DE1285793B

DE1285793B - Selbstschmierendes Lager

Info

Publication number: DE1285793B
Application number: DE1964M0062004
Authority: DE
Original assignee: METALLURGIE FRANCAISE
Current assignee: METALLURGIE FRANCAISE
Priority date: 1963-09-13
Filing date: 1964-08-05
Publication date: 1968-12-19
Also published as: BE650579A; US3352612A; GB1070375A; ES303300A1; NL147233B; FR1377414A; LU46596A1; NL6410520A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein poröses, selbst- Hier ist nun zu bemerken, daß die Ursache für

schmierendes, durch Sintern von Pulver erhaltenes ein Zurückhalten des Öls im Lager die Kapillarkraft Lager für eine drehbare Welle. ist, die an der Außenseite oder an den Flanken des

Selbstschmierende Sinterlager werden bekannter- Lagers wirkt und nicht in der Zone zwischen Welle maßen pulvermetallurgisch durch Verpressen von 5 und Lager, in die das Öl leicht eindringt. Es folgt Pulver und nachfolgendes Sintern hergestellt. Die daraus, daß das öl zwischen Welle und Lager eindafür verwendeten Metallpulver haben je nach Her- dringen kann, wenn die Luft von außen oder von stellung auf mechanischem oder chemisch-physi- den Flanken des Lagers her zutreten kann, kaiischem Wege Korngrößen von 5 bis 400 μ oder Das auf der Grundlage dieser Untersuchungen

0,5 bis 20 μ. Der auf pulvermetallurgischem Wege ίο und Beobachtungen entwickelte erfindungsgemäße erhaltene Körper wird anschließend mit Schmier- selbstschmierende Sinterlager ist dadurch gekennmittel getränkt, um die im Lager enthaltenen, mit- zeichnet, daß es in Kontakt mit der Welle eine feineinander verbundenen Poren mit der notwendigen porige Schicht enthält und auf der Seite der Atmo-Schmiermittelmenge zu füllen. Bei Rotation der Welle sphärenluft eine Schicht mit großen Poren, wobei tritt dieses Schmiermittel wegen des teilweise vor- i_a die Größe der feinen Poren so gewählt ist, daß die handenen Unterdrucks aus den Poren in den Lager-1 _? die feinporige Schicht enthaltende Zone im Innern schmierspalt über. j V des mit Schmierflüssigkeit imprägnierten Lagers

Selbstschmierende ' Lager laufen wartungsfrei, vakuumdicht ist, wenn die Außenseite des Lagers sauber und geräuscharm; sie sind jedoch nur für unter Atmosphärendruck steht, kleinere Belastungen und niedere Gleitgeschwindig- 20 Das heißt, ein im Innern des mit Schmiermittel keiten geeignet. imprägnierten Lagers (im Bereich der feinporigen

Ziel der Erfindung war daher eine Verbesserung Schicht) erzeugtes Vakuum soll erhalten bleiben, der Belastbarkeit solcher Lager. Dabei wurde von auch wenn die Verbindung zwischen Innenraum folgenden Überlegungen ausgegangen: und Vakuumanlage getrennt wird.

Bei einem Metall-Sinterlager wird das Schmier- 25 Die erfindungsgemäßen selbstschmierenden Lager mittel bzw. Öl anfänglich unter der Wirkung der mit feinporiger Schicht in Kontakt mit der Welle Kapillarkräfte in den Poren gehalten. Damit nun das und einer Schicht großer Poren auf der Atmosphären-Öl in den Lagerspalt austreten kann, müssen diese seite haben, wie weiter unten näher gezeigt wird, Kräfte geringer sein als der durch die Rotation der gegenüber bekannten Lagern eine deutlich erhöhte Welle erzeugte Unterdruck, da anderenfalls kein Öl- 30 Belastbarkeit.

film gebildet werden kann. Für die Bildung des Öl- Der Porendurchmesser der feinporigen Schicht

films sollten die Poren also einen relativ großen hängt ab vom speziell angewandten Schmiermittel, Durchmesser haben. er ist jedoch üblicherweise vorzugsweise kleiner als

Für die Erzielung einer genügend großen Trag- 3 μ, und die Poren der äußeren Schicht haben vorkraft — mit der die Welle im Lager abgestützt 35 zugsweise einen Durchmesser von über 5 μ. Dabei wird — ist es dagegen vorteilhaft, wenn die Poren ist insbesondere darauf zu achten, daß in der feinnicht zu groß sind, da das Öl die Tendenz hat, aus porigen Schicht zur Erfüllung der Forderung, daß dem Bereich, in dem es unter Druck gesetzt wird, zu ein im Innern des Lagers erzeugtes Vakuum auch entweichen und in die Poren der Lagerschale zurück- bei Wegfall der Pumpleistung aufrechterhalten bleibt, zutreten. Wenn also die Poren zu groß sind, findet 40 eine bestimmte Porengröße nicht überschritten werdie Zirkulation des Öls teilweise innerhalb des La- den darf, so daß handelsübliche Pulver mit stark gers statt, und Versuche haben gezeigt, daß der öl- streuender Korngröße zur Herstellung derselben film bei hohen Drehzahlen und zunehmender Be- nicht geeignet sind.

lastung durch Entweichen des Öls in die Poren auf- Global betrachtet werden für die feinporige Schicht

reißt. ■ 45 feinkörnige und für die großporige Schicht grob-

Für eine Verbesserung der Tragfähigkeit des La- körnigere Materialien verwendet. Es sind nun zwar gers sollten daher die Poren so fein wie möglich bereits poröse selbstschmierende Lager bekannt, die sein, und Versuche haben gezeigt, daß diejenigen aus einer inneren Zone und einer äußeren Zone be-Lager die höchste Tragkraft haben, deren Poren stehen, von denen die eine aus feinkörnigem und die immer feiner sind, bis der Unterdruck im Lager 50 andere aus grobkörnigem Metallpulver hergestellt einen Wert von etwa 1 kg/cm² erreicht, d. h. einen werden soll. Bei diesem bekannten Lager handelt es Unterdruck in der Nähe des absoluten Vakuums sich aber zum einen nicht um ein Sinterlager, son-(bei dem ein Heraussaugen des Öls aus dem Lager dem um ein Lager, das aus Metallpulver und Kunstnicht mehr möglich wäre). Bei einem Öl mit einer harz geformt und durch Wärmebehandlung verOberflächenspannung von 32 dyn/cm entspricht das 55 festigt wird, wobei die jeweils erforderliche Porosität theoretisch einem Porendurchmesser von etwa 1,4 μ. durch den prozentualen Kunstharzanteil mitbestimmt Praktisch wurde jedoch festgestellt, daß ein Durch- wird, und zum anderen handelt es sich um eine messer von 3 bis 4 μ (gemessen durch Durchleiten grundsätzlich andere Konzeption, bei der die innere von Gas) einem Unterdruck von 1 kg/cm² ent- Zone eine geringere Porosität aufweisen soll als die spricht, was wahrscheinlich dadurch bedingt ist, 60 äußere Zone, während gemäß der Erfindung bei im daß die Poren keine vollkommen zylindrische Form wesentlichen gleichbleibender Porosität in der Gegend haben. von 30 Volumprozent Zonen unterschiedlicher Poren-

Die notwendige Bedingung für den ölzutritt in größe (an die bestimmte Anforderungen gestellt den Lagerspalt, wonach die Porosität und Größe werden) vorgesehen werden.

der Poren nicht zu gering sein soll, scheint also der 65 Die Schichtdicke der feinporigen Schicht, die sich für eine erhöhte Belastbarkeit der Welle aufgestellten über die gesamte Länge der Lagerfläche der Welle Forderung einer Porosität mit sehr kleinem Poren- oder auch nur einen Teil derselben erstreckt, ist vordurchmesser zu widersprechen. zugsweise kleiner als 1 mm, da der Öldurchtritt durch

Claims

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die feinporige Schicht bei konstanter Volumen- Korndurchmesser in der Größenordnung von 4 μ

porösität und konstantem Druckunterschied mit l/r" liegen.

abnimmt (wobei r der Porenradius ist und η einen Unter diesen Bedingungen kann die Luft im Unter-Wert zwischen 1 und 2 hat), also bei zu großer druckbereich des Lagers leicht von der Außenseite Schichtdicke der feinporigen Schicht zu stark ge- S des Lagers her eindringen und aus dem Lager ein hemmt wird. Die umgebende großporige Schicht hat ölvolumen verdrängen oder freigeben, das dann die vorzugsweise eine Dicke von mehreren Millimetern. feinporige Schicht durchquert, die von beiden Seiten

Weitere Einzelheiten der Erfindung, die im üb- her von Öl umgeben ist, und an die Welle gelangt,

rigen durch die Unteransprüche gekennzeichnet In dem Bereich, in dem das Öl unter Druck gesetzt

werden, gehen aus der nachfolgenden Beschreibung io wird, ist die feinporige Schicht schwer zu durch-

hervor, die sich auf die Zeichnungen bezieht. Es zeigt dringen, das Öl kann nicht durch die Poren abfließen,

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Lager, senkrecht und die Belastbarkeit des Lagers ist daher groß,

zu seiner Achse geschnitten, Mit diesem Lager wurden vergleichende Versuche

Fig. 2 einen Schnitt entlang der LinieH-II der durchgeführt. Bei diesen Versuchen wurde die Rei-

Fig. 1, 15 bung oder eine Temperaturerhöhung der Lager-

Fig. 3 einen Querschnitt einer Ausführungs- anordnung in Abhängigkeit von p_m · ν gemessen. In

Variante, diesem Produkt ist p_m die mittlere Flächenpressung

F i g. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der im Lager, d. h. die gesamte Belastung durch die

Fig. 3, Welle in Kilogramm geteilt durch das Produkt aus

F i g. 5 einen Querschnitt einer weiteren Ausfüh- ao dem inneren Durchmesser des Lagers und seiner

rungsvariante, Länge; ν ist die Umfangsgeschwindigkeit der Welle

F i g. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI der in Meter pro Sekunde.

F i g. 5. Bei den Versuchen wurden selbstschmierende La-

F i g. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform des ger, deren Poren über die gesamte Dicke der Lagererfindungsgemäßen Lagers, bei der die Porengröße 25 schale annähernd gleich groß waren, mit einem ervon einem äußeren und einem inneren Teil verschie- findungsgemäßen Lager aus zwei Schichten verden ist. Im inneren Teil soll der Porendurchmesser in glichen.

der Schicht 1 kleiner als etwa 1,5 μ sein, während Bei einem Wellendurchmesser von 25 mm, einer der Porendurchmesser in der äußeren Schicht 2 in Drehzahl von 1500 U/min und einer ölviskosität von der Größenordnung von 20 μ liegen kann; er ist dort 30 3° Engler bei 50° C wurden für das Produkt p_m · ν vorzugsweise immer größer als 5 μ. Zur Erzeugung folgende Maximalwerte für eine Temperaturvon Poren mit einem Durchmesser von weniger erhöhung um 60° C im Vergleich zur Umgebungsais 1,5 μ können Pulver benutzt werden, deren temperatur beobachtet:

Homogenes Lager mit 20 μ Porendurchmesser 18

Homogenes Lager mit 10 μ Porendurchmesser 25

Homogenes Lager mit 1 μ Porendurchmesser praktisch 0

Zweischichtiges Lager mit 1 und 20 μ Porendurchmesser 110

Die feinporige Schicht war etwa 0,25mm dick, Die Fig. 5 und 6 zeigen eine weitere Ausfüh-

die Dicke des gesamten Lagers lag bei 5 mm. rungsvariante durch Kombination der beiden vorher-

Eine Möglichkeit zur Prüfung, ob die feinporige, gehenden, bei der eine feinporige Schicht 5 vor-

mit Öl imprägnierte Schicht des erfindungsgemäßen gesehen ist, die von außen und von den Seiten von

Lagers der optimalen Ausführung entspricht, besteht 45 einer Schicht 6 umgeben ist, deren Poren einen grö-

darin, im Innern des (abgeschlossenen) Lagers einen ßeren Durchmesser haben.

Unterdruck bzw. ein Vakuum zu erzeugen, während Selbstverständlich kann im Rahmen der Erfindung

die Außenseite auf Atmosphärendruck gehalten beispielsweise der Porendurchmesser mit der Art des

wird. Auf Grund der Druckdifferenz bzw. der Saug- Schmiermittels verändert werden. Bei Verwendung

wirkung des Unterdruckes beginnt das Öl des Lagers 50 von Siliconöl sollte der Durchmesser der feinen Po-

dann in das Innere des Lagers einzudringen, und ren um etwa einen Faktor 3 kleiner sein als bei dem

es kommt dann zu einem Stillstand des Ölaustritts, im Beispiel angeführten Öl.

wenn die Außenluft die feinporige Schicht erreicht. _p ...

Der Unterdruck bzw. das Vakuum im Innern des ratentansprucne:

Lagers bleibt sogar bestehen, wenn man das in der 55 1. Poröses selbstschmierendes, durch Sintern

Leitung von der Vakuumpumpe zum Lager ange- von Pulver erhaltenes Lager für eine drehbare

ordnete Ventil schließt. Bei allen anderen Lagern, die Welle, dadurch gekennzeichnet, daß es

keine genügend feinporige Schicht enthalten, steigt in Kontakt mit der Welle eine feinporige Schicht

der Druck im Innern des Lagers durch Luftzutritt an. (1 bzw. 3 bzw. 5) enthält und auf der Seite der

Die F i g. 3 und 4 zeigen eine Ausführungsvariante, 60 Atmosphärenluft eine Schicht (2 bzw. 4 bzw. 6)

bei der eine sich über die gesamte Dicke der Lager- mit großen Poren, wobei die Größe der feinen

schale oder -buchse erstreckende Schicht 3 mit einem Poren so gewählt ist, daß die die feinporige

Porendurchmesser von etwa 1 μ zwischen zwei sich Schicht enthaltende Zone im Innern des mit

stirnseitig anschließenden Schichten 4 angeordnet ist, Schmierflüssigkeit imprägnierten Lagers vakuum-

deren Porendurchmesser etwa 20 μ beträgt. Der 65 dicht ist, wenn die Außenseite des Lagers unter

Luftzutritt und damit der größte ölzufluß findet von Atmosphärendruck steht.

der Seite der Zonen statt, deren Porendurchmesser 2. Poröses Lager nach Anspruch 1, dadurch ge-

der größere ist. kennzeichnet, daß die feinporige Schicht (1) sich

über die gesamte Länge der Lagerfläche der Welle erstreckt und die großporige Schicht (2) die feinporige Schicht nach der Außenseite des Lagers hin umschließt.

3. Poröses Lager nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, daß die feinporige Schicht (3) nur einen Teil der axialen Länge der Lagerfläche der Welle ausmacht und eine großporige Schicht (4) an jedem Ende des Lagers angeordnet ist.

4. Poröses Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine feinporige Schicht (S) sich nur über einen Teil der Länge der Lagerfläche der Welle erstreckt und daß diese Schicht auf der der Atmosphäre zugewandten Seite vollkommen von einer Schicht (6) mit großen Poren umgeben ist.

5. Poröses Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feinporige Schicht, die über die gesamte Länge der Lagerfläche der Welle reicht und die Form eines zylindrischen Ringes besitzt, eine Dicke aufweist, die kleiner als 1 mm ist, und daß die großporige Schicht, die die feinporige Schicht bedeckt, eine Dicke von mehreren Millimetern hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen