleich 2,5 μm und 3,5 μm ausgewählt wird.
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In
Anbetracht des Gleitwiderstands ist anhand von 4 ersichtlich,
dass das Reibungsverlustmoment der Drehachse für ΔC = 3,5 μm im Gegensatz zum Stand der
Technik oder einer Auswahl von ΔC
= 0 bei jeder beliebigen Umdrehungszahl reduziert ist.
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In
Anbetracht der Schmierölmenge,
die zwischen den Gleitoberflächen
des Gleitlagers und der Drehachse bei jeder beliebigen Umdrehungszahl fließt, ist
anhand von 5 ersichtlich, dass, wenn ΔC gleich
2,5 μm und
3,5 μm gemäß der Erfindung ist,
das Ölvolumen
gegenüber
dem herkömmlichen
in der genannten Patentveröffentlichung
offenbarten Lager und der Auswahl von ΔC = 0 (in der Gleitoberfläche ist
keine Nut ausgebildet) erhöht
ist.
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In
Anbetracht der Beziehung zwischen der Temperatur der hinteren Oberfläche des
Gleitlagers und der Ölzufuhrtemperatur
des Schmieröls
ist anhand von 6 ersichtlich, dass das Gleitlager
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform,
in der ΔC gleich
3,5 μm ist,
dargestellt durch schwarze Punkte, eine niedrigere Öltemperatur
als das in der genannten Patentveröffentlichung offenbarte Gleitlager,
dargestellt durch weiße
Kreise, aufweist.
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Demgemäß zeigen
die in den 5 und 6 dargestellten
Testdaten, dass die Bereitstellung der schraubförmigen Nut 1B, die
in der oben erwähnten
Weise ausgebildet ist, die Erhöhung
des Schmierölvolumens,
das über
die Gleitoberflächen 1A und 1B fließt, in dem
Gleitlager 1 der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht.
Der Reibungswiderstand, der durch die Gleitoberfläche 1A dargestellt
wird, kann aus dem zuvor erwähnten
Grund verringert werden, wie in 4 dargestellt.
Außerdem kann
die Häufigkeit
des Auftretens von Schlaggeräuschen
der Drehachse 2 verringert werden, wie in 3 abgebildet.
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7 zeigt
eine ähnliche
Ausführungsform. In
der oben erwähnten
Ausführungsform
der Erfindung wies das Tal 1b im Querschnitt die Form eines sanft
gekrümmten
Bogens auf. Im Gegensatz dazu ist das Tal 1b in der Ausführungsform
von 7 im Querschnitt trapezförmig ausgebildet. Demgemäß liegt
das Profil der Spitze 1a in Form eines Keils mit einem
spitzen Winkel im Querschnitt vor. In anderen Punkten ähnelt die
Anordnung der Ausführungsform der
Erfindung. Demgemäß werden ähnliche
Testergebnisse, wie oben in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform
beschrieben, erzielt und daher werden eine ähnliche Funktionsweise und
ein Effekt wie in der Ausführungsform
der Erfindung erzielt.
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In
den beiden oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Spitze 1a schraubförmig durchgehend,
was auf die schraubförmige
Nut 1B zurückzuführen ist,
die in Umfangsrichtung der Gleitoberfläche 1A durchgängig ist.
Anstatt eine schraubförmige Nut
bereitzustellen, kann jedoch eine Vielzahl an ringförmigen Nuten
vorhanden sein, die in der Umfangsrichtung durchgehend sind, die
in der Gleitoberfläche
in einem vorgegebenen Achsenabstand ausgebildet sein können, wodurch
ringförmige
Spitzen bereitgestellt werden, die in der Umfangsrichtung nicht
durchgehend sind.