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Zapfenlagerung für Wellen in feinmechanischen Getrieben Die Erfindung
betrifft eine Zapfenlagerung für Wellen in solchen feinmechanischen Getrieben, welche
sowohl bei sehr hohen wie bei sehr tiefen Temperaturen arbeiten. Für feinmechanische
Geräte, die in tropischen oder polaren Zonen eingesetzt werden, sind besondere Schmieröle
geschaffen worden, welche beispielsweise bei -I- 6o° C oder aber bei entsprechenden
Kältegraden einen genügenden Schmierfilm abgeben. Derartige Öle sind aber nicht
geeignet, unter beiden Bedingungen, d. h. sowohl bei hohen Wärme- wie bei hohen
Kältegraden, verwendet zu werden, sie verflüchtigen bzw. erstarren, und es wird
dann die Reibung an der Lagerstelle derart erhöht, daß -die Getriebe, denen in der
Regel nur eine verhältnismäßig geringe Antriebskraft zur Verfügung steht, zum Stillstand
kommen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zapfenlagerung zu schaffen,
welche mit ein und demselben Schmiermittel sowohl bei sehr hohen wie bei sehr niedrigen
Temperaturen einwandfrei arbeitet. Ein Bedürfnis nach einer derartigen Lagerung
besteht insbesondere bei den Laufwerken von wissenschaftlichem Gerät und Kriegsgerät,
z. B. bei Zündern für Abschuß- und Abwurfgeschosse. Die Lösung der Erfindungsaufgabe
besteht in dem Vorschlag, als Lagerwerkstoff feinporige, ölgesättigte
Metallkeramik
zu verwenden. Unter Metallkeramik werden die Erzeugnisse der Pulvermetallurgie verstanden,
d. h. die aus Metallpulver durch einen Sinterungs- oder Frittungsprozeß hergestellten
kompakten Metallkörper. Es ist eine Reihe von Herstellungsverfahren sowohl der Metallpulver
wie der keramischen Metallkörper bekanntgeworden, die es ermöglichen, die Porigkeit
den jeweiligen Erfordernissen entsprechend zu bestimmen.
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Die physikalische Erscheinung, welcher die Erreichung des Erfindungszieles
im vorliegenden Falle zuzuschreiben ist, ist folgende: Dadurch, daß der Lagerkörper
lediglich bis zur Sättigung mit Öl getränkt ist, dieses also nicht, wie sonst allgemein
für notwendig gehalten, im Überschuß vorhanden ist, zieht sich das Öl bei der Erstarrung
in die Poren des Lagerkörpers zurück. Es findet nun zwar trockene Reibung, Metall
auf Metall, statt, und es tritt damit eine gewisse Erhöhung der Reibung und auch
eine etwas stärkere Abnutzung der Lagerflächen ein. Diese Erhöhung der Reibung ist
aber nicht so groß, als daß sie nicht leicht durch entsprechende Bemessungen der
Antriebskraft ausgeglichen werden könnte, und auch die Abnutzung steigert sich nur
in einem solchen Maße, daß sie immer noch in der Größenordnung der Lebensdauer der
übrigen Geräteteile bleibt, besonders dann, wenn die Laufdauer nur eine kurze ist,
wie z. B. bei Laufwerken für Zünder. Im Bereich der normalen bis zu den sehr hohen
Temperaturen einschließlich tritt genügend Öl aus den Poren aus, so daß sich ein
zusammenhängender Schmierfilm auf dem Zapfen bilden kann. Der grundsätzliche Vorteil
der neuen Lagerart besteht also darin, daß dem Schmiermittel nur dann der Zutritt
an die Lagerflächen zugelassen wird, wenn eine Temperatur herrscht, bei der es seine
Aufgabe erfüllen kann.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, an Stelle von Lagersteinen in
Uhrwerken Lagerbuchsen aus Metall anzuwenden, beispielsweise solche aus Berylliumbronze.
Auch ist es bekannt, Metall= keramiken als Werkstoff bei Uhren anzuwenden. Die bekannten,
auf schmelzmetallurgischem wie pulvermetallurgischem Wege gewonnenen Lagerwerkstoffe
wurden jedoch immer in der gebräuchliichen Art, d. h. unter Arbeiten mit ölüberschuß,
angewendet. Es wurden die in der Uhrentechnik üblichen Ölsenkungen bei Schulterlagern
oder die Ölkammern bei Decksteinlagern vorgesehen, und die wesentliche Erkenntnis
der vorliegenden Erfindung, nämlich die Ausnutzung der Porigkeit gewisser Metallkeramiken
zum Zwecke, die Lagerung zugleich hitze- und kältefest zu machen, lag bis jetzt
nicht vor.
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Aus der Verwendung ölgesättigter, feinporiger Metallkeramiken als
Lagerwerkstoff ergibt sich eine Reihe neuer Möglichkeiten für die konstruktive Durchbildung
der Lagerungen. So kann man bei normaler, der Platinenstärke entsprechender Höhe
des Lagerkörpers an Stelle der üblichen Ölsenkung eine als Konstruktionsraum verwendbare
Ausnehmung vorsehen. Man kann aber auch deni Lagerkörper lediglich die durch die
axiale Länge der Lagerfläche bedingte Dicke geben. An solchen Lagerungsstellen,
an denen bis jetzt Schulterlager wie aber auch Decksteinlager angewandt wurden,
kann ein als Spurlager ausgebildetes Lager gemäß der Erfindung vorgesehen werden,
wobei vorzugsweise der Spurzapfen am Ende kugelig geformt ist. Man kann gegebenenfalls
die ganze Platine oder Teile davon aus feinporiger, ölgesättigter Metallkeramik
herstellen.
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Ein bedeutender Vorzug der geringen Schmierölmenge ist, daß sich nirgendwo
Ölmengen befinden, die leicht verschmutzen oder durch chemische Einwirkung, z. B.
von Luftsauerstoffen, zersetzt werden könnten. Will man das Öl noch zusätzlich schützen,
so kann man erfindungsgemäß dem Lagerkörper (dem sog. Bouchon) an (den nicht der
Lagerung dienenden Stellen an der Oberfläche die Porigkeit nehmen, vorzugsweise
durch Verdichtung oder durch Überzüge, die z. B. im galvanischen oder im Spritzverfahren
aufgebracht werden. Man kann auch den ganzen Lagerkörper überziehen und nachträglich
an der Lagerstelle die Poren freilegen. Das vorher oder nachher eingebrachte Öl
ist dann in hohem Maße gegen schädliche Einwirkungen geschützt, und es werden außerdem
durch die 'Beschränkung der porigen Oberfläche die Festhaltung des Öles sowie seine
Einsaugung bei Abkühlung und sein Herausdrücken bei Erwärmung verbessert bzw. gesteigert.
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Mehrere Ausführungsformen von Zapfenlagerungen gemäß der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt.
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Abb. i zeigt ein Schulterlager bekannter Ausführung, Abb. 2 ein solches
gemäß der Erfindung; Abb.3 zeigt ein Decksteinlager üblicher Ausführung, Abb. q.
ein Spurlager gemäß der Erfindung.
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Die Höhe a des Lagerkörpers z alter Ausführung (Abb. i) bestimmt sich
aus der axialen Länge b der Lagerbohrung 2 und der Tiefe c der Ölsenkung 3, die
erforderlich ist, um für die bestimmungsgemäße Betriebsdauer genügend Öl zu haben.
Bei dem Lagerkörper q. gemäß der Erfindung, dem Schulterlager gemäß Abb. 2, ist
an Stelle der Ölsenkung eine Ausnehmung 5 vorgesehen, die bei gleicher Tiefe c wie
die Ölsenkung vorzugsweise im Durchmesser größer gehalten ist und als Konstruktionsraum
zur Verfügung steht. Die Bauhöhe des Getriebes kann unter Ausnutzung dieses Konstruktionsraumes
beträchtlich vermindert werden.
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Das in Abb. q. dargestellte Spurlager gemäß der Erfindung kann das
in Abb. 3 dargestellte übliche Decksteinlager ersetzen. Dieses letztere besteht
aus dem Lochstein 6 und dem Deckstein 7. Zwischen beiden liegt die Ölkammer B. Da
die Ölkammer bei der erfindungsgemäßen Lagerung wegfallen kann, weil ja der Lagerkörper
gewissermaßen selbst die Ölkammer bildet, kann wiederum beträchtlich an Bauhöhe
gewonnen werden, wie der Vergleich der Masse d (Abb. q.) und e (Abb. 3) zeigt. Die
Herstellung des Spurlagerkörpers 9 (Abb. q.) ist beträchtlich einfacher als die
Herstellung eines Decksteinlagers,
da lediglich ein Sackloch io
durch Bohren, Schleifen oder Eindrücken im Lagerkörper hergestellt zu werden braucht.
Es empfiehlt sich, bei Lagerausbildungen gemäß Abb. .4 dem Lagerzapfen am Ende kuglige
Form zu geben oder durch sonstige geeignete Formgebung von Zapfen und Lagerbohrung
für dasEintreten der sog. Olivierung Sorge zu tragen. Spurlager gemäß Abb. q. werden
vorteilhaft auch an Stelle der bekannten Schulterlager nach Abb. i treten können.
Bei dieser Lagerausbildung ist die Gefahr der Verschmutzung besonders gering.