NL1009410C2 - Smeersysteem. - Google Patents

Description

Smeersvsteem

De uitvinding betreft het gebied van het smeren van een mechanische inrichting met ten opzichte van elkaar verplaatsbare lichamen. Een dergelijke 5 mechanische inrichting kan in verschillende varianten zijn uitgevoerd; als een voorbeeld wordt een wentellager genoemd. De uitvinding is echter niet beperkt tot een dergelijke inrichting. Andere voorbeelden omvattend scharnierende inrichtingen en schuivende inrichtingen.

In die inrichtingen wordt smering toegepast teneinde een gelijkmatig gedrag te 10 verzekeren met minder wrijving van de wederzijds verplaatsbare lichamen. Ook is het de bedoeling om op die manier slijtage te beperken.

Teneinde een juiste smering te verkrijgen, is het belangrijk te verzekeren dat een dunne film van smeervloeistof wordt gevormd en behouden in het contactgebied tussen de lichamen. De vorming van een dergelijke film hangt onder andere af van 15 het gedrag van de smeervloeistof met betrekking tot de drukken, de afmeting en de vorm van de contactoppervlakken van de lichamen, en dergelijke.

Wanneer de film eenmaal is vernietigd, bijvoorbeeld als gevolg van blootstelling aan extreme drukken vergezeld van lekkage, wordt een direct contact van de lichamen verkregen, hetgeen een negatieve invloed heeft op de wrijving en de 20 slijtage.

In het geval van een poreus materiaal dat verzadigd is met een viskeuze vloeistof, leidt een botsing tegen het vlak van een bewegend lichaam ertoe dat de viskeuze afschuifkrachten het oppervlaktegebied van het poreuze materiaal sneller uitputten dan dat het poreuze materiaal het grensvlak weer zou kunnen bevoorraden. 25 Dit leidt tot een geëvacueerd oppervlaktegebied dat elastisch instort en verdere toestroming van de poriën van het materiaal verhindert. Het verwijderen van de belasting, of van de glijdende afschuiving, biedt het poreuze grensgebied de gelegenheid om zich elastisch te herstellen en zichzelf weer te bevoorraden met fluïdum uit het achterliggende gebied van het poreuze materiaal.

30 Het doel van de uitvinding is derhalve een verbeterde smering te verschaffen, waardoor een gewenste smeermiddelfilm kan worden gehandhaafd tussen twee lichamen, ook onder extreme omstandigheden. Dit doel wordt bereikt door middel van een smeersysteem voor onderling verplaatsbare lichamen van een mechanische ". 00 94 10 2 inrichting, welk systeem een poreus element alsmede een smeervloeistof omvat die daarin verdeelde deeltjes omvat, waarbij de afmeting van de poriën van het poreuze element, en de afmetingen van de deeltjes zó zijn gekozen dat de poriën van het poreuze element worden geblokkeerd door de deeltjes die zich in de smeermiddelfilm 5 bevinden in het contactgebied van dat poreuze element met één van de lichamen.

Bij het smeersysteem volgens de uitvinding, vormt het poreuze materiaal een reservoir dat de mogelijkheid biedt om een aanzienlijke hoeveelheid smeervloeistof in de nabijheid van het contactgebied tussen de lichamen te houden, welke smeervloeistof vrijelijk uit de poriën kan ontsnappen. Aan de andere kant versterkt 10 het systeem de vorming van een smerende knijpfilm, zodra één van de lichamen het poreuze element nadert of daarop botst. Dit wordt veroorzaakt door het feit dat de poriën in het poreuze element tijdelijk geblokkeerd raken door de in het smeermiddel verdeelde deeltjes. Dat smeermiddel kan dan niet langer via de poriën ontsnappen, en vormt een knijpfilm in het contactgebied van die lichamen.

15 De toepassing van deeltjes als secundaire fase in een basissmeermiddel, vergroot het vermogen tot het handhaven van een film onder knijpomstandigheden (hoge drukgradiënt).

In het bijzonder kunnen plaatvormige deeltjes worden toegepast die een maximale diameter bezitten zodanig dat deze groter is dan de porie-afmeting van het 20 lager, en die zich zelf uitlijnen in de richting van de filmstroming, doch die zullen trachten om de stroming van het smeermiddel in de poriën te blokkeren onder invloed van door knijpbelastingen opgewekte drukgradiënten (filmdruk > poriedruk). Zodra de drukgradiënt wordt omgekeerd, zullen de deeltjes het oppervlak trachten te verlaten en bieden het poreuze lageroppervlak zodoende de mogelijkheid om 25 smeermiddel vrij te geven in de film.

Verder kan het poreuze materiaal zodanig worden uitgevoerd dat de effectieve poriediameter daarvan toeneemt in de richting naar de filmgrenslaag toe. In dat verband kan een deeltjesafmeting worden toegepast zodanig dat deeltjes de poriën in deze grenslaag zullen binnentreden, doch niet door het poreuze medium heen zullen 30 treden onder een belastingdrukgradiënt. Onder invloed van een omgekeerde drukgradiënt, zal een omgekeerde stroming bijdragen tot het vrijgeven van deeltjes, terug in de film.

too:·.* 3

Met betrekking tot de eigenschappen van de elastische poreuze media, zoals eerder beschreven, en de viskeuze krachten in de film die de nabije oppervlaktelagen uitputten onder omstandigheden waarin een dunne film wordt blootgesteld aan sterke afschuiving, waardoor elastische vervorming en instorting wordt veroorzaakt, wordt 5 de effectieve porie-afmeting verminderd, zodanig dat de secundaire fasedeeltjes gevangen worden in het oppervlaktegebied, waardoor de oppervlaktelagen ondoordringbaar worden. Zodra de belasting wordt verwijderd, biedt de omgekeerde drukgradiënt en het elastische herstelvermogen van de/het oppervlaktelagen/gebied de mogelijkheid dat de deeltjes en het smeermiddel terugkeren in de film.

10 In het algemeen is er een voldoend lage elasticiteitsmodulus vereist teneinde vervorming van de doorgangen voor de werkdrukgradiënt mogelijk te maken.

In essentie zullen de deeltjes zó worden gekozen dat zij afgestemd zijn op de filmdikte-omstandigheden en de porie-afmeting en structuur van het lagermateriaal, zodanig dat een combinatie wordt verkregen in de vorm van een micro-terugslagklep, 15 die smering onder dynamische belastingomstandigheden kan verbeteren.

Een dergelijk smeersysteem lijkt op de menselijke bolgewricht (bijvoorbeeld knie), waar de lange proteïnen in het synoviale fluïdum de fibreuze kanalen in het kraakbeen blokkeren, waardoor een knijpfilm wordt gevormd tijdens nadering van de contactoppervlakken wanneer de gewrichten worden belast (bijvoorbeeld staan). Bij 20 vrijgave worden de kanalen "ontpropt", en wordt het smeerfluïdum vrijgegeven.

Op analoge wijze worden, wanneer de betreffende lichamen worden verwijderd, de poriën vrijgegeven en wordt olie vervolgens vrijgegeven.

De afmeting voor de deeltjes kan groter zijn dan de afmeting van de poriën. Verder kan het poreuze materiaal bevochtigbaar zijn door de smeervloeistof.

25 Bij voorkeur is de smeervloeistof een olie die PTFE-deeltjes omvat.

Volgens een bijzonder de voorkeur genietende uitvoering van het systeem volgens de uitvinding, is één van de lichamen een kooi voor een wentellager, welke kooi holten bezit die worden bepaald door een poreus materiaal, terwijl het andere lichaam een wentelelement van dat lager is dat zich bevindt in een dergelijke holte.

30 In het geval wentellagers bestaat ook een belangrijk potentieel verder voordeel, dat voortvloeit uit de toepassing van een poreuze kooi als smeermiddeltoevoer aan de contacten in de loopbanen. Dergelijke contacten lopen, in het bijzonder bij hoge snelheden, vaak gedeeltelijk met een uitgeputte oliesmering tengevolge van de slechte 4 F' Λ r~ 4 J Z*' ‘ ' ' '* 4 geometrie en het continu voorbijkomen van wentelelementen waardoor het smeermiddel uit de banen wordt gedreven, terwijl niet voldoende tijd bestaat deze te bevoorraden met nieuw smeermiddel voordat de volgende rolfase intreedt. De wentelelementen oscilleren continu in de kooiholten en verschaffen aldus een 5 dynamische belastingsomgeving die nodig is om het poreuze materiaal te gebruiken als een mogelijke smeermiddelbron, en op een ideale plaats voor het voldoen aan de benodigdheden ter plaatse van de loopbaancontacten.

Twee aanvullende gebieden waar voordelen worden verkregen zijn: lagers voor drijfstangen, in het bijzonder in grote scheepsmotoren waar de traagheidskrachten 10 relatief hoog zijn, en de kooi-bol-grensvlakken in homokinetische koppelingen. Een verbetering in de smering van dergelijke inrichtingen levert belangrijke voordelen in termen van het verminderen van wrijvingsverliezen en het verbeteren van het rendement, welke tot hogere prestaties en tot energiebesparingen zouden kunnen leiden.

15 De uitvinding zal nu verder worden beschreven onder verwijzing naar een in de figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeeld.

Figuur 1 toont een eerste zijaanzicht van een kooi met kogel die met elkaar in contact zijn.

Figuur 2 toont een kooi met een kogel die niet in contact zijn.

20 Figuur 3 toont een vergroot detail III van figuur 1.

Figuur 4 toont een vergroot detail IV van figuur 2.

Figuur 1 toont een deel van een kogellager, voorzien van een buitenring 1 met loopbaan 2, een binnenring 3 met een loopbaan 4, kogels 5 alsmede een kooi 6. De kooi bezit kooistaven 7, welke aan beide zijden een poreus element 8 dragen.

25 Tussen elk paar kooistaven 7 met poreuze elementen 8, is een kooiholte 9 bepaald.

In bedrijf botst de kogel 5 vaak op de poreuze elementen 8 aan beide zijden van zijn kooiholte 9, zoals getoond in figuren 1 en 2. Figuur 1 toont dat de kogel 5 in contact is met het betreffende poreuze element 8, figuur 2 toont de situatie zonder 30 contact.

Zoals getoond in figuur 4 bezit het poreuze element 8 poriën 10. Verder is er een smeervloeistof 11, die daarin verdeelde deeltjes 12 bezit. De afmetingen van de deeltjes 12 zijn groter dan de dwarsdoorsnede-afmetingen van de poriën 10. Dit 1009410 5 betekent dat de deeltjes 12, dat bijvoorbeeld PTFE-deeltjes zijn, niet in de poriën 10 kunnen dringen.

Zodra een kogel 5 in contact komt met het poreuze element 8, wordt de smeervloeistof 11 samengedrukt tussen deze elementen. Daardoor worden de deeltjes 5 12 eveneens op het poreuze element 10 gedrukt, zodanig dat zij de poriën 10 blokkeren.

De smeervloeistof kan derhalve niet via de poriën ontsnappen, en vormt een smeerknijpfilm 11 die de juiste smeerwerking garandeert tussen kogel 5 en poreus element 8. Zodra echter de kogel iets weg beweegt van het poreuze element 8, zoals 10 weergegeven in figuur 2, worden de poriën 10 vrijgegeven hetgeen betekent dat eventuele smeervloeistof die zich in de poriën 10 bevindt, daaruit naar buiten kan treden.

De deeltjes 12 bewegen af van het oppervlak van het poreuze element 8 aangezien zij in de smeervloeistof zijn gedispergeerd.

15 Het voordeel van het beschreven smeersysteem is dat een redelijke hoeveelheid smeervloeistof beschikbaar wordt gehouden in de poriën 10 van het poreuze element 8. Nadat de kogel 5 is afbewogen van het poreuze element 8, kan de smeervloeistof naar buiten treden op het oppervlak van het poreuze element 8, waardoor een hoeveelheid smeervloeistof voor de kogel 5 wordt verschaft.

20 Na botsing tussen de kogel 5 en het poreuze element 8, kan nog steeds een smeerfilm of knijpfïlm worden gehandhaafd tussen deze onderdelen, aangezien op dat moment de smeervloeistof niet via de poriën kan ontsnappen.

100 94 10

Claims (7)

1. Smeersysteem voor onderling verplaatsbare lichamen (5, 6) van een mechanische inrichting, welk systeem een poreus element (8) alsmede een 5 smeervloeistof (11) omvat die daarin verdeelde deeltjes (12) omvat, waarbij de afmeting van de poriën (10) van het poreuze element (8), en de afmetingen van de deeltjes (12) zó zijn gekozen dat de poriën (10) van het poreuze element (8) worden geblokkeerd door de deeltjes (12) die zich in de smeermiddelfilm bevinden in het contactgebied van dat poreuze element met één van de lichamen (5). 10

2. Smeersysteem volgens conclusie 1, waarbij die smeervloeistof samengedrukt wordt (knijpfilm) bij het contact van het poreuze element met één van de lichamen (5).

3. Smeersysteem volgens conclusie 1 of 2, waarbij de afmeting van de deeltjes (12) groter is dan de afmeting van de poriën (10).

4. Smeersysteem volgens conclusie 1, 2 of 3, waarbij het poreuze element (8) bevochtigbaar is met de smeervloeistof (11). 20

5. Smeersysteem volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de smeervloeistof (11) een olie is die PTFE-deeltjes omvat.

6. Smeersysteem volgens één van de conclusies 1-5, waarbij de effectieve 25 porie-afmeting toeneemt in de richting naar het contactgebied toe.

7. Wentellager, omvattende een smeersysteem volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij één van de lichamen een kooi (6) is voor een wentellager, welke kooi (6) holten (9) bezit die bepaald worden door een poreus materiaal (8), en het 30 andere lichaam een wentelelement (5) van dat lager is dat zich bevindt in een dergelijke holte (9). j . ij c' * · 'J