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Gleitlager Die Erfindung bezieht sich auf Gleitlager mit zwei zueinander
drehbaren Teilen, z. B. einem Lagerteil und einem Wellenstumpf, sowie einem elastischen
Ring, der zur Bildung von keilförmigen Schmierräumen gegenüber dem Wellenstumpf
bzw. einem Lagerteil über eine Anzahl im Abstand angeordneter Ansätze einer Dauerverformung
unterworfen ist.
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Es sind bereits Gleitlager bekannt, bei denen eine elastische, kegelförmige
Hülse zur Bildung keilförmiger Schmierräume gegenüber dem Lagerteil mittels eines
Schraub= ringes über .eine Anzahl im Abstand liegender Ansätze des Wellenstumpfes
einer Dauerverformung unterworfen wird.
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Diese älteren Lager haben jedoch den Nachteil, daß die mit Hilfe eines
solchen Schraubringes auf,die elastische Hülse ausübbare Verformungskraft bei hohen
Lagerdrücken nicht ausreicht, um die Hülse in ihrer richtigen winkligen Stellung
gegenüber den Ansätzen des Wellenstumpfes zu halten.
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Demgegenüber wird nach der Erfindung der elastische Ring bzw. dessen
Halteglied über die in bestimmten Abständen angeordneten Ansätze auf,den Wellenstumpf
bzw. den Ring aufgeschrumpft und darauf abgekühlt, so daß der Ring beim Abkühlen
durch Verziehen in die gewünschte Form gebracht wird.
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Wach der Erfindung ist also ein Lager geschaffen, bei dem der elastische
Ring bzw. dessen Halteglied in einfacher Weise über den im Abstand angeordneten
Ansätzen einer Dauerverformung unterworfen werden kann, ohne daß dabei im Falle
hoher Lagerdrücke die Gefahr besteht, daß sich der Ring gegenüber den Ansätzen verschiebt.
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Auf der Zeichnung sind einige Ausführungsformen des Lagers nach der
Erfindung als Beispiele .dargestellt.
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Fig. i ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform des neuen Lagers.
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Fig. z ist ein axialer Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. i.
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Fig. 3 ist eine Seitenansicht einer Abänderungsform; der Wellenstumpf
ist im Schnitt dargestellt.
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Fig. q. ist eine ähnliche Ansicht einer weiteren Abänderungsform.
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Fig.5 ist ein Schnitt durch eine noch weitere Abänderungsform nach
der Linie i I-I i der Fig. 6.
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Fig.6 ist ein axialer Schnitt durch das Lager nach Fig. 5.
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Fig. 7 ist in größerem Maßstab ein Schnitt durch ein Einzelteil des
Lagers nach den Fig. 5 und 6.
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Fig. 8 ist ein Grundriß .des Einzelteils nach der Fig. 7.
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Fig.9 ist ein Querschnitt durch ein nach der Erfindung aufgebautes
selbstausrichtendes Lager.
Fig. Io ist ein axialer Schnitt nach
der Linie i6-16 der Fig. g.
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Fig. i i ist ein axialer Schnitt durch eine weitere Ausführungsform;
der Nebenteil ist teilweise im Schnitt und teilweise in Ansicht dargestellt.
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Fig. 12 ist ein Querschnitt durch das Lager der Fig. i i.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. i und 2 ist mit dem Wellenstumpf
eine Nabe 37 fest verbunden, die eine Anzahl von Ansätzen 38 aufweist. Über die
Ansätze 38 wird ein Ring 39 aus nachgiebigem und elastischem Werkstoff mit genau
zylindrischer Innen- und Außenfläche zunächst durch Erwärmen ausgedehnt und dann
über die Ansätze 38 gelegt. Durch die sich bei der Abkühlung ergebende Schrumpfwirkung
wird in dem Ring 39 ein Zug hervorgerufen, der eine Verformung des Ringes in der
in Fig. i übertrieben dargestellten Weise zur Folge hat. Es ergeben sich also an
den Ansätzen 38 in :dem Ring 39 erhöhte Stellen 4o, durch die zusammen mit der Innenfläche
der Lagerbuchse 42 eine Anzahl keilförmiger Kanäle gebildet werden.. Der Ring 39
ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, daß während der Drehung des Ringes leicht
eine Formänderung der zwischen den Ansätzen 40 liegen-den Abschnitte auftreten kann.
Auf diese Weise lassen sich zwischen Ring und Lagerbuchse sehr wirksame Schmiermittelfilme
erreichen, und zwar werden dabei die in der Drehrichtung hinter den erhöhten Stellen
40 liegenden Ringabschnitte durch den an ,dieser Stelle auftretenden Unterdruck
zur Vergrößerung der Berührungsfläche zwischen Ring und Lagerbuchse etwas nach außen
bewegt, während die vor den erhöhten Stellen 4o befindlichen Ringabschnitte zur
Erhöhung der wirksamen Fläche der Schmiermittelfilme durch den an dieser Stelle
auftretenden Überdruck noch etwas stärker nach innen zu durchgebogen werden.
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Die runde Fläche kann, wie in der Fig. 3 gezeigt, anstatt mit dem
Wellenstumpf auch mit dem Lagerteil verbünden sein. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig,
wenn sich nicht der Wellenstumpf, sondern das Lager dreht, um auf diese Weise eine
fortlaufende Verschiebung der Hochdruckflächen zu gestatten. Zu :diesem Zwecke kann
ein sich drehender Lagerteil 51 mit einer Anzahl einwärts ragender Ansätze 52 versehen
werden, die auf der Umfläche eines elastischen, nachgiebigen Ringes 53 zur Anlage
kommen. Beim Zusammenbau der Teile wird der Lagerteil 51, der bei gleicher Temperatur
wie der Ring 53 einen etwas größeren äußeren Durchmesser aufweist als der durch
die inneren Enden der Ansätze 52 gebildete Kreis, durch Erwärmung ausgedehnt,
so daß der Ring 53 in genau runder Form frei eingesetzt werden kann Beim Abkühlen
schrumpft der Lagerteils dann wieder zusammen und verpreßt der Ring 53 mit seinen
Ansätzen 52 in die il Fig. 3 stark übertrieben dargestellte Form, in der die innere
Umfläche des Ringes 53 bei 54 d. h. gegenüber den Ansätzen 52, etwas nähe auf den
Lagermittelpunkt zu liegt als die dazwischenliegenden Ringabschnitte. Au diese Weise
lassen sich in Verbindung mit der zylindrischen Umfläche des Wellenstump fes 55
eine Anzahl keilförmiger Taschen er. zielen, in .denen sich, ähnlich wie bei der
Ausführungsform nach :den Fig. i und 2, Schmiermitt:elfilme bilden. Ist der Ring
53 genügen nachgiebig, so können :die Verformungen erhöht werden, so daß der Druck
des Schmiermittelfilms ansteigt. Wenn der Teil 55 stillsteht und sich das Lager
51 in der vorgeschlagenen Weise dreht, schiebt sich die Stelle 54 fortlaufend rund
um den Wellenstumpf vor und verschiebt auf diese Weise ,die Lage der Hochdruckflächen
in bezug auf den festen Teil dauernd. Die Nabe und der nachgiebige Ring, die bis
jetzt als besondere durch den Wellenstumpf getragene Teile beschrieben wurden, können
mit dem Wellenstumpf auch zu einem einzigen Teil vereinigt werden. In Fig. 4 ist
ein Wellenstumpf 56 mit einem elastischen Nabenteil 57 versehen. Der Nabenteil 57
weist eine Anzahl einwärtsragender Teile 58 auf, deren innere Enden gebogen und
auf die Umfläche des Wellenstumpfes aufgeschrumpft sind. Zwischen den benachbarten
Ansätzen 58 sind in dem Teil 57 mehrere große Öffnungen 59 ausgespart. Diese Öffnungen
schaffen eine verhältnismäßig -dünne Wandung zwischen ihren äußeren Flächen und
der äußeren Fläche des Teils 57 und bilden außerdem auf den Ansätzen 58 zwischen
den äußeren und inneren Flächen des Nabenteils verjüngte Halsstücke; die Berührungsfläche
zwischen :den inneren Enden der Ansätze 58 und der Fläche des Wellenstumpfes ist
:dagegen verhältnismäßig groß. Die Ansätze 58 bilden vor dem Aufziehen auf ,die
Nabe :des Wellenstumpfes einen Kreis, :dessen Durchmesser ein wenig enger ist als
derjenige des Wellenstumpfes. Durch Aufschrumpfen des Nabenteiles auf .den Wellenstumpf
verzieht sich .die äußere Umfläche des Nabenteiles in die auf der Zeichnung übertrieben
dargestellte Form, d. h. gegenüber den Ansätzen 58 werden mehrere erhöhte Stellen6o
gebildet, während sich dieUmfläche des Nabenteiles zwischen diesen erhöhten Stellen
etwas abflacht, so daß sie zusammen mit der inneren Fläche des Lagerteiles 61 keilförmige
Taschen bildet. Es läßt sich .daher bei einer Drehung des Wellenstumpfes auch hier
wiederum ein Schmiermittelfilm der
in Verbindung mit den Fig. r
und 2 erläuterten Art erzielen. Um eine gemeinsame Drehung des Nabenteiles und des
Wellenstumpfes zu gewährleisten, können in durch Nuten indem Wellenstumpf 56 und
den entsprechenden Ansätzen 58 gebildete Öffnungen Bolzen 62 eingetrieben werden.
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In den Fig. 6 bis 8 ist eine weitere Abänderungsformdargestellt. Das
hier gezeigte, ebenfalls zur Aufnahme der Drücke zwischen Wellenstumpf und Lagerteil
dienende Lager kann sich bei geringen winkligen Schwankungen zwischen den Achsen
des Wellenstumpfes und des Lagers selbst ausrichten. Auf der Welle kann eine Nabe
70- befestigt sein, über die ein elastischer, nachgiebiger, mit einer Anzahl einwärtsragender
Ansätze 71 versehener Ring 72 gelegt ist, der einen Kreis bildet, dessen normaler
Durchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser der Nabe. Der Ring wird daher beim
Aufziehen auf die Nabe in der gleichen Weise verformt wie die bereits beschriebenen
Ringe. An zwischen .den Ansätzen 71 liegenden Stellen ist der Ring 72 mit einer
Anzahl quergerichteter Nuten 73 und einer Anzahl radialer Öffnungen 74 versehen,
die sich von der äußeren bis zur inneren Fläche des Ringes erstrecken. Diese Nuten
und Öffnungen tragen bei auf die Nabe aufgezogenem Ring zur Erhöhung der Nachgiebigkeit
des Ringes bei. Die äußere Fläche des Ringteiles 72 ist vorzugsweise in axialer
Richtung als auch in Richtung der Umfläche gebogen; sie stelltjedoch nicht genau
einen Teil einer Kugel dar. Während der Krümmungsmittelpunkt in Richtung der Umfläche
mit der Mittelachse des Ringes zusammenfällt, weist die axiale Krümmung einen etwas
von dem wirklichen Ringmittelpunkt versetzten Mittelpunkt und einen reit demjenigen
der mit ihr zusammenwirkenden Lagerfläche genau übereinstimmenden Radius auf, und
zwar ist dieser Radius etwas größer als derjenige des Ringes selbst, so daß -sich
zwischen dem Ring und dem Lager ein Zwischenraum ergibt. Die Fläche des Ringes ist
daher nicht genau sphärisch, sondern sphäroidisch. Dies hat in der Querrichtung
zwischen dem Ring und dem Lager eine Linienberührung gegen eine nur punktförmige
Berührung in der radialen Stellung des Ringes und des Lagers zur Folge. Die Enden
75 weisen eine dünnere Wandung auf als der Mittelteil. Diese Ausführungsform wurde
gewählt, damit die Enden des Ringteiles die Nabe 7o nicht berühren. Die Ansätze
7r reichen nicht über die ganze Breite des Ringes, sondern lediglich über dessen
Mittelteil 76. Die äußere verformte oder gewellte, nicht kugelförmige Fläche des
Ringes 72 arbeitet mit einer im Innern der sich ergänzenden Lagerteile 78 vorgesehenen
kugelförmige n Fläche 77 zusammen. Jedes gebräuchliche Mittel, wie, z. B. Hohlnieten
oder eine Zwinge 79, deren Kanten über winklige, an den Teilen 78 vorgesehene Schultern
einwärtsgebogen sind, kann verwendet werden, um diese Teile in der zusammengefügten
Lage zu halten.
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Durch Anwendung eines äußeren Druckes oder einer Spannkraft auf den
Ring 72 an nur um den Mittelteil 76 verteilten Stellen wird der Ring nicht nur in
der Umfangsrichtung, sondern auch in der Quer- oder Axialrichtung verformt. So könnte
z. B., wie aus der Fig. 7 Hervorgeht, die Umfläche des Ringes zu Anfang längs des
.durch die gestrichelte Linie 8o dargestellten Bogens in axialer Richtung, und zwar
genau der Fläche des Lagers entsprechend, gekrümmt werden. Wenn der Ring jedoch
in der erwähnten Art verformt wird, werden Teile des Mittelteiles 76 nach außen
gepreßt, während-die Enden 75 an entsprechenden Stellen nicht unmittelbar gestreckt
werden, so daß diese Enden sich leicht nach innen biegen und die .durch die vollen
Linien der Fig. 7 dargestellte Lage einnehmen. Einer der verschiedenen sich hieraus
ergebenden Vorteile besteht darin, daß für eine bessere Berührung zwischen ,dem
Ring und einem der Lagerteile 78 gesorgt ist, wenn das Lager und der Wellenstumpf
einem gegenseitigen Druck ausgesetzt sind. ZurÜbertragung des Druckes zwischen der
Nabe 70 und dem Ring 72 ist ein geschlitzter Ring 8 1 in einer Nut
82 der Nabe 70 und einer entsprechenden Nut in der inn.enfläche des Ringes
72 angebracht.
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Anstatt einen biegsamen Ring, eine Nabe o:ier einen anderen Teil des
Lagers und die Verformungsansätze aus einem Stück herzustellen, könnte die gewünschte
Verformung auch durch entfernbare Stifte erreicht werden. So kann nach Fig. 9 eine
Nabe 83, .die auf einer Welle befestigt werden kann, an ihrer Umfläche mit Nuten
84 versehen werden, während ein nachgiebiger elastischer Ring 85 an seiner Innenfläche
entsprechende Nuten 86 aufweist. In die durch diese Nuten gebildeten Öffnungen können
Bolzen eingetrieben werden. Die Form der Nuten und Bolzen 87 kann abgeändert bzw.
den besonderen Verhältnissen angepaßt werden. Auf der Zeichnung sind im wesentlichen
halbrunde Nuten und zylindrische, jedoch leicht zugespitzte Bolzen dargestellt.
Durch ein Eintreiben der Bolzen in die für sie vorgesehenen Öffnungen oder ein Schrumpfen
.des Ringes 85 über die Bolzen wird der Ring verformt, so daß in der gleichen Flucht
mit den Bolzen eine Anzahl erhöhter Punkte 88 und zwischen diesen erhöhten Punkten
eine entsprechende Anzahl abgeflachter Teile gebildet werden, die zusammen mit der
Innenfläche 89 des Lagerteilen
9o keilförmige Taschen bilden. Das
Lager kann auch selbstausrichtend sein. In diesem Falle muß die Umfläche des Ringes
85 und die innere Lagerfläche des Teiles 9o, wie in Fig. i o gezeigt, im Querschnitt
gekrümmt werden.
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Um einen leichten Zusammenbau zu erlauben, ohne den Lagerteil aus
zwei Stücken herzustellen, kann das obere Ende des Lagerteils, wie bei 9i in Fig.9
dargestellt, weggeschnitten werden. Nachdem die Nabe und der Ring einschließlich
der Bolzen 87 zusammengefügt sind, wird diese Einheit in eine zu der in Fig. 9 gezeigten
rechtwinklige Stellung bezüglich des Teiles 9o gedreht. Die Breite der Öffnung 9i
ist etwas größer als die axiale Abmessung der Nahe und des Ringes, so daß diese
Teile in die Öffnung angehoben werden können. Wenn sich die Einheit in einer Mittelstellung
befindet, wird sie gesenkt und in die Ebene des Teiles 9o der Fig. 9 gedreht. Die
kugelförmigen Flächen des Ringes und des Lagerteiles gestatten diese Drehung. An
Stelle der einzigen Öffnung 9I können an sich gegenüberliegenden Stellen des Durchmessers
rechtwinklig zur Lastübertragungsrichtung auch zwei half> so tiefe Öffnungen ausgespart
werden. Die Bolzen 81 dienen nicht nur zur Verformung des Ringes, sondern verhindern
auch noch eine gegenseitige Drehung des Ringes und der Nabe. Bei großen Lagern zur
Übertragung hoher Lasten ist die auf der Welle angebrachte Nabe zweckmäßig so durchzubilden,
daß sie beim Durchlaufen der Hauptlagerzonen nachgeben kann. Die doppelte Biegsamkeit
der Nabe und des verformten Ringes dient dazu, Schmiermittelfilme über einen größeren
Teil der Umfläche des Lagers zu verteilen. In Verbindung damit ist jedoch zu bemerken,
daß die Abweichungen der Nabe nicht den Vzrformungen des Ringes entsprechen dürfen,
da sonst .der keilförmige Schmiermittelfilni vernichtet würde. Eine solche biegsame
Nabe ist lief. der Ausführungsform nach den Fig. i i und 12 dargestellt. Eire Welle
92 ist finit einer Nabe 93 versehen, die an ihrer Innenfläche ein Paar von
in Richtung Lies Kreisumfanges verlaufenden Nuten g4 und, falls gewünscht, zusätzlich
dazu eine Anzahl von zwischen der Umfläche der Nabe und der in Richtung des Kreisumfanges
verlaufenden -Nuten 9d. ausgesparten, radialen Öffnungen aufweist. Der Mittelteil
der Nabe befindet sich, wie bei 96 dargestellt, in einem geringen Abstand von der
Welle; die Nabe steht daher mit der Umfläche der Welle nur an ihren Enden in Berührung.
Die Außenfläche des Mittelteiles der Nabe kann genau zylindrisch gemacht leer den.
Um die Nabe ist mit mehreren über seine Innenfläche verteilten, nach innen zu gerichteten
Ansätzen 99 ein dem Ring ; z nach der Fig. 6 ähnlicher elastischer Ring 98 gelegt.
Beim Aufschrumpfen auf die Nabe v erformt sich der Ring g8 in dergleichen Weise
wie der Ring 72. Die gegenseitigen Drücke zwischen Ring und Nabe können in jeder
geeigneten Weise aufgenommen werden. 5o könnte z. B. die nach dem Aufschrumpfen
des Ringes zwischen diesen Teilen bestehende Reibung hierzu ausgenutzt werden. Wie
leicht zu erkennen ist, liefert diese Reibung außerdem auch noch den nötigen Widerstand
zur Verhinderung einer gegenseitigen Drehung dieser Teile. Es könnten zu diesem
Zwecke jedoch auch andere Glieder, wie z. B. Keile oder dem Ring 8I der Fig. 6 ähnliche
Federringe, angewendet werden. Die übrigen Teile dieser Abänderungsform stimmen
im wesentlichen mit der Ausführungsform nach Fig. 6 überein. So kann die Lagerbuchse
aus zwei Teilen Ioo hergestellt und finit Hilfe einer Zwinge IoI zusammengehalten
«-erden. Diese Lagerluchse weist dabei eine kugelförmige Innenfläche auf, die zur
Bildung der Schmiermittelfilme mit der verformten sphäroidisclien Flache e des Ringes
98 keilförmigeKanäle bildet. Das Lager als solches kann in einem Gußgehäuse Io2
untergebracht werden, dessen äußeres Ende mit einer Platte 103 abgeschlossen
ist. Die Platte 103
ist in irgendeiner geeigneten Weise, wie z. B. durch Bolzen
oder Schrauben Io4, an dein Gußgehäuse Io2 befestigt. An seinem gegenüberli2genden
Ende kann das Gehäuse in ähnlicher Weiseabgeschlossen sein. Ferner kann in der üblichen
Weise an einigen Stellen zusätzliches Schmiermittel eingefüllt «-erden. Urnein Durchsickern
von Schmiermittel zwischen der Welle und der Platte 103 hindurch zu verhüten, ist
an dieser Stelle ein Ring io6 aus Filz o. dgl. vorgesehen. Um einen freien Durchtritt
des Schmiermittels von der einen Seite des Lagers auf die andere zu gestatten, sind
an mehreren Stellen in der Lagerbuchse ioo axiale Öffnungen 107 ausgespart. Da die
Lagerflächen bei einer gegenseitigen Bewegung der Lagerteile durch den Flüssigkeitsfilm
getrennt gehalten werden, ist die Abnutzung dieser Teile außer beim Anlauf sehr
gering. Es brauchen daher keine Werkstoffe hoher Widerstandsfähigkeit gegenüber
Abnutzungsbeanspruchungen angewendet zu werden; die verwendetenWerkstoffe brauchen
vielmehr lediglich den auftretenden Druckkräften zu widerstehen. Bei der Verwendung
von Gummi kann als Schmiermittel Wasser angewendet werden.
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Die Größe der keilförmigen Schmierräume wird durch di° Elastizität
des Ringwerkstoffes einerseits und die auf den Ring ausgeübte Verformungskraft anderseits
bestimmt. Eine genaue Bemessung der Schmierräume ist insofern
wichtig,
als ihr Winkel gewöhnlich sehr klein ist und die Steigung üblicherweise 0,005 bis
0,003 mm je Zentimeter Länge nicht überschreitet. Die Ringe werden zweckmäßig
aus Stahl hergestellt und so bemessen, daß sie nur unter verhältnismäßig hohen Kräfte
nachgeben.
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Während die sich bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
ergebenden symmetrischen Schmierräume bei umkehrbarer Drehrichtung sehr zweckmäßig
sind, ist es bei dauernd -in der gleichen Richtung umlaufendem Wellenstumpf vorteilhafter,
wenn .der zwischen Ring und Lagerteil bzw. Wellenstumpf gebildete Winkel in den
in der Drehrichtung vor den Ansätzen liegenden Ringabschnitten größer ist als in
den gegenüberfiegendenAbschnitten, .da sich auf diese Weise eine größere Überdruck-
und eine kleinere Unterdruckfläche erzielen läßt. Eine solche ungleichmäßige Form
der Schmierräume läßt sich z. B. bei .der Ausführungsform nach der Fig. 4. durch
eine entsprechende Abänderung der Öffnungen 59 und bei der Ausführungsform nach
der Fig. 5 durch ein Verschieben der Nuten 73 nach der in der Drehrichtung vorderen
Seite der Ansätze 75 hin erreichen. Im Falle von Pleuellagern o. dgl. kann das Lagerglied
auch mehrteilig ausgebildet werden: