DE2014892C3 - Hydrodynamisches Radialgleitlager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Radialgleitlager für eine in einer Richtung drehende Welle, mit wenigstens drei Engstellen des Lagerspaltes, zwischen denen die die Welle umschließende, die Engstellen bildende Lagerfläche je einen Schmierölkanal aufweist, dessen Wand im Querschnitt, von der Lagerachse aus gesehen, nach einem den Scheitel enthaltenen Teil eines Wellenberges einer endlosen Sinuslinie mit zur Lagerachse konzentrischer kreisförmiger Nullinie gekrümmt ist.

Es sind Gleitlager bekannt, deren Bohrung schraubenlinienförmige oder andere geformte Schmiernuten aufweist. Sie dienen dazu, das öl auf die ganze Lagerfläche zu verteilen und wirken gleichzeitig als ölsammelräume.

Andere Gleitlager haben eine Bohrung mit im Querschnitt gewellter Oberfläche, deren Erzeugende parallel zur Wellenachse verläuft. An den Engstellen des Spiels zwischen Lager und Welle wird zwar ein Oberdruck des Schmieröls aufgebaut, und das Zentrieren der Welle sowie ihre Querführung werden begünstigt, jedoch sind unterhalb eines bestimmten Spiels und ab einer bestimmten Amplitude von Schwingungen der Welle Unterbrechungen des Schmierölfilms möglich. Es ist dann nicht einfach, die laufende Versorgung und Aufrechterhaltung des Ölfilms sicherzustellen, selbst wenn poröse, ölhaltende Lagerwerkstoffe verwendet werden.

Bei einem bekannten Gleitlager der eingangs beschriebenen Art (AT-PS 2 03291) soll eine vom äußeren Zulaufdruck nahezu unabhängige, einwandfreie Durchströmung des Schmiermittels durch den Lagerspalt erzielt werden und die Durchflußmenge mit steigender Drehzahl der Welle selbsttätig zunehmen. Das wird dadurch erreicht, daß die Schmierölkanäle pfeilartig gegen die Drehrichtung der Welle angestellt

ίο sind. Die Schmierölkanäle selbst sind seichte, im Grund ihres Profils im Querschnitt sinuslinienartig begrenzte Kanäle, an die in Drehrichtung der Welle jeweils eine Keilfläche und an diese eine »Rastfläche« anschließt, deren Form der der Welle angepaßt ist Bei dieser Ausführungsform als Mehrflächenradialgleitlager besteht am Übergang zwischen »Rastflächen« und Schmierölkanälen bei hoher Umfangsgeschwindigkeit der Welle die Gefahr von Kavitation. Die pfeilartige Anstellung der Schmierölkanäle entgegen der Drehrichtung der Welle hat zur Folge, daß der Druck im Lager von der Lagermitte zu den Lagerenden hin abnimmt, wodurch die Tragfähigkeit leidet.

Aus dem Aufsatz »Graissage per Gaz« (»Schmierung durch Gas«) in der Veröffentlichung »Machinostroienie« 1968, Seiten 393 bis 395, ist es bekannt, die Lagerfläche eines Gleitlagers im Querschnitt dem Verlauf einer Sinuslinie entsprechend zu wellen. Es sind dabei keine besonderen Schmierkanäle vorhanden.

Die US-PS 34 33 542 betrifft ein Mehrflächen-Radialgleitlager für senkrechte Wellen, dessen Schmierölkanäle und Lagerflächenteile Teile von Zylinderflächen sind, mit Radien und Achsen, die z.T. von denen der Welle abweichen. Ein solches Lager ist nicht einfach herzustellen.

J5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrodynamisches Gleitlager der eingangs genannten Art zu schaffen, das einfach herstellbar ist, bei dem die Gefahr des Abreißens des Ölfilms vermieden ist und das die Welle durch Schmierkeilwirkung seitensteif führt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die jeweils zwischen zwei Schmierölkanälen liegenden Lagerflächenteile im Querschnitt nach einem sich über mehr als die Hälfte einer Periode erstreckenden Teil einer weiteren endlosen Sinuslinie mit zur Lagerachse konzentrischer Nullinie gekrümmt sind, und zwar in Drehrichtung der Welle von einem Schmierölkanal zum nächsten hin — von der Lagerachse aus gesehen — entsprechend einem Teil eines Wellenberges und einem Teil des sich daran anschließenden Wellentales bis über dessen eine Engstelle des Lagerspaltes bildenden Scheitel hinaus, daß beide Sinuslinien die gleiche Frequenz aufweisen, die Amplitude der den Schmierölkanälen zugeordneten Sinuslinie aber größer ist als die der anderen, und daß sowohl die Schmierölkanäle als auch die die Engstellen bildenden Lagerflächenteile eine in Drehrichtung der Welle gewölbte Erzeugende mit zwischen den Lagerenden liegendem Wölbungsscheitel haben.

Vorteilhafterweise ist das Verhältnis zwischen der Amplitude der den Lagerflächenteilen zugeordneten Sinuslinie und dem Betriebsspiel an den Engstellen des Lagerspaltes kleiner als drei.

Für den Gegenstand des Anspruches 1 wird nur in seiner Gesamtheit Schutz begehrt.

Das hydrodynamische Radialgleitlager gemäß der Erfindung bietet folgende Vorteile:

Die Krümmung der Erzeugenden der Schmierölkanäle und der Lagerflächenteile in Drehrichtung der Welle

sorgt für die Aufrechterhaltung des Ölfilms und gewährleistet in Verbindung mit den im Querschnitt nach einer Sinuslinie gekrümmten Lagerflächenteilen Schmierkeile hohen Drucks, die sich — in Richtung der Lagerachse gesehen — über einen Winkelbereich erstrecken, der der Höhe der Wölbung der Erzeugenden entspricht Da das Schmiermittel im Lagerspalt gehalten wird, ist das Lager für Langzeitbetrieb besonders geeignet Das mit ihm zu erzielende kleine Betriebsspiel gewährleistet eine hohe Tragkraft i:nd ,0 eine gute Stabilität der Lagerung. Dabei ist die Gefahr einer Unterbrechung des Ölfilms oder eines Auftretens von Kavitationserscheinungen wenigstens weitgehend vermieden.

Ein Lager mit in Drehrichtung der Welle V-förmig angestellten Nuten ist zwar bekannt (US-Patentschrift 24 79 349), es handelt sich aber um ein Lager mit einer kreiszylindrischen Lagerfläche, in der die Nuten angeordnet sind.

Da beim erfindungsgemäßen Lager alle Abschnitte der Lagerfläche und auch der Schmierölkanäle im Querschnitt nach Teilen einer endlosen Sinuslinie gekrümmt sind, können die Lagerflächenteile gemeinsam mit den Schmierölkanälen in einem einzigen Drehvorgang hergestellt werden. Die Herstellungskosten sind somit kaum höher als für ein Lager mit glatter zylindrischer Lauffläche. Die Wahl des Lagerwerkstoffes spielt hinsichtlich der Leistung des Lagers keine Rolle.

Das durch das Lager gemäß der Erfindung ermöglichte kleine Lagerspiel und die einwandfreie Führurg sowie die sich daraus ergebende Steifigkeit der Lagerung machen das Lager z. B. für die Verwendung im Werkzeugmaschinenbau besonders geeignet.

Die bekannten hydrodynamischen Gleitlager vermitteln keinen Hinweis, an welcher Stelle der im Querschnitt sinusförmig gewellten Lagerfläche die Schmierölkanäle anzuordnen sind und wie das Amplituden- und Periodenverhältnis der beiden Sinuslinien zu wählen ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Lagers gemäß der Erfindung, wobei die radialen Ausnehmungen der Innenfläche übertrieben groß dargestellt sind;

Fig. 2 eine Profilabwicklung eines etwa 120° umfassenden Sektors des Lagers gemäß de"· Erfindung, wobei die Amplitude der Sinuslinien ebenfalls übertrieben groß dargestellt ist;

F i g. 3 den Druckverlauf im Lagerspalt

Die in F i g. 1 dargestellte Lagerbüchse weist eine Innenfläche auf, weiche drei Winkelbereiche A mit jeweils gleichem Profil umfaßt, deren jeder sich über 120° erstreckt Eine vergrößerte Darstellung eines solchen Winkeibereiches zeigt F i g. 2, in welcher die Gerade D dem Umfang der Welle entspricht, während die Drehrichtung der Welle durch den Pfeil R bezeichnet ist

Jede Zone weist hier einen Teil B mit einem sinusförmigen Profi! mit Nullinie M auf, der sich über mehr als eine halbe Sinusschwingung erstreckt Dieser Teil beginnt in Drehrichtung R der Welle betrachtet, mit einem sich zwischen den Punkten 1 und 2 erstreckenden Teil eines Wellenberges, an den sich ein zwischen den Punkten 2,3 und 4 liegender längerer Teil eines Wellentales anschließt, wobei der Scheitelpunkt 3 dieses Teils ein Betriebsspiel /für die Welle beläßt. An diesen Profilteil schließt sich ein weiterer von einem Wellenberg einer Sinuslinie begrenzter Teil Can, dessen Wölbung stärker ist, als diejenige des vorangegangenen Teiles, wobei der Teil C bei H einen Schmierölkanal bildet und am Anfang des folgenden Profilteils .Sendet.

Während des Betriebes wird das in jedem der Schmierölkanäle H befindliche öl durch Schleppwirkung in Drehrichtung R der Welle mitgenommen. Der Öldruck steigt dabei, wie in F i g. 3 dargestellt, bis zu einem Punkt an, der ein wenig vor dem der Engstelle entsprechenden Punkt 3 liegt Von diesem Punkt ab fällt der Druck ab und erreicht beim Punkt 4 den Wert Null. Zwischen den Punkten 2 und 3 bildet auf diese Weise das öl einen tragenden Schmierkeil für die Welle. Außerdem sind die Erzeugenden der Profile β und C gekrümmt, wobei ihre mittlere Krümmung sich in Drehrichtung R der Welle erstreckt, wie aus F i g. 1 ersichtlich ist.

Diese Krümmung der Erzeugenden hat zur Folge, daß das öl von beiden Seiten zur Mitte des Lagers hin abgelenkt und dadurch im Lager gehalten wird. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß das öl einem jeden der Schmierölkanäle H durch wenigstens eine Bohrung 5 zugeführt werden kann.

Um Kavitationserscheinungen zu vermeiden, sollte das Verhältnis zwischen der Amplitude des Profilteils B und dem Betriebsspiel /stets niedriger sein a!s drei.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hydrodynamisches Radialgleitlager für eine in einer Richtung drehende Welle, mit wenigstens drei Engstellen des Lagerspaltes, zwischen denen die die Weile umschließende, die Engstellen bildende Lagerfläche je einen Schmierölkanal aufweist, dessen Wand im Querschnitt, von der Lagerachse aus gesehen, nach einem den Scheitel enthaltenden Teil eines Wellenberges einer endlosen Sinuslinie mit zur Lagerachse konzentrischer kreisförmiger Nullinie gekrümmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zwischen zwei Schmierölkanälen (H) liegenden Lagerflächenteile im Querschnitt nach einem sich über mehr als die Hälfte einer Periode erstreckenden Teil (1 bis 4) einer weiteren endlosen Sinuslinie mit zur Lagerachse konzentrischer Nullinie (M) gekrümmt sind, und zwar in Drehrichtung (R) der Welle von einem Schmierölkanal zum nächsten hin — von der Lagerachse aus gesehen — entsprechend einem Teil (1 bis 2) eines Wellenberges und einem Teil (2 bis 4) des sich daran anschließenden Wellentales bis über dessen eine Engstelle des Lagerspaltes bildenden Scheitel (3) hinaus, daß beide Sinuslinien die gleiche Frequenz aufweisen, die Amplitude der den Schmierölkanälen zugeordneten Sinuslinie aber größer ist als die der anderen, und daß sowohl die Schmierölkanäle als auch die die Engstellen bildenden Lagerflächenteile eine in Drehrichtung der Welle gewölbte Erzeugende mit zwischen den Lagerenden liegendem Wölbungsscheitel haben.

2. Hydrodynamisches Radialgleitlager, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Amplitude der den Lagerflächenteilen zugeordneten Sinuslinie und dem Betriebsspiel (J) an den Engstellen des Lagerspaltes kleiner als drei ist.