DE2131431B2

DE2131431B2 - Verfahren zur Herstellung eines hydrodynamischen Axialdrucklagers

Info

Publication number: DE2131431B2
Application number: DE2131431A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus 7148 Remseck Laing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-07-01
Filing date: 1971-06-24
Publication date: 1981-04-30
Also published as: FR2100331A5; DE2131431A1; US3799629A; JPS567087B1; GB1355423A; AT309914B; DE2131431C3

Description

40

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hydrodynamischen Axialdrucklagers nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Sphärische Lager, z.B. für Pumpen, werden als halbtrocken laufende Lager ausgebildet. Es sind auch sphärische Lager bekanntgeworden, bei denen ein hydrodynamisch tragender Flüssigkeitsfilm durch Spiralrillen nach innen gefördert wird. Derartige Lager haben den Vorteil, daß sie zu einem berührungslosen Lauf führen, gleichzeitig aber weisen sie den Nachteil auf, daß sie sehr schlechte Notlaufeigenschaften besitzen.

Es sind bereits Lager mit schraubenlinienförmigen Nuten bekannt, bei denen die Nuten mit einer Ausgußmasse mit guten Gleiteigenschaften gefüllt werden. Aus der CH-PS 2 06 788 ist ein Zylinderlager bekannt, bei dem die Füllung der Nuten die Lagerfläche bildet, während die dazwischen verbleibenden Kämme nur dazu dienen, bei Extrembelastungen die plastische Verformung des Lagermaterials zu verhindern. Spiralrillenlager weisen stets höhere Tragfähigkeiten auf als andere hydrodynamische Lager, wobei durch Scherspannung innerhalb der Spiralrillen ein nach innen zunehmender Druck aufgebaut wird, der auf den Gesamtquerschnitt des Lagers einwirkt. Ein Spiralrillenlager ist sehr anfällig gegen Trockenlauf, wobei die Herstellung von Spiralrillenlagern bislang zerspanbare Werkstoffe voraussetzt Da die Spiralrillen außerdem nur wenige Mikron tief sind, erfordert die zerspanende Herstellung derartiger Rillen einen außerordentlich großen maschinellen Herstellungsaufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welches die kostengünstigere Herstellung hydrodynamischer Axialdnicklager mit guten Notiaufeigenschaften gestattet

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der Erfindung werden im Gegensatz zum Stand der Technik zur Herstellung des Lagers extrem harte Werkstoffe, beispielsweise Sinterkorund, eingesetzt, wobei in die durch Pressen hergestellte Schale Durchbrüche oder tiefe Nuten mit eingepreßt werden. Nach dem Schleifen der sphärischen Fläche werden diese Durchbrüche oder Nuten mit einem weichen Werkstoff, z.B. PTFE, gefüllt Beim nachfolgenden Sandstrahlen wird der harte keramische Lagerkörper nicht angegriffen, während der in die Durchbrüche oder Nuten eingepreßte weichere Werkstoff geringfügig abgetragen wird. Hierfür bedarf es keiner weiteren Präzisionsbearbeitung, vielmehr läßt sich die gleichmäßige Tiefe der Rillen ohne weiteres sicherstellen, wobei für die Schale Werkstoffe verwendet werden können, die, wie Sinterkeramik, gute Notlaufeigenschaften aufweisen. Der in die Nuten eingefüllte Werkstoff kommt im Gegensatz zum Stand der Technik (Ausgußmasse) niemals mit einem Gleitpartner in Berührung.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Rauhtiefe der Lagerfläche einen Mindestwert von 0,2 Mikron nicht unterschreitet, damit der Flüssigkeitsfilm nicht abreißt Dies läßt sich durch elektrische Abtragverfahren, durch elektrische Erosionsverfahren oder auch durch chemische Ätzung erreichen. Geeignete Werkstoffpaarungen für die erfindungsgemäßen Lagerschalen sind: Metall und Kunststoff sowie Keramik und Metall und auch Keramik verschiedener Härten, ferner Kohle in Kombination mit weichen Stoffen, z. B. gummielastischen Stoffen, die sich auch mit allen anderen harten Stoffen kombinieren lassen.

Wesentlich für die Wahl der Werkstoffpaarung ist die unterschiedliche Verschleiß- oder Korrosionsbeständigkeit Auch Lagerschalen aus zwei Metallen unterschiedlichen Lösungsdruckes sind jedoch vorzugsweise für nichtleitende Lösungen geeignet. Nach Herstellung und Bearbeitung der Lagerschale wird erfindungsgemäß künstlich ein Abtrag der leichter verschleißenden Komponente, z. B. durch Sandstrahlen mit sehr feinem Korn, oder durch Ausbürsten mit Metalldrahtbürsten erzeugt. Dadurch ergeben sich geringfügige Vertiefungen, die zu einem hydrodynamisch tragenden Flüssigkeitsfilm führen. Auch später im Betrieb werden diese verschleißanfälligeren Bereiche durch im Fördermittel mitgeführte abrasive Festkörper schneller abgetragen als die zwischen den Rillen verlaufenden Stege, so daß der hydrodynamische Effekt auch nach einem gewissen Verschleiß der zwischen den Rillen verbleibenden Stege erhalten bleibt. An die Stelle mechanischer Abtragung zur Erzeugung der Rillen können bei löslichen oder korrodierenden Stoffen auch physikalische oder chemische Verfahren wie Ätzen oder auch galvanisches Abtragen treten.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert Dabei zeigt

Fig.] ein Ausführungsbeispiel einer nach der Erfindung hergestellten Lagerpfanne im Schritt und

Fig.2 einen Schritt des Herstellungsverfahrens für ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.

F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer nach der Erfindung hergestellten Lagerpfanne. Die Pfanne 20 ist als Preßteil aus Kunststoff, aus Kohlewerkstoff oder aus Sinterkeramik hergestellt Sie kann beispielsweise auch als Tiefziehteil aus Gleitbronze ausgebildet sein. An die Stelle von Gleitbronze können andere Werkstoffe, wie Kohle, Graphit, Keramikmaterial, aber auch Kunststoffe treten. Die Durchbrüche oder Nuten 21 verlaufen auf Schraubenlinien, so daß das Patrizenwerkzeug während des Ausformens eine drehende Bewegung ausführen muß. Die Durchbrüche oder Nuten 21 werden nach der Pressung mit einem zweiten Werkstoff ausgefüllt, z. B. mit Weißmetall ausgegossen. An die Stelle von Weißmetall können ebenfalls andere Materialien, wie Gießharz, Thermoplast oder Keramikmassen usw. treten. Das Ausfüllen kann bei verschiedenen Werkstoffen, die gesintert werden müssen, bereits vor dem Sintern erfolgen, z. B. bei der Kombination Metalloxide — Kohlewerkstoffe. Geeignete Werkstoffpaarungen sind für den Werkstoff der Lagerpfanne 20 PTFE mit eingelagerter Kohle oder Graphit und für den zweiten Werkstoff zum Ausfüllen der Durchbrüche oder Nuten 21 ein Phenolharz, vorzugsweise auch mit Graphitfüllung, das in das fertig gesinterte PTFE-Teil eingepreßt wird, jedoch auch hochreines Sinterkorund oder Sinterrubin für die Pfanne 20 und z. B. siliziumdioxidhaltiges Sinterkorund oder chemisch resistente Werkstoffe geringer Härte, wie Säurekitte, zur Ausfüllung der Durchbrüche oder Nuten 21.

Die zur Erreichung des hydrodynamischen Effekts notwendige geringfügige Vertiefung wird in einer der beschriebenen Weisen erzeugt

F i g. 2 zeigt schematisiert einen Schritt des Herstellungsverfahrens für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auf die Kugel 30 in der teilweise geschnitten dargestellten Form wird ein Formteil, das aus einem Ring 32 und von ihm ausgehenden, spiralig verlaufenden Armen 33 besteht, aufgelegt Alsdann wird die Form 31 um die Achse 34 in Rotation versetzt Mit einem Flamm- oder Plasmaspritzverfahren oder aber auch durch bekannte Gieß- oder Spritzverfahren wird nun eine halbseitig gezeigte Schicht 35, vorzugsweise aus Molybdän, aufgebracht Insbesondere bei Verwendung von Kugeln aus Sinterkeramik eignen sich für die Verarbeitung mit Plasma- oder Flammspritzverfahren auch Wolfram- oder Titankarbide, wobei sich als Matrixlegierungen Chrom-Nickel-Legierungen und für extrerfl hohe chemische Ansprüche auch Platin bewährt haben. Das Formteil 32, 33 kann auch dadurch erzeugt werden, daß die Kugel 30 mit einer Maske abgedeckt wird, die den Plasmastrahl nur entlang des Ringes 32 und der Arme 33 auf die Kugel auftreffen läßt Besonders eignen sich folgende Kombinationen:

für die Arme 33 Nickel und für die Schicht 35 Molybdän,

ferner für die Arme 33 Molbybdän,

für die Schicht 35 Wolframkarbid in Chrom-Nikkelmatrix,

ferner für die Arme 33 Gold und

für die Schicht 35 Wolframkarbid in Platinmatrix,

ferner für die Arme 33 siliziumdioxidhahiges Sinterkorund odei auch Keramikmasse auf Magnesiumoxid-Basis und
für die Schicht 35 hochreines Sinterkorund,

ferner für die Arme 33 Sinterkorund und

für die Schicht 35 Wolframkarbid in Metallmatrix.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines hydrodynamischen Axialdrucklagers mit sphärischen, ebenen oder kegeligen Lagerflächen, bei dem in der Lagerfläche jeweils einer Lagerhälfte den Aufbau eines Tragfilms bewirkende Spiralrillen vorgesehen werden, dadurch gekennzeichnet, daß in die eine aus einem Werkstoff mit Notlaufeigenschaf- ι ο ten bestehende Lagerhälfte (20, 35) Durchbrüche oder Nuten (21) eingearbeitet werden, die Durchbrüche oder Nuten mit einem Werkstoff gefüllt werden, dessen Abtragswiderstand geringer ist als -derjenige der Lagerhälfte und schließlich dieser Werkstoff in den Durchbrüchen oder Nuten mechanisch, physikalisch oder chemisch um das zum Aufbau des Tragfilms notwendige Maß abgetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtragung des Werkstoffs in den Durchbrüchen oder Nuten (21) durch Strahlen mit feinen Festkörpern, z. B. durch Sandstrahlen, erfolgt

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtragung des Werkstoffs in den Durchbrüchen oder Nuten (21) durch rotierende nachgiebige Körper, z.B. durch Drahtbürsten, erfolgt

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerhälfte (3S) mit den mit einem einen geringeren Abtragswiderstand als die Lager- so hälfte habenden Werkstoff gefüllten Nuten dadurch gebildet wird, daß auf eine Kugel (30) in einer Form (31) ein aus einem Ring (32) und aus von diesem ausgehenden spiralförmig verlaufenden Armen (33) bestehendes Formteil aufgelegt und mit dem Werkstoff der Lagerhälfte umgössen oder umspritzt wird.