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Selbsttragender Gleitlagerkörper Ein möglichst universell anwendbares
Gleitlager muß die Forderung erfüllen, Lasten verschiedener Größe bei verschiedenen
Gleitgeschwindigkeiten betriebssicher und abnutzungsfrei aufzunehmen. Außerdem sind
auch möglichst kleine Abmessungen und Lagerspiele erwünscht. Es sind auch bereits
eine Reihe von Lagerwerkstoffen bekannt, welche ihrer Natur nach hohe spezifische
Flächenpressungen mit praktisch unbedeutender Abnutzung vertragen.
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Mit einer hohen Lagerbelastung sind zwangläufig Wellendurchbiegungen
verbünden, die im Bereiche der Laufflächen in der gleichen Größenordnung liegen
können wie das Lagerspiel selbst. Zudem steigt mit zunehmender Belastung, besonders
bei sparsamer Schmierung, auch die Lagertemperatur. Bei geometrisch idealen zylindrischen
Lauf- und Gegenlaufflächen steigt mit abnehmendem Lagerspiel bis zu einem gewissen
Grade die Tragfähigkeit des Lagers. Da jedoch die beiden Maßnahmen zur Erhöhung
der gesamten Tragfähigkeit eines Lagers, nämlich die Verlängerung der Gleitfläche
und die Herabsetzung des Lagerspieles infolge der unvermeidlichen Durchbiegung der
Welle, Verkantungen zur Folge haben, ist es erforderlich, zur Erhöhung der Tragfähigkeit
und Betriebssicherheit des Lagers andere Wege zu beschreiten.
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So sind z. B. Gleitlagerausführungen bekanntgeworden, welche die hohen
Kantenpressungen dadurch zuvermeiden versuchen, daß entweder durch geschickte Ausnutzung
der Wärmedehnung der äußeren Teile der
Laufflächenträger, die selbsttragend
ausgeführt sind, oder durch Verwendung von dünnen Lagerbüchsen, die in der Nähe
ihrer Enden nicht mehr abgestützt sind und sich daher durchbiegen können, ein Ausweichen
der Kanten ermöglicht wird.
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Es ist ferner ein Gleitlager insbesondere für Elektromaschinen kleiner
und mittlerer Größe bekannt, bei dem der Lagerkörper in seinem Träger nur über einen
Bruchteil seiner axialen Länge abgestützt ist und der Lagerkörper aus einem Ring
mit einer tiefen, breiten, U-förmigen Ausdrehung zwischen zwei radiale Scheiben
bildenden U-Schenkeln besteht, von denen nur einer den Lagerkörper einseitig in
dem Lagerkopf abstützt. Diese Stützscheibe ist in axialer Richtung nachgiebig und
stellt somit eine Art Membran dar, die dem Lager eine gewisse Nachgiebigkeit verleiht
und die Einstellung der Lagerbüchse im Betriebe ermöglicht, um Kantenpressungen
zu vermeiden.
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Eine vollkommene Anschmiegung der aufeinandergleitenden Teile, wie
sie zur besten Ausnutzung des Lagerwerkstoffes erforderlich ist, wird jedoch auch
mit diesen bekannten Gleitlagerausführungen nicht gewährleistet. Zudem stößt bei
diesen bekannten Ausführungen die Anordnung von ebenen Laufflächen zur Aufnahme
von axialen Drücken auf große Schwierigkeiten.
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Die Erfindung geht einen neuen Weg zur Schaffung einer Gleitlagerform,
welche ähnlich einem Metallschlauch ein vollkommenes Anschmiegen des Lagerkörpers
am Gegenlaufkörper (Welle) gewährleistet, dabei gleichzeitig aber in jedem senkrecht
zur Längsachse verlaufenden Schnitt die ideale . Kreisform aufrechterhält. Der neue
Weg geht von der Erkenntnis aus, daß das vollkommene Anschmiegen und die Erhaltung
der idealen Kreisform auf einfache und betriebssichere Weise durch Aufgliederung
der Wandung des Gleitlagerkörpers erreicht werden kann. Demgemäß ist der selbsttragende
Gleitlagerkörper gemäß der Erfindung in seinem äußeren Umfangsteil mit wenigstens
einem in axialer Richtung starren Abstützring zum Abstützen am Gehäuse und mit axial
an diesem Abstützring wenigstens zur einen Seite, zweckmäßig aber beidseitig anschließend
mit einer Gliederung, bestehend aus abwechselnd angeordneten radialen Ringen und
radialen, schmalen Nuten ausgestattet, welche Nuten wenigstens in einem Abstand,
zweckmäßig aber in verschiedenen, in axialer Richtung gesetzmäßig sich ändernden
Abständen von der inneren Lauffläche enden.
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Die Aufgliederung von Lagerkörpern ist zwar bekannt, jedoch nur im
Zusammenhang mit einer nicht selbsttragenden Ausbildung und Anordnung dieser Lagerkörper,
sei es, daß die Lagerkörper aus mehreren, in axialer Richtung nebeneinanderliegenden
Teilen zusammengesetzt sind, oder sei es, daß die Lager- oder Zwischenkörper dünnwandig
ausgebildet und an mehreren in axialer Richtung verteilten Stellen abgestützt sind.
In beiden Fällen ist die Abstützung der Lagerkörper praktisch auf ihrer ganzen Länge
erforderlich, so daß die in vielen Belangen vorteilhafte Selbsttragung nicht vorliegt
und auch der Anpassung des Lagerkörpers an Durchbiegungen der Welle enge Grenzen
gesetzt sind. Demgegenüber wird beim erfindungsgemäßen Gleitlagerkörper durch die
Vorsehung der schmalen Ringnuten jener Teil des Lagerkörpers, der die innere Lauffläche
trägt und der mit dem Gegenlaufkörper (Welle) in Berührung kommt, selbsttragend,
dabei aber verhältnismäßig dünn ausgebildet, so daß sich dieser Teil, ähnlich wie
ein Schlauch, an die Gegenlauffläche in einem für das satte Anliegen erforderlichen
Maß anschmiegen kann. Die zwischen den Ringnuten befindlichen Ringe dagegen bilden
eine wirksame Versteifung des schlauchartigen Laufflächenträgers, so daß die für
gute Auflage- und Laufverhältnisse erforderliche Kreisform immer gesichert ist.
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Es ist zweckmäßig, daß die von der inneren Lauffläche gemessenen Abstände
der Enden der beidseitig des Abstützringes angeordneten Nuten gegen die Stirnseiten
des Lagerkörpers hin allmählich sich verkleinern, so daß ein Laufflächenträger von
annähernd gleichem Widerstand gegen Biegung erhalten wird.
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Der innere, nutenfreie Laufflächenträger kann mit dem Abstützring
und den zwischen den Nuten befindlichen Ringen der Gliederung aus einem Stück bestehen.
Die zwischen den Nuten befindlichen Ringe der Gliederung des Lagerkörpers können
aber auch von besonderen Ringen gebildet werden, die auf dem inneren, die Lauffläche
tragenden Lagerteil aufgezogen sind und aus einem Material bestehen, dessen Temperaturausdehnungskoeffizient
mindestens so groß ist wie der des Laufflächenträgers, so daß die freie Wärmeausdehnung
des letzteren nicht behindert ist.
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Die Ringnuten der Gliederung können auch als Kapillare ausgebildet
sein und mit einem im Gleitlagerkörper vorgesehenen Schmiersystem, zweckmäßig durch
längsachsig verlaufende Kanäle miteinander und mit zur Lauffläche führenden Schmierlöchern
in Verbindung stehen. Auf diese Weise kommen die Ringnuten auch als Speicherung
und Führung für das Schmiermittel zur Wirkung, ohne die elastische Nachgiebigkeit
des Gleitlagerkörpers im Biegesinne zu beeinträchtigen.
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Was das Einsetzen und Haltern des erfindungsgemäß gegliederten Lagerkörpers
im Lagergehäuse anbelangt, so ist es für diesen Zweck vorteilhaft, den zweckmäßig
über die Umfläche des Lagerkörpers vorspringenden Abstützring in radialer Richtung
nachgiebig im Lagergehäuse einzusetzen und zu haltern, was leicht entweder durch
eine elastisch nachgiebige Ausbildung des bezüglichen Gehäuseteiles oder durch den
Einbau federnder Zwischenringe oder Teilen solcher Ringe oder durch die federnde
Ausbildung des Tragringes selbst erfolgen kann.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung des Gleitlagerkörpers macht es schließlich
auch möglich, seitliche Anlaufflächen zur Aufnahme axialer Drücke vorzusehen.
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Es ist zwar bekannt, bei Lagern mit auf Kapillarwirkung beruhender
Schmierung in der äußeren Mantelfläche der Lagerbüchse eine Anzahl in sich geschlossener,
gleichmäßig über die Büchsenlänge verteilter Nuten vorzusehen. Zweck dieser Maßnahme
ist, daß während des ganz in einem Bad von Schmiermaterial erfolgenden Einpressens
der Lagerbüchse in den Lagerkörper von jeder äußeren Nut jene Schmiermaterialmenge
mitgenommen und aufgespeichert wird, die
während der zu erwartenden
praktischen Lebensdauer der Büchse für die Schmierung durch Kapillarwirkung ausreicht.
Diese bekannten Büchsen- sind vor allem nicht selbsttragend und können es auch nicht
sein, einerseits wegen der geringen Tragfähigkeit des hochporösen Materials (das
Büchsenmaterial enthält ungefähr 30 % seines Gewichtes an Schmiermaterial), anderseits
wegen des dichten Sitzes im Lagerkörper, der notwendig ist, um das aufgenommene
Schmiermaterial in den Nuten einzuschließen. Durch den dichten Sitz der Lagerbüchse
im Lagerkörper können aber die Umfangsnuten der Lagerbüchse auch nicht eine Nachgiebigkeit
im Biegesinne gleich einem biegsamen Metallschlauch ergeben, ganz abgesehen davon,
daß poröses Material von der für die bekannten, selbstschmierenden Büchsen in Frage
kommenden Art gar nicht die notwendige Biegeelastizität besitzt. Zweck, Ausbildung
und Wirkungsweise der bekannten Lagerbüchse ist daher grundverschieden von dem erfindungsgemäßen
Gleitlagerkörper, der vor allem selbsttragend ist, der wenigstens in einer Ringzone
gegenüber dem Lagerkörper sich abstützt und der außerhalb dieser Abstützzone so
in Ring- und Nutteilen aufgegliedert ist, daß er gegen Biegungen seiner Längsachse
nachgiebig erscheint, bei Deformation seine Laufflächen-Kreisform dagegen beibehält.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen von Gleitlagerkörpern
gemäß der Erfindung veranschaulicht.
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Fig. I und 2 zeigen in schematischen Längsschnitten die Ausbildung
und Wirkungsweise des Lagerkörpers im Prinzip; in den Fig. 3, 4, 5, 6 und 7 sind
verschiedene Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Gleitlagerkörpern in je einem
Längsschnitt dargestellt; Fig. 5 a zeigt einen Kreuzriß zu Fig. 5.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. I besteht der Gleitlagerkörper
aus einem zylindrischen Hohlkörper, dessen Innenfläche I die Lauffläche darstellt,
die mit dem Gegenlaufkörper 2, z. B. einer Welle, zusammenwirkt. Der äußere Umfangteil
des Lagerkörpers ist durch Ringnuten 3 systemmäßig gegliedert. Die Ringnuten 3 sind
in gleichen Abständen 4 voneinander angeordnet und weisen eine solche Tiefe auf,
daß ihre innen liegenden Enden 5 in einem Abstand 6 von der Lauffläche I sich befinden.
Dieser Abstand stellt die Wandstärke des inneren, nutenfreien Lagerkörperteiles
7 dar, der die Lauffläche I trägt und als Laufflächenträger bezeichnet wird. Dieser,
eine verhältnismäßig geringe Wandstärke aufweisende Laufflächenträger ist durch
die zwischen den Ringnuten 3 verbleibenden Ringe 8 versteift.
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Die Wirkungsweise des Gleitlagerkörpers ist aus Fig. 2 ersichtlich.
Durch die Ringnuten 3 wird der Gleitlagerkörper so gegliedert, daß sich der Laufflächenträger
7 wie ein Schlauch satt an den Gegenlaufkörper 2 anlegt und allen elastischen Durchbiegungen
des letzteren folgt, wie dies in Fig. 2 stark Übertrieben dargestellt ist. Die Ringe
8 dagegen bewirken jene Versteifung des Laufflächenträgers 7 im radialen Sinne,
die notwendig ist, um die Kreisform des Laufflächenträgers 7 in jedem Querschnitt
sicherzustellen. Die Last wird über wenigstens eine Ringfläche, in der Regel über
die Ringfläche des in der Mitte liegenden Ringes 9 (Tragring) auf das Gehäuse übertragen,
welcher Ring zu diesem Zwecke vorteilhaft stärker ausgebildet ist. Solche in der
Mitte angeordnete, stärkere Tragringe 9 sind bei den Ausführungsbeispielen gemäß
den Fig. 3 bis 7 angewendet. An die abstützende I Ringfläche bzw. den Tragring 9
schließt sich in axialer Richtung die aus den Nuten 3 und den Ringen 8 bestehende
Gliederung an. Natürlich können auch zwei abstützende Ringflächen bzw. Tragringe,
z. B. an den Enden des Gleitlagerkörpers, vorgesehen sein, so daß sich dieser in
der Mitte durchbiegt.
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Die gleich starke Ausbildung des Laufflächenträgers 7, wie sie in
Fig. I dargestellt ist, ergibt allerdings an den Enden der Lauffläche einen zu geringen
Widerstand gegen Durchbiegung. Die Folge davon wäre eine geringere Ausnutzung der
Tragfähigkeit des Lagers an diesen Stellen. Um dies zu vermeiden, können, wie Fig.
3 zeigt, die von der inneren Lauffläche I gemessenen Abstände der inneren Nutenenden
4 gegen die Stirnseiten des Lagerkörpers hin planmäßig geändert werden, und zwar
so, daß der Längsschnitt durch den Laufflächenträger 7 möglichst einem Träger gleichen
Widerstandes gegen Biegung gleichkommt. In der Praxis genügt natürlich vollkommen
eine Annäherung an diese Idealform, welche angenäherte Form dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Abstände 6 der inneren Nutenenden von der Lauffläche I in Richtung
vom Tragring 9 zu den Seitenflächen des Lagers sich allmählich verkleinern. Es wird
auf diese Weise ein Laufflächenträger 7 geschaffen, dessen Längsschnitt einem Doppelkegel
entspricht.
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In Fig. 3 ist der Gleitlagerkörper mittels des Tragringes 9 in einem
Gehäuse Io eingesetzt und gehaltert. Dieser Sitz bzw. diese Halterung kann auch
eine in radialer Richtung elastisch nachgiebige sein und zeigt Fig. 4 als eine der
vielen möglichen Ausführungen eine Ausbildung, bei welcher das Gehäuse einen den
Tragring 9 des Lagerkörpers umfassenden Gehäuseteil II aufweist, der eine entsprechend
geringe Wandstärke besitzt und daher in radialer Richtung federn kann. Wird die
Wandstärke des Gehäuseteiles ii so klein gehalten, daß die radialen Dehnungskräfte
des Tragringes die radialen Gegenkräfte im Sitzteil ii des Gehäuses noch im elastischen
Bereich übersteigen, so wird damit auch im Bereich des Tragringes eine möglichst
ungehinderte Ausdehnung im radialen Sinne ermöglicht. Demnach gewährleistet die
Ausführungsform gemäß Fig. 4 nicht nur an den frei über dem mittleren Tragring herausragenden
Teilen eine unbehinderte Wärmeausdehnung, sondern eine solche auch mit einem gewissen
Annäherungswert im Bereich des Tragringes 9, so daß praktisch auf der ganzen Länge
des Lagerkörpers keine Lagerspielveränderungen durch Wärmeeinwirkung eintreten können.
DerAbstützteil i i des Gehäuses läßt sich trotz der Forderung nach möglichst ungehinderter
Wärmeausdehnung natürlich so bemessen, daß er auch die durch die Nutzlast bedingte,
in der Lagerbelastungsrichtung wirkende Durchsenkung in einem erträglichen Maße
hält.
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Die elastisch nachgiebige Lagerung des Gleitlagerkörpers im Gehäuse
kann auch auf andere Weise, z. B.
durch federnde Ringe oder Teile
solcher Ringe erfolgen, die zwischen dem Tragring und dem Gehäuse angeordnet sind.
Auch können die Tragringe selbst zu federnden Ringen ausgebildet sein.
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Für die Erzielung einer guten Anschmiegbarkeit des Lagerkörpers an
den Gegenlaufkörper ist es an sich unerheblich, wie breit die Ringnuten 3 ausgeführt
sind. Es läßt sich aber, wie Fig. 5 zeigt, die Breite der Nuten z. B. auf wenige
Zehntel Millimeter verringern, so daß die Nuten kapillare Wirkung erhalten und befähigt
sind, Schmierstoff zu speichern und festzuhalten. Die mit 3' bezeichneten kapillaren
Nuten sind durch Verbindungskanäle I2 miteinander und mit Schmierlöchern I3 verbunden.
Auf diese Weise wird das in den Kapillarnuten 3' aufgespeicherte Schmiermittel sicher
zu den Laufflächen geführt. Es empfiehlt sich, auch den Kapillarnuten 3' durch Vergrößerung
der Höhe der Ringe 8' eine größere Tiefe zu geben.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 sind die Versteifungsringe
nicht aus dem Vollen herausgearbeitet, sondern bestehen aus Ringen 8", g" für sich,
die auf dem Laufflächenträger 7" derart aufgezogen sind, daß Ringnuten 3" verbleiben.
Um die freie Wärmeausdehnung zu sichern, muß der Temperaturausdehnungskoeffizient
des Ringmaterials mindestens so groß sein wie der des Laufflächenträgers 7".
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 sind die beiden äußeren Versteifungsringe
so ausgebildet, daß sie Anlaufflächen I5 zur Aufnahme von Axialkräften aufweisen.
Es ist natürlich auch möglich, die beiden äußersten Flächen der Endversteifungsringe
als ebene Gleitflächen (Anlaufflächen) auszubilden, um axiale Belastungen aufnehmen
zu können.
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Bei dem erfindungsgemäßen Gleitlagerkörper sind alle Einflüsse beseitigt,
die einer durch die Erwärmung bedingten freien Ausdehnung entgegenstehen würden.
Dadurch wird es möglich, mit einem viel kleineren Kaltlagerspiel zu arbeiten, als
dies sonst üblich war. Beim Warmgehen des Lagers kann sich dank der erfindungsgemäßen
Ausbildung das Lagerspiel nicht mehr verringern; ja man hat es sogar in der Hand,
durch entsprechende Abstimmung der Wandstärkenverhältnisse eine bestimmte Vergrößerung
des Lagerspieles zu erreichen. Ferner kann auf diese Weise verhindert werden, daß
der Sitz des Lagerkörpers, wenn dieser aus Lagerwerkstoffen mit hohem Temperaturausdehnungskoeffizienten
und niedriger Streckgrenze hergestellt wird, durch Stauchwirkung kleiner und lockerer
wird.
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Die erfindungsgemäße Lagerkörperform ist mit Vorteil für Maschinenlagerungen
anwendbar, die in einem weiten Drehzahlbereich bei kleinstem Lagerspiel arbeiten
sollen, ohne daß Störungen infolge Wärmeeinwirkung befürchtet werden müssen.