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Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Gleitlager umfassend einen Außenring mit einer an der Innenmantelfläche vorgesehenen ersten Gleitfläche, einen Innenring mit einer an der Außenmantelfläche vorgesehenen zweiten Gleitfläche, und ein zwischen diesen Außen- und Innenmantelflächen aufgenommenes Schmiermittel.
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Hydrodynamische Gleitlager eignen sich insbesondere bei Anwendungen, wo es auf einen verschleißfreien Dauerbetrieb ankommt und hohe Lagerkräfte und/oder Drehzahlen gegeben sind. Sie kommen bevorzugt im Groß- und Schwermaschinenbau zum Einsatz, wo schwere respektive stark belastete Wellen zu lagern sind. Ein Beispiel sind Maschinen der Ramm- und Verdichtungstechnik wie beispielsweise Aufsatz-, Mäkler- oder Tiefenrüttler, Betonverdichter, Erd- und Asphaltwalzen, Plattenverdichter und Ähnliches. Die hydrodynamischen Gleitlager kommen hier insbesondere im Vibrationserreger solcher Ramm- oder Verdichtungsmaschinen zum Einsatz, wo sie eine oder mehrere rotierende Unwuchtwellen lagern. Solche Unwuchtwellen sind entweder teilweise exzentrisch zur Rotationsachse geformt oder mit einem oder mehreren exzentrisch angebrachten Gewichten versehen, so dass bei einer Wellenrotation kreisförmige oder lineare Schwingungen erzeugt werden, wobei die erzeugte Schwingungsform von der Anzahl, der Anordnung, der Ausgestaltung und dem Rotationsbetrieb der Wellen abhängig ist.
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In den meisten Fällen jedoch sind solche Unwuchtwellen mittels Wälzlagern gelagert. Der Einsatz von Wälzlagern führt jedoch zu einer hohen Geräuschentwicklung, auch weisen die Wälzlager eine begrenzte Belastbarkeit und damit Lebensdauer auf und sind begrenzt drehzahlfest. Insbesondere sind sie nur bedingt geeignet, etwaige Wellendurchbiegungen, zu denen es insbesondere bei Unwuchtwellen kommen kann, zu kompensieren, vielmehr führt die durchbiegungsbedingte Verkippung der Lagerringe zueinander zu Funktionsstörungen.
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Hydrodynamische Gleitlager hingegen zeichnen sich durch eine hohe Belastbarkeit und ihre Eignung auch für Anwendungen mit hohen Drehzahlen aus. Um im Falle einer Wellendurchbiegung die Ringverkippung aufzufangen, sind hydrodynamische Gleitlager mitunter mit einem elastischen Element versehen, das allerdings aufgrund der Schwingungsfrequenz und der hohen Lagerkräfte übermäßig stark belastet ist.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein hydrodynamisches Gleitlager anzugeben, das insbesondere zur Lagerung einer Unwuchtwelle, vorzugsweise einer Unwuchtwelle eines Vibrationserregers einer Unwuchtmaschine, geeignet ist und das in der Lage ist, etwaige Wellenverbiegungen kompensieren zu können.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einem hydrodynamischen Gleitlager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der ein- oder mehrteilige Außenring eine sphärische Innenmantelfläche und der Innenring eine sphärische Außenmantelfläche aufweist, so dass der Innenring relativ zum Außenring verkippbar ist.
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Erfindungsgemäß sind die Gleitflächen des Innen- und des Außenrings sphärisch ausgeführt, das heißt, die Außenmantelfläche des Innenrings ist konvex gewölbt, während die Innenmantelfläche des Außenrings konkav gewölbt ist. Diese sphärische Flächenausgestaltung ermöglicht es, dass die beiden Ringe über die aneinander abgleitenden Außen- und Innenmantelflächen relativ zueinander verkippbar sind. Der Außenring ist üblicherweise an einem Gehäusebauteil oder dergleichen angeordnet, während der Innenring auf der drehzulagernden Welle aufsitzt. Kommt es nun betriebsbedingt zu einer Wellendurchbiegung, so kann der mit der Welle verbundene Innenring im Außenring leicht verkippen, während er gleichwohl noch ohne weiteres im Außenring rotieren kann. Trotz der Verkippung ist stets sichergestellt, dass ein Schmierkeil im Bereich, in dem die Flächen aneinander abgleiten, gegeben ist respektive kontinuierlich ein Schmiermittelstrom in den Keil gezogen wird.
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Das erfindungsgemäße hydrodynamische Gleitlager ist folglich in der Lage, etwaige Wellendurchbiegungen aufnehmen respektive kompensieren zu können, ohne dass seine Lagereigenschaft hierüber nachteilig beeinflusst wird. Daneben bietet das erfindungsgemäße Gleitlager natürlich auch die sonstigen positiven Eigenschaften wie eine minimale Geräuschentwicklung, eine extrem hohe Belastbarkeit und damit Lebensdauer sowie die hohe Drehzahlfestigkeit.
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Um den Außenring über dem Innenring montieren zu können, kann der Außenring zwei- oder mehrteilig ausgebildet, das heißt, er besteht aus mehreren Ringteilen, die zur Bildung des Außenrings zusammengesetzt werden. Gemäß einer ersten Erfindungsalternative kann der Außenring aus zwei oder mehreren in Umfangsrichtung zueinander zu setzenden Ringteilen bestehen. Das heißt, dass die Trennfugen der Ringteile in axialer Richtung laufen. Je nach Größe des Gleitlagers respektive des Außenrings kann der Außenring aus zwei, drei Ringteilen oder bei Großlagern auch vier Ringteilen oder mehr bestehen. Alternativ dazu kann der Außenring auch in Umfangsrichtung geteilt sein, das heißt, dass er aus zwei oder mehreren in Axialrichtung aneinander zu setzenden Ringteilen besteht. In diesem Fall sind die Ringteile über entsprechende Schraubverbindungen axial verschraubt.
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Als Alternative zur zwei- oder mehrteiligen Ausbildung kann ein einteiliger Außenring auch eine axiale Trennfuge aufweisen, so dass er spreizbar ist, um ihn im gespreizten Zustand über dem Innenring zu montieren.
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Neben dem hydrodynamischen Gleitlager selbst betrifft die Erfindung ferner eine Gleitlageranordnung umfassend eine eine Unwucht aufweisende Welle, die über wenigstens ein hydrodynamisches Gleitlager der beschriebenen Art gelagert ist.
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Bevorzugt ist die Gleitlageranordnung Teil eines Vibrationserregers einer Unwuchtmaschine. Der Vibrationserreger weist beispielsweise ein Gehäuse auf, in dem eine oder mehrere Unwuchtwellen über entsprechende hydrodynamische Gleitlager gelagert sind. Bei der Unwuchtmaschine kann es sich um eine beliebige, beispielsweise in der Ramm- und Verdichtungstechnik eingesetzte Maschine handeln, wie sie z. B. im Bereich der Baumaschinen oder der Beton- und Betonformteilerzeugung eingesetzt werden. Die Verwendung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen hydrodynamischen Gleitlagers in der Grundstellung,
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2 das Gleitlager aus 1 mit relativ zueinander verkippten Ringen,
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3 eine aufgeschnittene Perspektivansicht einer Gleitlageranordnung mit einem aus in Umfangsrichtung zueinander zu setzenden Ringteilen bestehenden Außenring,
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4 eine aufgeschnittene Perspektivansicht eines Gleitlagers mit einem aus mehreren in Axialrichtung aneinander zu setzenden Ringteilen bestehenden Außenring,
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5 eine Prinzipdarstellung einer Gleitlageranordnung mit einer Unwuchtwelle einer ersten Ausführungsform, und
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6 eine Prinzipdarstellung einer Gleitlageranordnung mit einer Unwuchtwelle einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes hydrodynamisches Gleitlager 1 umfassend einen Außenring 2 mit einer an seiner Innenmantelfläche 3 ausgebildeten ersten Gleitfläche 4, sowie einen Innenring 5 mit einer an seiner Außenmantelfläche 6 ausgebildeten zweiten Gleitfläche 7. Zwischen dem Außen- und dem Innenring 2, 5 bildet sich ein Spalt 8 aus, in dem ein Schmiermittel 9, üblicherweise ein Öl, aufgenommen ist. Dieses Schmiermittel wird bei einer Rotation der Ringe 2, 5 zueinander kontinuierlich in den Lagerspalt gezogen, wobei sich aufgrund der geringen Exzentrizität von Außenring 2 zu Innenring 5 ein sich im Gleitlagerkontakt bildender Keil ergibt, in den das Schmiermittel transportiert respektive hineingezogen wird, wobei es durch die Querschnittsverengung eine Druckerhöhung erfährt.
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Wie die Figur zeigt, sind die beiden Gleitflächen 4, 7 der Außen- und Innenringe 2, 5 gewölbt ausgeführt. Die Gleitfläche 4 des Außenrings 2 ist konkav, während die Gleitfläche 7 des Innenrings 5 konvex ist. Die jeweiligen Radien sind selbstverständlich aufeinander abgestimmt.
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Im gezeigten Beispiel ist der Innenring 5 auf eine drehzulagernde Welle 10 aufgesetzt. Wie durch den Doppelpfeil gezeigt, rotiert die Welle 10 und mit ihr der Innenring 5 im feststehenden Außenring 2.
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Während 1 die Grundstellung zeigt, in welcher der Innenring 5 nicht relativ zum Außenring verkippt ist, zeigt 2 eine Prinzipdarstellung einer Betriebssituation, in der die Welle 10 belastungsbedingt eine Durchbiegung erfährt. Diese Durchbiegung wird vom Innenring 5 aufgenommen, der sich innerhalb des feststehenden Außenrings 2 durchbiegungsbedingt entsprechend verkippt. Diese Verkippung wird durch die sphärischen Gleitflächen 4, 7 ermöglicht. Trotz der Verkippung weist das Lager nach wie vor seine lagertypischen Eigenschaften auf, das heißt, dass der Innenring 5 nach wie vor über den Schmierfilm getragen im Außenring 2 rotieren kann. Die Wellendurchbiegung wird folglich im Lager vollständig kompensiert, gleichwohl bleiben die Lagerungseigenschaften des hydrodynamischen Gleitlagers erhalten, insbesondere die geringe Geräuschentwicklung und die extrem hohe Belastbarkeit und damit Lebensdauer.
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Die 3 und 4 zeigen zwei unterschiedliche Ausführungsformen eines hydrodynamischen Gleitlagers 1. Bei der Ausführungsform gemäß 3 besteht der Außenring 2 aus exemplarisch zwei Ringteilen 2a, die in Umfangsrichtung aneinandergesetzt sind und den Innenring 5 in sich aufnehmen. Jedes Ringteil 2a weist einen Abschnitt der Gleitfläche auf. Die Ringteile 2a werden nach der Positionierung des Innenrings kraftschlüssig zusammengefügt, so dass der Innenring 5 translatorisch fixiert ist. Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, den Außenring 2 auch aus mehr als zwei Ringteilen 2a zu bilden.
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Bei der Ausgestaltung gemäß 4 ist der Außenring 2 durch zwei ringförmige, axial aneinandergesetzte Ringteile gebildet, die über entsprechende Verbindungsschrauben 11 miteinander verbunden sind. Jedes Ringteil 2a weist einen entsprechenden Abschnitt der Außenring-Gleitfläche auf. Im zusammengesetzten Zustand komplettieren die entsprechenden Teilgleitflächen die gesamte Gleitfläche.
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Wenngleich nicht bildlich gezeigt, kann der Außenring 2 auch einteilig sein und eine axiale Trennfuge aufweisen, so dass er ausgespreizt werden kann. Im gespreizten zustand kann er ohne weiteres über dem Innenring montiert werden.
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5 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Gleitlageranordnung 12. Gezeigt ist die Welle 10, die als Unwuchtwelle ausgeführt ist, wozu exemplarisch zwei Gewichte 13 an ihr befestigt sind. Die Welle 10 ist über zwei erfindungsgemäße hydrodynamische Gleitlager 1 an einem nicht näher gezeigten Gehäuse oder feststehenden Bauteil beispielsweise eines Vibrationserregers einer Unwuchtmaschine, gelagert.
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6 zeigt eine Prinzipdarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Gleitlageranordnung 12, wiederum umfassend eine Welle 10, bei der es sich ebenfalls um eine Unwuchtwelle handelt, die eine exzentrische Ausformung 14 aufweist. Die Welle 10 ist ebenfalls über erfindungsgemäße hydrodynamische Gleitlager 1 am Gehäuse oder einem feststehenden Bauteil beispielsweise eines Vibrationserregers einer Unwuchtmaschine gelagert.
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Kommt es bei den gezeigten Anordnungen zu einer Wellendurchbiegung, so verkippen die jweiligen Innenringe der hydrodynamischen Gleitlager 1, in denen die Wellenenden aufgenommen sind, entsprechend im jeweiligen Außenring, wie bezüglich der 1 und 2 beschrieben. Die Verkippungsrichtung ist in den beiden Gleitlagern 1 natürlich entgegengesetzt. Gleichwohl ist die jeweilige Welle nach wie vor entsprechend gleitgelagert, wobei die jeweiligen Lagerungen ihre sonstigen Lagereigenschaften trotz der gegebenen Durchbiegungskompensation zeigen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleitlager
- 2
- Außenring
- 2a
- Ringteil
- 3
- Innenmantelfläche
- 4
- Gleitfläche
- 5
- Innenring
- 6
- Außenmantelfläche
- 7
- Gleitfläche
- 8
- Spalt
- 9
- Schmiermittel
- 10
- Welle
- 11
- Verbindungsschraube
- 12
- Gleitlageranordnung
- 13
- Gewicht