DE676174C - Einbaufertiges Gleitlager - Google Patents

Description

' i 3 JTO 1939

AUSGEGEBEN AM
27. MAI 1939

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 47b GRUPPE 4

Carobronze Röhrenwerk G.m.b.H. in Wien
Einbaufertiges Gleitlager

Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. Juli 1935 ah
Patenterteilung bekanntgemacht am 11. Mai 1939

Die Erfindung bezieht sich auf einbau·: fertige Gleitlager mit Ölfilm, die aus einem Lauf- und einem Tragring sowie einem diese beiden Ringe verbindenden Steg bestehen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, solche einbaufertige, und zwar insbesondere an Stelle von Wälzlagern gleicher Dimension verwendbare Gleitlager derart auszugestalten, daß dieselben verläß-

xo lieh geeignet sind, ohne Zerreißen des Ölfiknes bei Schrägstellungen der Welle zu laufen, wie solche im praktischen Maschinenbau zufolge Hersteüungs- und Montageungenauigkeiten insbesondere bei Serienfabrikation in der Regel auftreten können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Steg solcher Gleitlager so beschaffen und gestaltet wird, daß er bei normaler Belastung steif ist, jedoch, sobald eine Schrägstellung der Welle eintritt, sidh so verformen kann, daß die parallele Stellung der beiden Laufflächen so weit gewahrt bleibt, daß der Ölfilm nicht reißt. Vorteilhaft ist dabei der Steg längs seines ganzen Innen- und Außenrandes mit dem Lauf- bzw. Tragring fest verbunden und kann zweckmäßig mit dem Lauf- und Tragring aus einem Stück bestehen. Solche erfindungsgemäß ausgestaltete Gleitlager können ohne Anordnung der Gehäusebohrung an Stelle von Wälzlagern gleicher Tragfähigkeit verwendet werden.

Die schematische Darstellung in den Fig. 1 und 2 erläutert die Wirkungsweise der erfindungsgemäß ausgestalteten Einbaugleitlager.

ι ist der Laufring, also beispielsweise der Träger der Lauf büchse, 2 ist der Steg, welcher so dargestellt ist, daß durch den geraden Strich die Eigenschaft der Aufnahme der normalen Belastung (Lagerdruck P) und durch den wellenförmigen Strich die Eigenschaft der Verformbarkeit bei Schrägstellting der Welle angedeutet ist, 6 ist der Tragring,

3 ist die Bohrung des Maschinengehäuses,

4 ist der Mittelpunkt des Laufringes bzw. der ideelle Angriffspunkt des Lagerdruckes, und/³ stellt den Lagerdruck (normale Belastung) dar. Bei den in Fig. 1 dargestellten Verhältnissen ist angenommen, daß die geometrischen Achsen der Welle und des Laufringes parallel sind. Der Steg ist genügend steif, um den Lagerdruck aufzunehmen, und zwar bei dem· dargestellten Lagerungsfall ohne Auftreten eines Biegemomentes des Lager druckes.

Die Fig. 2 zeigt schematisch die Verhältnisse bei Schrägstellung der Welle. Diese Schrägstelung tritt auf, wenn sich die Welle unter Einfluß irgendwelcher Außer-System-Kräfte (z. B. sich aus Herstellungs- und Montageungenauigkeiten ergebenden) schräg stellt. In solchen Fällen mußte man bisher bei Gleitlagern entweder einlaufende, d.h. sich durdh Verschleiß anpassende Gleitwerkstofie wählen oder auf konstruktivem Wege durch Verwendung balliger Einstellflächen vorbeugen. Während bei parallelen geome-

irischen Achsen der Lagerdruck, wie in Fig. ι dargestellt, durch die Mitte des Laufringes geht, tritt bei Schrägsteflung eine Verlagerung' des ideellen Angriffspunktes der Schimierfilmkräfte von 4 nach 5 ein. Dabei entsteht ein Biegemoment P mal a. Der Steg 2 verformt sich infolge des Biegemomentes elastisch oder plastisch, und zwar so rechtzeitig, daß die parallele Einstellung der beiden Laufflächen so weit gewahrt bleibt, daß der Ölfilm nicht reißt. Dieser Zustand der Verformung des Steges ist schematisch. in Fig. 2 dadurch dargestellt, daß die Wellenlinie geneigt zu der die Steifigkeit darstellen-1-5-den geraden Linie versinnbildlicht ist.

Es sollen nun im folgenden einige beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemäß gestalteten Gleitlagers beschrieben werden:

Die Fig. 3 zeigt im Schnitt eine Ausführungsform, bei welcher in dem Laufring 1 eine Büchse 7 aus Gleitwerkstoff angeordnet ist. Das Lager selbst kann beispielsweise aus Stahl, hingegen die Büchse aus harter Lagerbronze bestehen. Vorteilhaft besitzt der Tragring 6 eine Paßfläche., die mit engem Sitz in der Bohrung des Gehäuses ruht. Dies hat den Vorteil, daß eine wesentliche Deformation des Tragringes und damit ein Absinken der geometrischen Achse der Welle praktisch verhindert wird. Bei enger Fassung ergibt sich audi der Vorteil, daß der Tragring wesentlich schwächer bemessen werden kann, da er durch die enge Fassung nicht den sonst auftretenden Deformationsbeanspruchungen ausgesetzt ist. Die Fig. 4 zeigt im Schnitt eine andere Ausführungsform, bei welcher die ringförmige Stegplatte 2 gewellt ausgebildet ist.

Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die ringförmige Stegplatte 2 durch den Steg eines Ringes mit U-Profi] gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform kann * die Stegplatte 2 aus einem anderen Material hergestellt werden als der Laufring und der Tragring, und es kann daher für die Stegplatte ein Werkstoff benutzt werden, der •hinsichtlich Steifigkeit einerseits und Verformbarkeit anderseits besondere Eignung besitzt. Die Stegplatte kann mit dem Laufring und dem Tragring beispielsweise durch Schweißung, Lötung oder Pressung verbunden sein.

Die Fig. 6 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform im Schnitt, bei der die ringförmige Stegplatte 2 in einer Ebene angeordnet ist, die außerhalb der zur Laufringachse senkrechten Symmetrieebene des Laufringes liegt. Bei dieser Ausführungsform, die ins* besondere für niedrig belastete Lager bestimmt ist, ergibt sich der Vorteil, daß von Haus aus ein Hebelarm b des Lagerdruckes' vorhanden ist.

Die Fig. 7 bis 10 zeigen Stücke der ringförmigen Stegplatte 2 in Seitenansicht. Bei diesen Ausführungsformen sind Ausnehmungen verschiedener Form und Verteilung in der Stegplatte 2 angebracht, entsprechend den gewünschten Festigkeitseigenschaftender Stegplatte. Natürlich, können je nach dem besonderen Zweck die Ausnehmungen und auch deren Verteilung .von den dargestellten Formen und Verteilungen abweichen.

Zweckmäßig wird die ringförmige Stegplatte so dimensioniert, daß die Differenz der Radien des Außen- und Innenrandes der Stegplatte mindestens fünfmal so groß ist als die mittlere Dickes (Fig. 6). Man kann durch Versuche zu einfachen Modellregeln gelangen, die dem Konstrukteur gestatten, auf Grund· eines Repräsentanten zur Dimensionierung der anderen Lager zu kommen. Bei der Ermittlung der Dimension in der Praxis wird, gestützt auf einige Grundversuche, insbesondere hinsichtlich der gewähl- ten typischen Formen und Werkstoffe, bei den einzelnen Lagerungsfällen unter Zugrundelegung der gewonnenen Modellregcln die Konstruktion des Lagers gemäß der Erfindung durchgeführt. .Es besteht dabei freieste Wahl des Werkstoffes, insbesondere auch, weil die Stegplatte gesondert hergestellt werden kann, es besteht aber andererseits auch die - Möglichkeit für viele Fälle, den ganzen Lagerkörper aus einem einzigen bestimmten Werkstoff, wie beispielsweise einer besonders geeigneten Bronze, herzustellen, wobei sodann auch gegebenenfalls - die Anbringung einer besonderen Büchse 7 entfallen kann. 'o°

Die erfindungsgemäß ausgestalteten einbaufertigen Gleitlager können insbesondere auch an Stelle von Wälzlagern gleicher Tragfähigkeit ■ ohne Änderung der Gehäusebohrung verwendet werden, weil die erfindungsgemäßen Gleitlager sowohl hinsichtlich Räumbedarf wie auch Tragfähigkeit dien Wälzlagern entsprechen. Es ist zwar bekannt, Gleitlager an Stelle von Wälzlagern zu verwenden, jedoch hat es sich dabei nicht um Gleitlager no mit einem erfindungsgi.emäß einerseits steifen, andererseits verformbaren Steg gehandelt.

Im folgenden seien zwei Beispiele angeführt:

i. Verwendung von Stahlköirpern "⁵ Gegeben seien:

Wellendurchmesser ... 50mm, Lagerlänge maximal ., 40 mm, -:

Drehzahl«== ..1500 U/min,

Lagerdruck ρ = ... — iooo kg, Schrägstelluing der "Welle ■ 1 : 500.

Umlaufschmierung mit mittelschwerem
Maschinenöl

Der Laufring erhält beispielsweise zur Erzielung entsprechender Eigenfestigkeit eine Stärke von 6,5 mm. Zusammen mit der 3,5 mm starken Lauf büchse aus Bronze ergibt sich also beispielsweise eine Gesamtwandstärke von 10 mm. Die Steghohe betrage 12mm; der Außenring habe etwa 2,5 mm Wandstärke. Die Stegplatte erhält beispielsweise vier Bohrungen von je ι ο mm 0. Der Außendurchmesser des Lagers beträgt somit D= 50-(-2X 10-j-2 X 12-1-2X2,5 = 99 mm. Durch Umrechnung aus durch Messungen gewonnenen Erfahrungswerten ergibt sich beispielsweise, daß bei der angenommenen Schrägstellung von 1 :500 mm ein Moment P· a— 180cmkg auftritt, wenn die Stegstärke 0,65 mm beträgt. Da die Schrägstellung durch eine Verschiebung der ■Lagerdruckresultierenden aus der Symmetrieebene des Lagers erfolgt, errechnet sich der der Schrägstellung entsprechende Hebelarm a mit 180:1000 = 0,18 cm= 1,8 mm. Es wird also die Druckverteilung nicht wesentlich vom normalen Zustand abweichen, besonders wenn man die Lagerlänge größer als den halben Laufdurchmesser ausführt, also beispielsweise mit 40 mm.

Würde man die Stegplatte stärker als 0,65 mm wählen, so würde zur Erzeugung der gleichen Schrägstellung die Lagerdruckresultierende weiter vom Steg weg verschoben werden. Weil dies eine örtliche Erhöhung der Beanspruchung zur Folge hat, ist es besser, die Ausführung entsprechend den angegebenen Werten vorzunehmen.

2. Verwendung von Leichtmetallkörper η
Gegeben seien

Wellendurchmesser ... 50 mm,

• Drehzahl i/z= 1000 U/min,

Lagerdruck/?= 500 kg, -

Sdirägstellung der Welle 1 :300.

Der äußere Durchmesser des Tragringes soll nicht mehr als 120 mm betragen. In axialer Richtung soll das Lager so gedrängt wie möglich ausfallen, kleines Gewicht.

Dochtschmierung

Die Ermittlung der Abmessungen vollzieht sich genau so wie in Beispiel 1. Da der Außendurchmesser 'dies Tragringes verhältnismäßig groß ist, wird man zweckmäßig einen möglichst eigensteifen Laufring wählen. Bei einer Wandstärke der Laufbüchse aus Bronze von 3 mm wird die Wandstärke des Lauf ringes mit 10 mm angenommen. Die

Stärke der Stegplatte ergibt sich wieder nacih Erfahrungsgrundsätzen, soll jedoch vorteilhaft nicht. größer sein als Vs der radialen Erstreckung. Die Verwendung von Leichtlegierung hat außer der Gewichtsersparnis noch den schätzenswerten Vorteil, daß eine bessere Wärmeabfuhr zu den Kühlflächen des Gehäuses möglich ist. Dieser Vorteil wirkt sich um so mehr aus, als mangels einer Umlaufschmierung die Wärmeabfuhr zum Teil durch .die Stegplatte erfolgt. Bei guter Wärmeabfuhr bleibt das Öl zäher und damit ergibt sich eine stärkere Schmier schicht und erhöhte Betriebssicherheit. Die Einbaugleitlager gemäß der Erfindung ermöglichen es, Gleitlager zu schaffen, die in ihrer Tragfähigkeit den Wälzlagern entsprechen, dabei aber die erforderliche Genauigkeit auf sehr billigem Wege zu erreichen gestatten und dabei doch vollkommene Verläßlichkeit im Verhalten bei Schrägstellung der Welle aufweisen. Diese Verläßlichkeit besteht auch bei Eintreten beliebiger Einflüsse, die die Parallelität der geometrischen Achsen gefährden, wie beispielsweise besondere Einflüsse der Temperatur, der Belastung usw.

Es ist bekannt, statt balliger Einstellflächen (Sellerslager) zur Vermeidung nachteilig hoher Einstellkräfte bei Gleitlagern die Lauffläche selbst ballig auszugestalten (Gleitschuhlager bzw. einteilige Laufhülsenlager). Dabei ergeben sich jedoch wegen der erforderlichen ungewöhnlich hohen Genauigkeit hohe Kosten und infolge des durch die Konstruktion bedingten größeren Durchmessers der Lauffläche höhere Gleitgeschwindigkeiten., höhere Temperaturen und daher ein weniger tragfähiger Schmierfilm. Bei den bekannten Einbaugleitlagern, bei welchen der Lagerköqper gegen die zylindrische Gehäusebohrung durch eine ballige schmale Ringleiste abgestützt ist, die dem Lager eine wälzende Einstellung ermöglicht, kann wegen des durch die Konstruktion bedingten hohen Flächendruckes an der Einstellfläche ein Einschlagen des Lagerköarpers in die Maschinengehäusebohrung stattfinden, besonders 'dann, wenn es sich um hohe, wechselnde, normale Belastung handelt.

Andererseits sind gewöhnliche Gleitlager mit hochelastischen Steggliedern (Kautschuk u. dgl.) bekannt, denen aber die Steifigkeit bei normaler Belastung fehlt. Auch Gleitlagerungen mit kardanartiger Aufhängung besitzen nicht die insbesondere bei hoher normaler Belastung erforderliche Kippfestigkeit und weisen überdies in verschiedenen Richtungen verschiedene Festigkeitseigenschaften' auf. Dies gilt auch für Gleitlager, bei welchem der Laufring mit dem Lagergehäuse durch geklemmte oder in einzelnen Punkten

aufgehängte Blechscheiben erfolgt, bei welchen nicht vorausbestimmbare Zusatzbeanspruchungen und Montageschwierigkeiten auftreten können. Einbaugleitlager wie beispielsweise gemäß der französischen Patentschrift 782301 weisen einen unter Belassung einer ringförmigen Stegplatte ausgenornmenen Laufring auf, der mit der Welle fest verbunden ist; der Tragring ist ein besonderer, im Gehäuse fest angeordneter Teil. Die Stegplatte weist auch nicht die erfindungSjgemäße Beschaffenheit und Gestaltung auf.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Einbaufertiges Gleitlager mit Ölfilm, bei dem Lauf- und Tragring durch einen Steg verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg so beschaffen und gestaltet ist, daß er bei normaler Belastung steif ist und, sobald eine Schrägstellung der Welle eintritt, sich so verformen kam, daß die parallele Einstellung der beiden Laufflächen so weit gewahrt bleibt, daß der Ölfilm nicht reißt.

2. Gleitlager nach Anspruch-1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (2) längs seines ganzen inneren und äußeren Randes mit dem Laufring (1) bzw. dem Tragring (6) fest "verbunden ist.

3. Gleitlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufring, der Steg und der Außenring aus einem Stück hergestellt sind.

4. Gleitlager nach Anspruch ι oder fölgenden, .dadurch gekennzeichnet, daß der Laufring selbst als Lagerbüchse dient.

5. Gleitlager nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragring eine zylindrische, zur Welle koaxiale Auflagefläche besitzt, die als Paßfläche ausgebildet ist, so daß bei engem Sitz ein verhältnismäßig schwacher Außenring verwendet werden kann.

6. Gleitlager nach Anspruch 1 oder fölgenden, dadurch gekennzeichnet, daß' die Differenz der Radien des Außen- und Innenrandes des Steges mindestens fünfmal so groß ist als die mittlere Dicke des Steges.

7. Verwendung des Einbaugleitlagers mit verformbarem Steg gemäß Anspruch 1 oder folgenden an Stelle von Wälzlagern ohne Änderung der Gehäusebohrung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen