DD258149A3 - Schmiereinrichtung fuer gleitlager - Google Patents

Abstract

Die Erfindung kann fuer hochbelastete, auch stossweise belastete langsamlaufende Lager groesserer Abmessungen fuer rauhe Betriebsbedingungen, insbesondere in Braunkohleverarbeitungsanlagen angewendet werden, wobei in die Gleitflaeche eine Schmiernut eingearbeitet ist. Die Schmiernut ist so ausgebildet, dass die Laengen der steilen und der flachen Flanke und die Tiefe der Schmiernut besonders masslich zugeordnet sind, dass die Querbohrungen in besonderer Weise in die Schmiernut eingefuehrt sind und dass in die Randbereiche der Gleitflaeche groessere Kanaele, in die steile Flanke der Schmiernut einmuendend, eingearbeitet sind. Fig. 1

Description

(Lit.: Bauer, Schneider, Kaltofen; Achsen, Wellen, Lager, Kupplung, VEB Fachbuchverlag Leipzig 1969). Die Keiltaschen bzw. das versetzte Zitronenspiel weisen in Gleitrichtung eine tangential flach anlaufende Flanke und eine senkrecht dazu, also radial, ausgerichtete kleine Flanke auf. Die Gleitlager mit Schmierkeilen bzw. Öltaschen müssen wegen der in der Regel linienförmigen Auflage mit sehr kleinem Lagerspiel, d.h. hohem Fertigungsaufwand hergestellt werden.

Nach GB-PS 2062127 ist ein Flüssigkeitsfilm—Taschenlager bekannt, bei dem in eine gewölbte, nahezu gleichseitige flache Lagertasche im Bereich der tiefstenStelle der Lagertasche eine relativ große und radial ausgerichtete Querbohrung einmünden, bei der die Taschenseite in Gleitrichtung eine etwas flachere Flanke aufweist, die dann weiter in eine lange, sehr flache und eng tolerierte gleichförmige breite Aussparung übergeht. Die gewölbte Lagertasche reicht bis auf einen schmalen rechten und linken Randbereich über die gesamte Lagerbreite, wobei in die Randbereiche jeweils eine kleine Entlüftungsöffnung im Bereich der tiefsten Stelle der Lagertasche eingebracht sind. Wegen der hohen Toleranzforderungen insbesondere ist dieses Gleitlager sehr aufwendig.

Insbesondere bei schmalen Lagern sollen die Übergänge von der Schmiernut zur Gleitfläche in der Mitte zungenförmig vorgezogen werden, um das Schmieröl auf die Lagermitte zu konzentrieren. (DE-PS 1247082). Die Kanten an den Schmiernuten und -löchern sind gut abzurunden und die Schmiernuten flach zu halten. Der Übergang von der Schmiernut auf die Gleitfläche soll tangential anlaufend ausgebildet sein, um ein besseres Einziehen des Schmieröls zwischen die Gleitflächen zu ermöglichen.

Der Schmierölunterdruck im Anfangsbereich einer Schmiernut kann zu schnellem Kavitationsverschleiß führen. Deshalb wird in DE-PS 2703775 ein Radiallager vorgeschlagen, bei dem dieser Anfangsbereich der Schmiernut mittels einer Bohrung mit einem äußeren Schmierölraum verbunden ist, der als Vorrats- und Druckausgleichraum fungiert. Diese Lösung ist sogar für wechselnde Laufrichtung vorgesehen, in dem an beiden Enden der Schmiernut eine solche Bohrung angeordnet ist, was jedoch durch den unweigerlichen Druckverlust im Druckbereich der Schmiernut nachteilig ist.

Um ebenfalls der Kavitation entgegenzuwirken, die Gleitflächen zu kühlen und optimal zu schmieren, wird in DE-PS 3025876 vorgeschlagen, den Vorratsbereich der Schmiernut auf der Seite des Druckbereichs mit düsenartigen Bohrungen zu versehen, durch die das Schmieröl mit höherem Druck gegen die Gleitfläche der Welle gespritzt wird.

Diese Arbeitsvariante ist nachteiligerweise wegen des erforderlichen höheren Ölzulaufdruckes nur für die aufwendige Druckölschmierung geeignet. Außerdem besteht die Gefahr, daß durch Fremdpartikel eine oder mehrere Düsenbohrungen verstopfen und damit das Schmierprinzip außer Funktion setzen.

Es existiert auch eine ganze Reihe von Lösungen, in die eine Gleitfläche einer Lagerstelle ein mehr oder weniger labyrinthartiges System von Schmiernuten einzubringen, mit dem Ziel, das Schmieröl über die gesamte Anlagefläche gleichmäßig zu verteilen.

Solche Lösungen sind sehr aufwendig, sowohl in der Herstellung als auch in der Instandhaltung.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, die Herstellung und den Betrieb von Gleitlagern, insbesondere für hoch belastete langsamlaufende Lager größerer Abmessungen für rauhe Betriebsbedingungen, effektiver zu gestalten.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schmiereinrichtung für Gleitlager, insbesondere hoch belastete, und stoßweise belastete langsamlaufende Lager größerer Abmessungen für rauhe Betriebsbedingungen zu entwickeln, mit der mit einfachen und geringen Mitteln der Fertigungsaufwand für solche Gleitlager verringert, deren Betriebsaufwand, insbesondere der Aufwand an Schmieröl und Energie reduziert und die Betriebssicherheit sowie die Laufdauer des Gleitlagers erhöht werden. Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe unter Verwendung einer an sich bekannten Gleitfläche, in die mindestens eine Schmiernut so eingebracht ist, daß sie bis auf einen schmalen linken und rechten Randbereich die gesamte Breite der Gleitfläche erfaßt und in Gleitrichtung eine flache und in Gegenrichtung eine wesentlich steilere Flanke aufweist, wobei im Grund der Schmiernut eine oder mehrere große Querbohrungen angeordnet sind, deren Achsen etwa auf den Übergang zwischen steiler und flacher Flanke ausgerichtet sind und die mit ihrem Durchmesser den Übergangsbereich zwischen den Flanken überdecken, wobei die Querbohrungen mit einer ebenfalls großen Versorgungsbohrung verbunden sind und wobei im Randbereich je ein offener Kanal eingearbeitet ist, dadurch gelöst, daß die Länge der steileren Flanke kleiner als etwa ein Drittel der Länge der flachen Flanke, die Tiefe der Schmiernut kleiner als etwa ein Fünftel der Länge der flachen Flanke ausgelegt ist, daß die Querbohrung so in die Schmiernut eingearbeitet sind, daß deren Durchmesser den gesamten Übergangsbereich zwischen den Flanken überdeckt und der offene Kanal im Randbereich der steilen Flanke mit einem großen Querschnitt von etwa einem Drittel des Schmiernutquerschnitts eingearbeitet ist.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, daß die Reibungswerte hochbelasteter, auch stoßweise belasteter langsamlaufender Gleitlager größerer Abmessungen, die unter rauhen Betriebsbedingungen laufen müssen, insbesondere unter Verzicht auf besondere Schmieröldruckpumpen, und die Ölspritzverluste, und damit die Brand- und Unfallgefahr, wesentlich reduziert werden. Damit verbunden sind eine wesentlich erhöhte Laufdauer der Lager und Gebrauchsdauer des Schmieröls, die erreicht werden bei gleichzeitig relativ großem Lagerspiel und großer Rauhigkeit der Gleitflächen, wobei die Schmiernuten mit ihrem einfachen geometrischen Profil mit einfachen Fertigungsmitteln und geringem Fertigungsaufwand hergestellt werden können. Der Aufwand für Herstellung und Betrieb der Gleitlager, die insbesondere in Brikettpressen Anwendung finden, wurde wesentlich reduziert. Die Laufdauer eines solchen Lagers, dessen Lagertemperatur durch die erfindungsgemäße Lösung 37°C über die gesamte Zeit konstant bleibt, wurde auf das Dreifache erhöht. Gerade die Reduzierung der Ausfallraten solcher hochproduktiven Maschinen bringt einen enormen volkswirtschaftlichen Nutzen. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung beruhen in erster Linie auf einem besonderen hydrodynamischen und thermischen Effekt der Schmiereinrichtung, der aus der besonderen Form der Schmiernut im Zusammenspiel mit den großen Werten von Rauhigkeit und Lagerspiel der Gleitflächen und der Form bzw. Anordnung der Querbohrungen, der offenen Kanäle resultiert. Das soll nachfolgend im einzelnen erläutert werden: Durch die besondere Anordnung des Ölreservoirs relativ zum Lager ist stets gewährleistet, daß auch im Anlaufmoment alle

Schmiernuten voll mit Öl gefüllt sind. Die Bildung von Lufträumen in den Schmiernuten ist durch den kleinen offenen Kanal ausgeschlossen.

Mit Einsetzen der Relativbewegung zwischen den Gleitflächen wird in den Bereich derflachen Flanke hinein ein wachsender und im wesentlichen gleichmäßiger Öldruck erzeugt und durch Viskositäts- und Kohäsionskräfte und Adhäsionskräfte sowie durch das Rauhigkeitsvolumen eine große Schmierölmenge in den sich mit dem Druckaufbau aufweitenden Schmierspalt im Auflagebereich gefördert. Auf der gegenüberliegenden Seite, nämlich im Bereich der steilen Flanke wird durch den großen Öffnungswinkel zur Fläche der steilen Flanke im dort befindlichen Ölvolumen durch die Kohäsionskräfte des Öls und die Adhäsionskräfte zu der Gleitlagerfläche bzw. der Fläche der steilen Flanke eine extrem starke Injektorwirkung erzeugt, die ihr Maximum am Grunde der Schmiernut, d. h. im Übergang zwischen steiler und flacher Flanke erreicht. In diesem Bereich münden jedoch die Querbohrungen, die mit ihrem großen Querschnitt mit den ebenfalls großen Versorgungsbohrungen verbunden sind. Dieser große Nachströmungsquerschnitt für das Schmieröl garantiert, daß der Öldruck im Bereich der Injektorwirkung, d.h. besonders im Bereich der steilen Flanke keine größeren Saugwerte annimmt. Es wird im Gegenteil ein extrem großer Schmieröldurchsatz ohne zusätzliche Fördermittel und ohne kritische Saugdrücke erreicht. Der große Schmieröldurchsatz gewährleistet eine gute Kühlung, einen besonders dicken Schmierfilm und damit auch eine hohe Unempfindlichkeit gegen fest Verschmutzungsteilchen im Schmieröl. Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Größe der offenen Kanäle wird darüber hinaus zusätzlich eine Notlaufschmierung der Randbereiche in der Anlaufphase garantiert und während des Laufs der Schmieröldurchsatz durch die Schmiernut wesentlich erhöht und damit, mit der hohen Ölmenge, eine große Wärmeabfuhr aus dem Lagerbereich gewährleistet. Die zusätzliche Ölmenge wird gezielt, d.h. durch die offenen Kanäle abgeführt. Der Druck des dort abgeführten Schmieröls ist vernachlässigbar gering, so daß an die Abdichtung des Lagers keine besonderen Anforderungen gestellt werden. In der Schmiernut wird also wesentlich mehr Schmieröl bereitgestellt, als zur Bildung des Schmierfilms benötigt wird. Das aus den Querbohrungen zugeführte kühle Schmieröl besitzt eine höhere Viskosität und wird in größerem Maße in den Schmierspalt gedruckt als das aus dem Schmierspalt in den Bereich der steilen Flanke zuströmende wärmere Schmieröl, welches dadurch eine geringere Viskosität besitzt. Durch die offenen Kanäle fließt fast ausschließlich der wärmere Schmierölanteil ab.

Ausführungsbeispiel

Nachstehend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: den teilweisen Querschnitt Fig. 2: die Teilansicht der Lagerschale

eines zweigeteilten Radialgleitlagers für die Schwungradwelle einer Braunkohlenbrikettpresse. In der Lagerschale 1 ist die Welle 2 von 470mm Zapfendurchmesser und 200mm Lagerbreite aufgenommen. Die Gleitrichtung 3 ist durch einen Pfeil gekennzeichnet. In der Lagerschale 1, die die untere Lagerschale darstellen soll, ist die Schmiernut 4 angeordnet. Die Schmiernut 4 ist in die Lagerschale quer zur Gleitrichtung 3 als Parallelnut eingefräst und erfaßt bis auf einen 15mm breiten linken und rechten Randbereich 6 die gesamte Breite der Gleitfläche 5 von 360 mm. Die Gleitfläche 5 und auch die Gleitfläche 7 sind durch einfaches Schlichten, also einer fachunüblich groben Bearbeitung, hergestellt. Das Lagerspiel beträgt 1 mm. Die Schmiernut 4 hat eine gesamte Länge von 60 mm, wobei sie in Gleitrichtung 3 eine flache Flanke 8 von 45 mm Länge und entgegengesetzt zur Gleitrichtung 3 eine steile Flanke 9 von 15mm aufweist. Beide Flanken 8 und 9 gehen tangential ineinander über. Die Tiefe der Schmiernut 4 beträgt 5 mm. In dem Grund der Schmiernut 4 sind zwei Querbohrungen 10 so eingebracht, daß ihre Achsen auf den Übergang zwischen flacher Flanke 8 und steiler Flanke 9 ausgerichtet sind. Der freie Querschnitt der Schmiernut 4 gemäß Fig. 1 beträgt 150mm². Der Querschnitt der Querbohrungen lObeträgt 170mm². Der Durchmesser je einer Querbohrung 10 überdeckt den gesamten Übergang zwischen flache Flanke 8 und steiler Flanke 9 der Schmiernut 4. Die Querbohrungen 10 sind mit einer Versorgungsbohrung 11 von ebenfalls 170 mm² Querschnitt verbunden, wobei die Versorgungsbohrung 11 mit einem Leitungskanal 12 von ebenfalls 170 mm² lichtem Querschnitt inVerbindung steht, wobei der in Fig. 2 nur teilweise dargestellte Leitungskanal 12 mit einem nicht dargestellten Ölreservoir verbunden ist, dessen minimales Ölniveau höher als die Oberkante der oberen Lagerschale ist. Im rechten Randbereich 6 der Lagerschale 1 ist als Verbindung zwischen dem Bereich der steilen Flanke 9 der Schmiernut 4 ein zur Welle 2 hin offener Kanal 13 eingearbeitet, dessen halbkreisförmiger Querschnitt 56mm² beträgt.

Durch das Ölniveau im Ölreservoir und die entlüftende Wirkung des Kanals 13 im Ruhezustand der Welle 2 steht in jeder Schmiernut, insbesondere in der Nähe des Auflagebereichs, wie in Fig. 2 positioniert, das Schmieröl ohne Luftraum in jeder Schmiernut 4 voll an. Bei Rotation der Welle 1 in Drehrichtung 3 wird das Schmieröl durch die Viskositäts-, Kohäsions-und Adhäsionskräfte sowie durGh das Rauhigkeitsvolumen der Gleitfläche 7 der Welle 2 in den Bereich derflachen Flanke 8 hineingedrückt. Es wird dort ein wachsender gleichmäßiger Öldruck erzeugt, die Welle 2 angehoben, so daß sich der große Schmierspalt 14 bildet. Durch den großen Öffnungswinkel zwischen der Fläche der steilen Flanke 9 und der Gleitfläche 7 der Welle 2 wird infolge der Kohäsions- und Adhäsionskräfte des Öls eine Injektorwirkung erzeugt, durch die mit geringstem Druckverlust infolge der extrem großen Querschnitte der Querbohrungen 10, Versorgungsbohrungen 11 und Leitungskanäle 12 und damit mit vernachlässigbar kleinem Saugdruck eine große Schmierölmenge nachgefördert wird, und zwar mehr als durch den großen Schmierspalt abtransportiert werden kann. Dadurch, daß der Kanal 13 in den Bereich der steilen Flanke an Ende der Schmiernut 4 mündet, läuft während des normalen Betrieb des Lagers überflüssiges erwärmtes Schmieröl gezielt aus dem Kanal 13 in die Ölwanne ab. Inder Anlaufphase wirkt das Ölvolumen des Kanals 13ausreichend als sofortige Notschmierung, so daß die Mischreibung in der Anlaufphase äußerst gering bleibt.

Claims (2)

1. Schmiereinrichtung für Gleitlager, insbesondere für hochbelastete, auch stoßweise belastete langsamlaufende Lager größerer Abmessungen für rauhe Betriebsbedingungen unter Verzicht auf Druckölumlaufschmierung unter Verwendung einer an sich bekannten Gleitfläche, iri die mindestens eine Schmiernut so eingebracht ist, daß sie bis auf einen schmalen linken und rechten Randbereich die gesamte Breite der Gleitfläche erfaßt und in Gleitrichtung eine flache und in Gegenrichtung eine wesentlich steilere Flanke aufweist, wobei im Grund der Schmiernut eine oder mehrere große Querbohrungen angeordnet sind, deren Achsen etwa auf den Übergang zwischen steiler und flacher Flanke ausgerichtet sind und die mit ihrem Durchmesser den Übergangsbereich zwischen den Flanken überdecken, wobei die Querbohrungen mit einer ebenfalls großen Versorgungsbohrung verbunden sind und wobei im Randbereich je ein offener Kanal eingearbeitet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der steilen Flanke (9) kleiner als etwa ein Drittel der Länge der flachen Flanke (8), die Tiefe der Schmiernut (4) kleiner als etwa ein Fünftel der Länge der flachen Flanke (8) ausgelegt ist, daß die Querbohrungen (10) so in die Schmiernut (4) eingearbeitet sind, daß deren Durchmesser den gesamten Übergangsbereich zwischen den Flanken (8,9) überdeckt und daß der offene Kanal (13) im Randbereich der steilen Flanke (9) mit einem großen Querschnitt von etwa einem Drittel des Schmiernutquerschnitts eingearbeitet ist.

   Hierzu
2. 2 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft eine Schmiereinrichtung für Gleitlager, insbesondere für Radiallager mit hohen Lagerbelastungen und geringen Drehzahlen.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Es ist bekannt, daß bei der Gestaltung von Gleitlagern das Ziel angestrebt wird, die auf hydrodynamischen Ursachen beruhende sogenannte „Schwimmreibung" zu erreichen. Im Zustand der Schwimmreibung besteht zwischen den sich relativ zueinander bewegenden Flächen eine Flüssigkeitsschicht, der Schmierfilm. Der Schmierfilm entsteht dadurch, daß Schmieröl durch die Gleitbewegung mitgerissen und in einen sich verengenden Spalt gepreßt wird, so daß ein tragender Schmierdruck zwischen den Flächen entsteht. Der Schmierfilm trägt damit die gesamte Lagerlast. Voraussetzung für Ausbildung des Schmierfilms ist unter anderem, daß zwischen den Flächen, z. B. den entsprechend zugewandten Flächen von Welle und Lagerschale, ein Lagerspiel besteht. Dieses Lagerspiel muß bei hohen Lagerbelastungen und geringen Drehzahlen sehr gering gehalten werden. Das bedeutet, daß für die Herstellung von größeren Lagern von hochbelasteten langsamlaufenden Lagern, z. B. für die Schwungradlager von Brikettpressen ein hoher mechanischer Bearbeitungsaufwand getrieben werden muß. In diesem hohen Bearbeitungsaufwand ist auch eingeschlossen, daß die Rauhigkeit der Gleitflächen geringer als die Schmierspaltdicke gehalten werden muß. (Lit: Hütte, Maschinenbau Teil A; 28. Auflage Verlag von Wilhelm Ernst u. Sohn, Berlin 1954, S.60ff). Unter den rauhen Betriebsbedingungen z. B. einer Brikettfabrik ist nicht auszuschließen, daß das Schmieröl durch fremde Feststoffe verunreinigt wird, die dann zu schnellem und vorzeitigem Lagerverschleiß führen. Und gerade die hochpräzis und aufwendig hergestellten Lager für hochbelastete Maschinen sind gegen solche Ölverschmutzungen extrem empfindlich. Um die Tragfähigkeit von Lagern, d.h. deren zulässige Flächenpressung zu erhöhen, wird die sogenannte Vollschmierung (Druckumlaufschmierung) eingesetzt. Der zusätzliche Öldruck beim Eintritt in den Schmierspalt wird mittels aufwendiger Öldruckpumpen erzeugt, deren Funktion mit zusätzlichen Mitteln überwacht werden muß. Hinzu kommt, daß das Lagerspiel bei Druckumlaufschmierung sehr klein und genau eingehalten werden muß, um Ölspritzverluste und damit auch die Brandgefahr gering zu halten. Der Schmieröldruck wird bis zu 200 kp/cm² getrieben. Die Druckumlaufschmierung ist insbesondere für große, hochbelastete langsamlaufende Lager unter rauhen Betriebsbedingungen eine zwar häufig genutzte, jedoch sehr aufwendige Schmiermethode.

   Um das Schmieröl möglichst gleichmäßig über die Lagerfläche zu verteilen, werden Schmiernuten bzw. Schmiertaschen im Lager angeordnet. Es werden meist mehrere Schmiernuten, verteilt z. B. über den Umfang eines Radiallagers, angeordnet, wobei die Schmiernuten in der Regel außerhalb des Druckbereichs der Lagerfläche eingefügt sind. Die Schmiernuten werden über separate Zuleitungen mit Schmieröl versorgt, vorzugsweise mittels Pumpen und Drosselstellen im Vorlauf. Aus der Untersuchung der hydrodynamischen Ausbildung des Schmierdrucks ist bekannt, daß das Druckmaximum in Laufrichtung kurz vor der engsten Stelle zwischen beiden Flächen liegt. Hinter der engsten Stelle kann ein Unterdruck bis 0,25kp/cm² entstehen, der sogar ein Ansaugen des Schmieröls ermöglicht.

   Die Zufuhr des Schmieröls in den Schmierspalt erfolgt also vorzugsweise von sog. Öltaschen oder Schmiernuten aus, die in die unbelastete oder zumindest geringer belastete Lagerschalenhälfte bis auf einen kleinen Steg an den Lagerrändern eingearbeitet sind. Für die Ausführung solcher Öltaschen sind nach Lang/Steinhilper: Gleitlager Springer-Verlag Berlin/Heidelberg/New York 1987 kreiszylindrische Lager mit 360°-Tasche oder 180°-Nut, Zweikeillager, Taschenlager, Dreikeillager, Dreikeiltaschenlager und Vielkeillager bekannt. Keillager haben eine gleichseitige Keiltasche für zwei Drehrichtungen oder eine Öltasche in einseitiger Keilform für eine Drehrichtung. Ähnlich sind die Lagerschalen mit sog. Zitronenspiel bzw. versetztem Zitronenspiel aufgebaut