DE1575365C

DE1575365C - Hydrostatic bearing

Info

Publication number: DE1575365C
Application number: DE19661575365
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-03-29
Filing date: 1966-10-24
Publication date: 1973-07-12

Description

a) die Breite der zwischen den Nuten (g) gebildeten Rippen ist geringer als die vierfache Länge des Abstandes (Z_{2 3}) des Nutenendes vom Lagerende,a) the width of the ribs formed between the grooves (g) is less than four times the length of the distance (Z _{2 3} ) between the end of the groove and the end of the bearing,

b) der Nutenquerschnitt ist über die gesamte Länge der Nuten so bemessen, daß das Verhältnis der Strömungskapazitäten im genuteten Bereich zu dem im nutfreien Bereich am Lagerende in der Größenordnung von 2 bis 20 liegt.b) the groove cross-section is dimensioned over the entire length of the grooves so that the Ratio of the flow capacities in the grooved area to that in the groove-free area is on the order of 2 to 20 at the end of storage.

2. Hydrostatisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckabfall Pi-P₂ des Strömungsmittels längs der mit Nuten versehenen Lagerfläche etwa 60% beträgt.2. Hydrostatic bearing according to claim 1, characterized in that the pressure drop Pi-P _{2 of} the fluid along the grooved bearing surface is about 60%.

3. Hydrostatisches Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutbreite gleich oder größer fünfmal der Nuttiefe ist.3. Hydrostatic bearing according to claim 1 or 2, characterized in that the groove width is the same or greater than five times the groove depth.

4. Hydrostatisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Nuten versehene Lagerfiäche zylindrisch ist und die Kammer (15) als Ringnut in einer Bohrung des Lagergehäuses (11) ausgebildet ist.4. Hydrostatic bearing according to one of claims 1 to 3, characterized in that the bearing surface provided with the grooves is cylindrical and the chamber (15) as an annular groove in a bore of the bearing housing (11) is formed.

5. Hydrostatisches Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nuten beidseits der Ringnut erstrecken.5. Hydrostatic bearing according to claim 4, characterized in that the grooves extend on both sides of the annular groove.

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrostatisches Lager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a hydrostatic bearing according to the preamble of claim 1.

Schmiernuten in Lagerflächen sind bekannt (USA.-Patentschrift 2 673 767). Diese Schmiernuten haben die Aufgabe, das Schmiermittel möglichst gleichmäßig auf die Lagerflächen im Bereich des Lagerspaltes zu verteilen, so daß die Welle schwebend von einem Schmiermittelfilm getragen wird. Um eine ausreichende Schmiermittelversorgung sicherzustellen, sind die Abmessungen der Nuten so gewählt, daß der Strömungswiderstand der Nuten vernachlässigbar klein ist.Lubrication grooves in bearing surfaces are known (US Pat. No. 2,673,767). Have these oil grooves the task of applying the lubricant as evenly as possible to the bearing surfaces in the area of the bearing gap distribute so that the shaft is floatingly supported by a film of lubricant. To be adequate To ensure lubricant supply, the dimensions of the grooves are chosen so that the flow resistance the grooves are negligibly small.

Für höhere Tragfähigkeiten des Lagers sind auch Anordnungen bekannt (französische Patentschrift 1 311 765, USA.-Patentschrift 2 578 711), bei denen die in einer Lagerfläche befindlichen Nuten über wenigstens eine Drossel an eine äußere Druckmittelquelle angeschlossen sind. Die Drossel kann entweder als ein vor dem Nuteinlaß angeordnetes Drosselventil ausgebildet sein, das abhängig von der Lagerbelastung betätigbar wird (französische Patentschrift 1 311 765), oder kann durch mehrere kalibrierte Zuführungsleitungen zu den einzelnen Nuten vorgesehen sein (USA.-Patentschrift 2 578 711). In beiden Fällen ergibt sich ein erheblicher Druckabfall des Strömungsmittels, bevor es in die Nuten gelangt, so daß nicht der volle von der Druckmittelquelle gelieferte Druck für den Aufbau des Strömungsmitteltragfilms im Lager zur Verfügung steht und somit die Tragfähigkeit des Lagers verhältnismäßig gering ist. Die Nuten selbst sind so bemessen, daß sie keinen nennenswerten Strömungswiderstand aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nuten derart auszubilden, daß die Tragfähigkeit des Lagers bei einem verhältnismäßig geringen Energiebedarf des Druckmittels möglichst groß ist.For higher bearing capacities, arrangements are also known (French patent 1 311 765, USA patent 2 578 711) in which the grooves located in a bearing surface are connected to an external pressure medium source via at least one throttle. The throttle can either be designed as a throttle valve arranged in front of the groove inlet, which can be actuated depending on the bearing load (French patent specification 1 311 765), or it can be provided by several calibrated supply lines to the individual grooves (USA patent specification 2 578 711) . In both cases there is a considerable pressure drop in the fluid before it gets into the grooves, so that not the full pressure supplied by the pressure medium source is available for the build-up of the fluid support film in the bearing and thus the bearing capacity of the bearing is relatively low. The grooves themselves are dimensioned so that they have no significant flow resistance.
The invention is based on the object of designing the grooves in such a way that the load-bearing capacity of the bearing is as great as possible with a relatively low energy requirement of the pressure medium.

Diese Aufgabe ist bei einem hydrostatischen Lager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:This object is achieved according to the invention in a hydrostatic bearing according to the preamble of claim 1 through the combination of the following features solved:

a) die Breite der zwischen den Nuten gebildeten Rippen ist geringer als die vierfache Länge desa) the width of the ribs formed between the grooves is less than four times the length of the

Abstandes des Nutenendes vom Lagerende,Distance of the end of the groove from the end of the bearing,

b) der Nutenquerschnitt ist über die gesamte Länge der Nuten so bemessen, daß das Verhältnis der Strömungskapazitäten im genuteten Bereich zu dem im nutfreien Bereich am Lagerende in der Größenordnung von 2 bis 20 liegt.b) the groove cross-section is dimensioned over the entire length of the grooves so that the ratio of Flow capacities in the grooved area to that in the groove-free area at the end of the bearing in the On the order of 2 to 20.

Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen. Further features emerge from the subclaims.

Bei der Erfindung findet somit im Gegensatz zu den bekannten hydrostatischen Lagern, bei denen das den Nuten zugeführte Strömungsmittel vor dem Eintritt in die Nuten gedrosselt wird, ein Druckabfall des Strömungsmittels zwischen dem Nutanfang und dem Nutende statt, der so bemessen ist, daß sich eine große Lagertragfähigkeit ergibt. Der Nutenquerschnitt, also die Breite und Tiefe der einzelnen Nuten, läßt sich aus den in der Beschreibung angegebenen Gleichungen (9) und (10) für die Strömungskapazitäten längs der Nuten, längs des Bereiches zwischen den Nuten und längs der nutfreien Lagerfläche ermitteln, wenn man den Parameter /C₁ in der angegebenen Größenordnung wählt. Der Druckabfall längs der Nuten von dem ungedrosselten Zuführungsdruck P₁ des Strömungsmittels in der Kammer auf den Druck P₂ am Nutende läßt sich dann nach Gleichung (1) bzw. (11) angeben. Der Druckabfall ist noch von dem Verhältnis λ zwischen der Nutenlänge und der Länge des nutfreien Bereichs der Lagerfläche abhängig, das so gewählt wird, daß sich gemäß F i g. 8 der Zeichnung eine hohe Tragfähigkeit des Lagers ergibt. In Fig. 8 ist die auf den Druckabfall bezogene, also relative Tragfähigkeit des Lagers angegeben. In einem bevorzugten Ausführüngsbeispiel der Erfindung beträgt der Druckabfall zwischen dem Zuführungsdruck in der Kammer und der Druck P₂ am Nutende etwa 60% vom gesamten Druckabfall vom Zufuhrungsdruck in der Kammer bis zum Druck des Strömungsmittels am Lagerende.In the invention, in contrast to the known hydrostatic bearings, in which the fluid supplied to the grooves is throttled before it enters the grooves, there is a pressure drop in the fluid between the start of the groove and the end of the groove which is dimensioned so that a large one Bearing capacity results. The groove cross-section, i.e. the width and depth of the individual grooves, can be determined from the equations (9) and (10) given in the description for the flow capacities along the grooves, along the area between the grooves and along the groove-free bearing surface, if one selects the parameter / C ₁ in the specified range. The pressure drop along the grooves from the unthrottled supply pressure P _{1 of} the fluid in the chamber to the pressure P ₂ at the end of the groove can then be given according to equation (1) or (11). The pressure drop is also dependent on the ratio λ between the groove length and the length of the groove-free area of the bearing surface, which is selected so that, according to FIG. 8 of the drawing shows a high load-bearing capacity of the bearing. In Fig. 8, the related to the pressure drop, that is, the relative load-bearing capacity of the bearing is indicated. In a preferred embodiment of the invention, the pressure drop between the supply pressure in the chamber and the pressure P ₂ at the groove end is approximately 60% of the total pressure drop from the supply pressure in the chamber to the pressure of the fluid at the bearing end.

Die Anzahl der Nuten läßt sich bei einer vorbestimmten Länge oder einem vorbestimmten Durchmesser des Lagers durch den Abstand jeweils zweier benachbarter Nuten ermitteln, der entsprechend der obenstehenden Bedingungen von der Länge I₂₃ des nutfreien Bereiches abhängig ist. Im Gegensatz zu den bekannten hydrostatischen Lagern, bei denen die Abstände zwischen benachbarten Nuten verhältnismäßig groß sind, ergeben sich bei der Erfindung so geringe Abstände zwischen zwei benachbarten Nuten, daß die beim Verlassen einer Nut in den nutfreien Bereich am Lagerende eintretende, divergierende Nutenströmung die Rippenströmung auf einen Bruchteil ihrer Strömungsbreite einschnürt, wobei dieser Bruchteil von dem Parameter K₁ bestimmt ist. DurchThe number of grooves can be determined with a predetermined length or a predetermined diameter of the bearing by the distance between two adjacent grooves, which is dependent on the length I _{23 of} the groove-free area according to the above conditions. In contrast to the known hydrostatic bearings, in which the distances between adjacent grooves are relatively large, the invention results in such small distances between two adjacent grooves that the diverging groove flow entering the groove-free area at the end of the bearing when leaving a groove is the rib flow constricted to a fraction of its flow width, this fraction being determined by the parameter K ₁ . Through

diese Einschnürung der Rippenströmung erhält man eine Drosselung der Strömung am Lagerende.this constriction of the rib flow results in a throttling of the flow at the end of the bearing.

Je nach der Lagerbelastung erhöht sich die die Tragfähigkeit des Lagers bestimmende Druckdifferenz auf Maximalwerte, die in F i g. 8 ersichtlich sind. Durch die Wechselwirkung des Druckabfalls längs der kalibrierten Nuten und längs der eingeschnürten Strömung am Lagerende stellt sich somit abhängig von der Lagerbelastung ein Strömungsmitteldruck P₂ am Nutenende selbsttätig ein, wodurch die Tragfähigkeit des Lagers gegenüber den bekannten hydrostatischen Lagern wesentlich verbessert ist. Bei den bekannten hydrostatischen Lagern sind nämlich einerseits die Nutquerschnitte so bemessen, daß ein nennenswerter Druckabfall längs der Nuten nicht erfolgt, und sind andererseits die Abstände zwischen den Nuten so groß, daß die Strömung zwischen den Nuten im wesentlichen frei ohne Abschnürung abfließen kann. Bei einer Verschiebung der belasteten Lagerfläche kann dann jedoch der Druck am Nutenende nicht erhöht und somit die Tragfähigkeit nicht verbessert werden. Vielmehr wird bei den hydrostatischen Lagern, bei denen der Strömungsmitteldruck für jede Nut einzeln gedrosselt wird, nur dafür gesorgt, daß auch den Nuten im Bereich des Lagerspaltes weiterhin Strömungsmittel zugeführt wird, während bei dem hydrostatischen Lager mit vorgeschaltetem Drosselventil lediglich der Zufuhrdruck vergrößert wird, wodurch jedoch die Tragfähigkeit nicht wesentlich verbessert wird.Depending on the load on the bearing, the pressure difference that determines the load-bearing capacity of the bearing increases to maximum values shown in FIG. 8 can be seen. Due to the interaction of the pressure drop along the calibrated grooves and along the constricted flow at the end of the bearing, a fluid pressure P _{2 is} automatically set at the end of the groove, depending on the bearing load, which significantly improves the load-bearing capacity of the bearing compared to the known hydrostatic bearings. In the known hydrostatic bearings, on the one hand, the groove cross-sections are dimensioned so that there is no significant pressure drop along the grooves, and on the other hand, the distances between the grooves are so large that the flow between the grooves can flow essentially freely without constriction. If the bearing surface is shifted, however, the pressure at the end of the groove cannot be increased and thus the load-bearing capacity cannot be improved. Rather, in the case of the hydrostatic bearings, in which the fluid pressure is throttled individually for each groove, it is only ensured that fluid continues to be supplied to the grooves in the area of the bearing gap, while in the case of the hydrostatic bearing with an upstream throttle valve, only the supply pressure is increased, whereby however, the load-bearing capacity is not significantly improved.

Im Gegensatz zum Stand der Technik ist auch der Aufbau eines erfindungsgemäßen Lagers einfacher, da die den Nuten vorgeschalteten Drosseln in Wegfall geraten. Die Nuten lassen sich in verhältnismäßig einfacher Weise durch Fräsen, Schleifen oder chemische Verfahren herstellen. Die Erfindung kann ferner bei zylindrischen, sphärischen oder auch konischen Lagerflächen angewendet werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß bei erfindungsgemäßen Lagern das Verhältnis zwischen Länge und Durchmesser des Lagers größer gewählt werden kann.In contrast to the prior art, the structure of a bearing according to the invention is also simpler, since the chokes upstream of the grooves are no longer necessary. The grooves can be in proportion easily produced by milling, grinding or chemical processes. The invention can can also be used for cylindrical, spherical or conical bearing surfaces. Another The advantage is that in bearings according to the invention, the ratio between the length and diameter of the Storage can be chosen larger.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention are in the following description in connection with the figures explained. It shows

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lager, wobei Teile des Schnittes gebrochen dargestellt sind,F i g. 1 shows a longitudinal section through an inventive Bearing, parts of the section are shown broken,

Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie 2-2 der Fig. t in einem größeren Maßstab, FIG. 2 shows a cross-section according to the section line 2-2 of FIG. T on a larger scale,

Fi g. 3 eine Teildarstellung des in Fig. 1 wiedergegebenen Lagers in einem vergrößerten Maßstab,Fi g. 3 is a partial representation of that shown in FIG Warehouse on an enlarged scale,

Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung ähnlich Fig. 2 in einem noch größeren Maßstab,Fig. 4 is a similar cross-sectional view Fig. 2 on an even larger scale,

F i g. 5 einen Längsschnitt entsprechend der Schnittlinie 5-5 der F i g. 4,F i g. 5 shows a longitudinal section corresponding to section line 5-5 in FIG. 4,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung des Lagers in vergrößertem Maßstab,Fig. 6 is a perspective view of the Warehouse on a larger scale,

F i g. 7 ein Strömungsbild für das Lagerende in vergrößertem Maßstab,F i g. 7 a flow diagram for the end of the bearing on an enlarged scale,

Fig. 8 eine Kurvenschär zur Darstellung der relativen Lagertragfähigkeit.8 shows a set of curves to show the relative bearing capacity.

Ein Lager 10 besteht aus dem Lagergehäuse 11 mit einer Kammer 15, die keinen besonderen Widerstand für die zuzuführende Flüssigkeit bietet. Diese Kammer ist ringförmig und in die Bohrung des Lagergehäuses 11 eingefräst, über eine Zuführleitung 17, die zu einer geeigneten Druckquelle führt, wird Flüssigkeit 18 der Kammer 15 zugeleitet. Die Enden der Kammer sind mit 15 a und 15 b bezeichnet. Von beiden Enden der Kammer 15 erstrecken sich Lagerflächen 12 und 13, für die gleiche Längen angenommen sind. Die Länge eines jeden Lagers ist mit L und der Durchmesser der Bohrung mit D bezeichnet.A bearing 10 consists of the bearing housing 11 with a chamber 15 which does not offer any particular resistance to the liquid to be supplied. This chamber is ring-shaped and milled into the bore of the bearing housing 11; liquid 18 is fed to the chamber 15 via a feed line 17 which leads to a suitable pressure source. The ends of the chamber are denoted by 15 a and 15 b. Bearing surfaces 12 and 13, for which the same lengths are assumed, extend from both ends of the chamber 15. The length of each bearing is denoted by L and the diameter of the bore is denoted by D.

In dem Lagergehäuse ist eine Welle 20 vorgesehen, deren Durchmesser mit d bezeichnet ist, wobei die Spaltweite zwischen den gegenüberliegenden Lagerflächen 12 und 13 bei einer zur Bohrung konzentrisch liegenden Welle mit h bezeichnet ist. Im nachstehenden soll die Lagerfläche des Lagergehäuses mit S₁ und die Lagerfläche der Welle mit S₂ bezeichnet werden. . ,In the bearing housing, a shaft 20 is provided, the diameter of which is denoted by d, the gap width between the opposing bearing surfaces 12 and 13 being denoted by h in the case of a shaft concentric to the bore. In the following, the bearing surface of the bearing housing is to be designated with S ₁ and the bearing surface of the shaft with S ₂ . . ,

Die Welle hat Nuten g, die im Abstand voneinander angeordnet sind und sich in Längsrichtung • über einen beträchtlichen Abschnitt der Welle innerhalb des Lagergehäuses erstrecken. Die Nutenenden haben Stirnflächen g_a, die verschiedene Formen aufweisen können. Die Flächen zwischen den Nuteng sind Rippen r genannt.The shaft has grooves g spaced from one another and extending longitudinally over a substantial portion of the shaft within the bearing housing. The groove ends have end faces g _a , which can have different shapes. The surfaces between the grooves are called ribs r .

Ungenutete Abschnitte 20a und 20b erstrecken sich von den Enden der die Nuten aufweisenden Flächen bis nach außen zu den Stellen, welche den Abflußspalt der Lagerflächen 12 und 13 bilden.Ungroove sections 20a and 20b extend from the ends of the surfaces having the grooves to the outside to the points which form the drainage gap of the bearing surfaces 12 and 13.

Die Lagerflächen 12 und 13 des Lagers 10 sind gleich; im nachstehenden wird der Einfachheit halber im einzelnen nur die Lagerfläche 13 und der Abschnitt 20 b beschrieben.The bearing surfaces 12 and 13 of the bearing 10 are the same; In the following, for the sake of simplicity, only the bearing surface 13 and the section 20b are described in detail.

In Fig. 3 ist der die Nuten aufweisende Abschnitt der Welle als erster Strömungskanal bezeichnet, wobei die Stelle am Ende 15 ft der Kammer mit Z₁ und die Stelle an den Enden der Nuten g mit I₂ bezeichnet ist. Die Länge des ersten Strömungskanals ist somit die Nutenlänge Z_{1 2}.In FIG. 3, the section of the shaft having the grooves is designated as the first flow channel, the location at the end 15 ft of the chamber being designated by Z ₁ and the location at the ends of the grooves g by I ₂ . The length of the first flow channel is thus the groove length Z _{1 2} .

Die glatten Abschnitte 20 a und 206 der Welle innerhalb des Lagergehäuses sind als zweiter Strömungskanal bezeichnet, dessen Länge Z₂₃ sich bis zum Lagerende erstreckt.The smooth sections 20 a and 206 of the shaft within the bearing housing are referred to as a second flow channel, the length Z _{23 of} which extends to the end of the bearing.

Mit Nutentiefe h_g ist der Abstand von dem Nutengrund bis zu der darüber befindlichen Lagerfiäche bezeichnet. Der Buchstabe b_g bezeichnet die Breite einer Nut und b_r die Breite einer Rippe.
In den Fi g. 4 und 6 ist für den Strömungsweg der Abstand zwischen den Mittellinien benachbarter Rippen mit einer dazwischenliegenden Nut maßgeblich, wobei der Strömungsweg sich über die gesamte Länge des Lagers 13 erstreckt und aus einem ersten Kanal und einem zweiten Kanal besteht. Im Hinblick auf die Erörterung in Fig. 6 setzt sich die Flüssigkeitsströmung in jedem Kanal aus einer Nutenströmung und einer Rippenströmung zusammen.The distance from the bottom of the groove to the bearing surface above it is referred to as the groove depth h _g. The letter b _g denotes the width of a groove and b _r the width of a rib.
In the Fi g. 4 and 6, the distance between the center lines of adjacent ribs with an intermediate groove is decisive for the flow path, the flow path extending over the entire length of the bearing 13 and consisting of a first channel and a second channel. In view of the discussion in FIG. 6, the liquid flow in each channel is composed of a groove flow and a rib flow.

, Die in der Längsrichtung X der Welle fließende Strömung wird als Längsströmung bezeichnet. Die in der Umfangsrichtung Y der Welle 20 fließende Strömung wird als Querströmung bezeichnet. In F i g. 6 ist gestrichelt die zu erwartende Querströmung dargestellt.
Von einer Stelle in der Nähe des ersten Strömungskanals über einen Teil des zweiten Strömungskanals ergibt sich eine Zone, die als Übergangszone in Fig. 7 bezeichnet wird. In dieser Übergangszone finden sehr starke Änderungen des Druckgradienten in Längsrichtung statt; diese Zone wird im nachstehenden eingehender beschrieben werden. Es werden im nachstehenden numerische Werte und abgeleitete Größen für ein Ausfuhrungsbeispiel verwendet, die experimentell und durch Analyse erhalten wurden.The flow flowing in the longitudinal direction X of the wave is referred to as the longitudinal flow. The flow flowing in the circumferential direction Y of the shaft 20 is referred to as the cross flow. In Fig. 6, the cross flow to be expected is shown in dashed lines.
From a point in the vicinity of the first flow channel over part of the second flow channel there is a zone which is referred to as the transition zone in FIG. 7. In this transition zone there are very strong changes in the pressure gradient in the longitudinal direction; this zone will be described in more detail below. In the following, numerical values and derived quantities are used for an exemplary embodiment, which were obtained experimentally and through analysis.

Die Maße der Nuten, d. h. ihre Länge, Breite, Tiefe und der seitliche Abstand der Nuten voneinander, sind im Hinblick auf die Spaltweite des Lagers so gewählt, daß sich ein Druckabfall in Längsrichtung der Nuten von ungefähr.60% des Gesamtdruckabfalls längs der Lagerlänge ergibt.The dimensions of the grooves, i.e. H. their length, width, depth and the lateral distance between the grooves, are chosen with regard to the gap width of the bearing so that there is a pressure drop in the longitudinal direction of the grooves gives approximately 60% of the total pressure drop along the length of the bearing.

Die Anordnung wird so gewählt, daß eine Spaltweite h von 0,0125 mm und eine Nutenlänge Z₁₂ von 76,2 mm und ein Durchmesser d der Welle von 4,44 cm vorliegt. Diese Maße wurden so gewählt, daß sich ein relativ großes Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Lagers ergibt. ;The arrangement is chosen so that there is a gap width h of 0.0125 mm and a groove length Z ₁₂ of 76.2 mm and a diameter d of the shaft of 4.44 cm. These dimensions were chosen so that there is a relatively large ratio of length to diameter of the bearing. ;

Es sind zwanzig Nuten um die Welle herum in einem Abstand von 6,97 mm angeordnet. Die Nutenbreite b ist 0,634 mm, und daraus ergibt sich, daß die Rippenbreite b_r 6,34 mm ist.There are twenty grooves around the shaft spaced 6.97 mm apart. The groove width b is 0.634 mm, and it follows that the rib width b _{r is} 6.34 mm.

Zwei weitere Dimensionen sind festzulegen. Diese Dimensionen sind die Nutentiefe h_g und die Länge des zweiten Kanals Z_2-3- Diese Werte können wie folgt gewonnen werden:Two further dimensions are to be defined. These dimensions are the groove depth h _g and the length of the second channel Z _2-3 - These values can be obtained as follows:

P₇ - P ₇ -

(D(D

(2)(2)

λ =λ =

k.2 -k.2 -

(3)(3)

(4)(4)

(6)(6)

(7)(7)

= K_xK₂ +K₁ -K= K _x K ₂ + K ₁ -K

₂; ₂ ;

(8)(8th)

hierin gilt,¹ daß b_g ^ 5 h_g. here it holds that ¹ that b _g ^ 5 h _g .

Damit die Gleichungen (1) bis (7) gelten können und sich ein gut arbeitendes Lager ergibt, sollten die nachfolgenden Bedingungen eingehalten werden:So that equations (1) to (7) can apply and a well-functioning bearing results, the the following conditions are met:

l.L>500/i
2. Z₂₃ >20/i
3.l₂.₃>l/4b_r lL> 500 / i
2. Z ₂₃ > 20 / i
3.l ₂ . ₃ > l / 4b _r

Es wird nachstehend angegeben, daß die Para meter K₁ und K₂ so groß als möglich gewählt werder in Anbetracht der Bedingungen 2 und 3, damit sich eine maximale Tragfähigkeit des Lagers ergibt.It is stated below that the parameters K ₁ and K ₂ are chosen as large as possible in consideration of conditions 2 and 3, so that there is a maximum load-bearing capacity of the bearing.

Nimmt man K₁ = 12 an, so ergibt sich λ = lh Assuming K ₁ = 12, we get λ = lh

ίο aus Gleichung (1) und Al =0,26 aus Gleichung (5) Aus Gleichung (4) ergibt sich Z₂₃ zu 3,53mm, wai mehr als 1/4/γ ist; daher sind die Bedingungen 1 bis 3 ebenfalls erfüllt.
Es ergibt sich: Parameter K₂ = 10.ίο from equation (1) and Al = 0.26 from equation (5) From equation (4), Z ₂₃ is 3.53mm, wai is more than 1/4 / γ; therefore, conditions 1 to 3 are also met.
The result is: Parameter K ₂ = 10.

Aus Gleichung (8) ergibt sichFrom equation (8) results

K₃ = 12 x 10 +12-10 = 122.
Aus Gleichung (7) ergibt sichK ₃ = 12 x 10 + 12-10 = 122.
From equation (7) results

τ = (122)¹'³ oder ψ- ' = 4,96. τ = (122) ¹ ' ³ or ψ-' = 4.96.

Bei dem angenommenen Druckabfall von 60% ergibt sich für den obigen Ausdruck der Wert 0,4. P ist der Druck an den Stellen Z₁₂₃ gemäß Fig. 3.
λ ist das Verhältnis zwischen Länge des erstenAssuming a pressure drop of 60%, the above expression results in a value of 0.4. P is the pressure at points Z ₁₂₃ according to FIG. 3.
λ is the ratio between length of the first

Kanals zur Länge des zweiten Kanals, also y^-.Channel to the length of the second channel, i.e. y ^ -.

■ . ■ . . . '2.3■. ■. . . '2.3

K₁ ist das Verhältnis der Strömungskapazität des ersten und des zweiten Kanals. Es gilt: K ₁ is the ratio of the flow capacity of the first and second channels. The following applies:

Aus den vorstehend angegebenen Daten ergibt sich h = h_r = 0,0127 mm. Die Nutentiefe h_g = 4,96 χ 0,0127 mm = 0,0628 mm.From the data given above, h = h _r = 0.0127 mm. The groove depth h _g = 4.96 χ 0.0127 mm = 0.0628 mm.

Es ist daher h_g weniger als 1/5 b_g und Gleichung (8) anwendbar. .Hence, h _g less than 1/5 b _g and equation (8) are applicable. .

Zusammengefaßt sind die Dimensionen wie folgt:The dimensions are summarized as follows:

Wellendurchmesser d — 4,44 cm,
Bohrungsdurchmesser D = 4,44254 cm,
Lagerlänge L = 7,98 cm,
Nutenabstand = 6,97 mm,
Nutenbreite b = 0,634 mm,
Nutentiefe h_g = 0,0630 mm,
Verhältnis von Länge zu Durchmesser
L/D = 1,79.Shaft diameter d - 4.44 cm,
Bore diameter D = 4.44254 cm,
Stock length L = 7.98 cm,
Groove spacing = 6.97 mm,
Groove width b = 0.634 mm,
Groove depth h _g = 0.0630 mm,
Ratio of length to diameter
L / D = 1.79.

Hierbei ist C die Strömungskapazität, und die Suffixe geben an, daß es sich um die Nutenströmung, die Rippenströmung bzw. um den zweiten Strömungskanal handelt. Where C is the flow capacity, and the suffixes indicate that it is the groove flow, is the rib flow or the second flow channel.

Al = 0,05ΓK₂ 1/3fc_r (5) Al = 0.05ΓK ₂ 1 / 3fc _r (5)

L K₁ JLK ₁ y

Alist ein Korrekturfaktor, der eingeführt wird, um den unregelmäßigen Druckgradienten in der Ubergangszone zu berücksichtigen. Al is a correction factor that is introduced to take into account the irregular pressure gradient in the transition zone.

Es bestehen keine einfachen mathematischen Beziehungen zwischen den Bemessungsgrößen und der Tragfähigkeit. Die spezifische Tragfähigkeit des Lagers wird definiert als die maximale Last, die pro Qua-There are no simple mathematical relationships between the design values and the load-bearing capacity. The specific load capacity of the bearing is defined as the maximum load that can be

. dratzentimeter der projizierten Lagerfläche und pro kg/cm² Druckabfall sich an dem Lager ergeben kann. Im vorliegenden Fall ist die projizierte Fläche des Lagers 7,98 x 4,44 cm = 35,5 cm². Die spezifische Tragfähigkeit nimmt bei Zunahme des Verhältnisses L/D ab und muß empirisch bestimmt werden. Für ein Lager der vorstehend angegebenen Dimension ist die spezifische Tragfähigkeit in der Größenordnung von 0,22. Dies bedeutet, daß für einen gesamten Druckabfall im Lager von 7,03 kg/cm² das Lager maximal. three inches of the projected storage area and per kg / cm ^{2 of} pressure drop can result in the bearing. In the present case, the projected area of the bearing is 7.98 x 4.44 cm = 35.5 cm ² . The specific load-bearing capacity decreases as the ratio L / D increases and must be determined empirically. For a bearing of the dimensions given above, the specific load capacity is of the order of 0.22. This means that for a total pressure drop in the bearing of 7.03 kg / cm ² the bearing is at a maximum

35,5 cm² · 7,03 kg/cm² · 0,22 = 54,9 kg35.5 cm ² x 7.03 kg / cm ² x 0.22 = 54.9 kg

tragen kann.can carry.

Soweit dem Erfinder bekannt, bedeutet dies eine Vergrößerung um einen Faktor 2 bis 3 im Vergleich zu den bisher bekannten Lagern. Im Betrieb tritt Druckflüssigkeit vom Druck P₁ aus der Kammer 15 in den Lagerraum S₃ ein, fließt abwärts und tritt mit einem Druck P₃ aus. Betrachtet man die Strömung als Flüssigkeitsströmung und daher inkompressibel, so ergibt sich keine Änderung der Verhältnisse, wenn man den Druck P₃ am Lagerende als Atmosphären-As far as the inventor knows, this means an increase by a factor of 2 to 3 compared to the previously known bearings. During operation, hydraulic fluid enters the storage space S _{3 at} _{pressure P 1} from chamber 15, flows downwards and exits at pressure P ₃ . If you consider the flow as a liquid flow and therefore incompressible, there is no change in the conditions if you consider the pressure P ₃ at the end of the bearing as atmospheric

65.· druck oder Null annimmt. Es ist dann das Druckgefälle P,—P₃ in dem Lager gleich P₁.65. · Accepts pressure or zero. The pressure gradient P, -P ₃ in the bearing _{is then equal to P 1} .

Es wird angenommen, daß die Spaltweite h weniger als 1/500 der gesamten Lagerlänge L ist und daß dieIt is assumed that the gap width h is less than 1/500 of the total bearing length L and that the

Länge des zweiten Strömungskanals /₂.₃ größer als 20mal die Spaltweite ist. Diese Verhältnisse in den vorstehend angenommenen Maßen stellen sicher, daß die Viskositätskräfte in der hydrostatischen Flüssigkeit hinreichend groß sind in bezug auf die durch Schwerkraft und Trägheit bedingten Körperkräfte, so daß diese letzteren Kräfte unbedenklich vernachlässigt werden können. Diese Bedingungen sind wohlbekannt bei der Definition der Eigenschaften eines dünnen Flüssigkeitsfilms, wie er im vorliegenden Fall zugrunde zulegen ist. -Length of the second flow channel / ₂ . _{3 is} greater than 20 times the gap width. These ratios in the dimensions assumed above ensure that the viscosity forces in the hydrostatic fluid are sufficiently great in relation to the body forces caused by gravity and inertia, so that these latter forces can be safely neglected. These conditions are well known when defining the properties of a thin liquid film, as is to be taken as a basis in the present case. -

Unter diesen Bedingungen ist das Verhalten der Flüssigkeit innerhalb des Lagerspaltes bestimmt durch die Beziehungen, die für dünne Flüssigkeitsfilme gelten, nämlich . ·Under these conditions, the behavior of the liquid within the bearing gap is determined by the relationships that hold for thin liquid films, viz. ·

12 μ12 µ

Q ist die Strömungsmenge -— , Q is the flow rate -,

b ist die Strömungsbreite [cm],
h ist die Strömungstiefe [cm], b is the flow width [cm],
h is the depth of flow [cm],

ist der absolute Viskösitätsfaktoris the absolute viscosity factor

-j— ist der Druckgradient, gemessen in einer-j- is the pressure gradient measured in a

Stromlinie der Flüssigkeit — . Streamline of the liquid - .

Die Strömungskapazität eines Kanals in demThe flow capacity of a channel in the

Lager wird definiert als das Verhältnis der Strömung an einer Stelle eines Querschnitts des Kanals bei einem gegebenen Druckgradienten bei einer vorge-Bearing is defined as the ratio of the flow at a point of a cross section of the channel at a given pressure gradient at a given

. gebenen Viskosität der Flüssigkeit.. given viscosity of the liquid.

(10)(10)

dsds

1. Cj bedeutet die Strömungskapazität eines
Nutenkanals;1. Cj means the flow capacity of a
Groove channel;

2. C_r bedeutet die Strömungskapazität eines
Rippenkanals;2. C _r means the flow capacity of a
Rib canal;

3. C₅ bedeutet die Strömungskapazität des zweiten Strömungskanals.3. C ₅ means the flow capacity of the second flow channel.

Der Strömungswiderstand eines Kanals wird mit R bezeichnet und ist definiert als der Reziprokwert der Strömungskapazität des Kanals, nämlichThe flow resistance of a channel is denoted by R and is defined as the reciprocal of the flow capacity of the channel, viz

R-'¹ R- ' ¹

Es wird angenommen, daß die Welle in der Bohrung des Lagergehäuses radikal zentriert ist und daß sich eine kontinuierliche Flüssigkeitsströmung ausgebildet hat. Wenn die Welle zentriert ist, so ist die Flüssigkeitsströmung in jeder der 20 Nuten gleich. In bezug auf die F i g. 4, 6 und 7 soll die Strömung in nur einer Nut und längs einer Rippe, also in einer Strömungseinheit, betrachtet werden. Es kann im Wege der Analyse gezeigt werden und durch ein Experiment erhärtet werden, daß die in eine Nut eintretende Flüssigkeit und die in den benachbarten Rippenkanal eintretende Flüssigkeit als getrennte Strömungen stromabwärts fließen, ohne daß ein wesentlicher Flüssigkeitsaustausch stattfindet, bis die - Ubergangszone am Ende der Nut erreicht ist. Der Druckgradient der Nutenströmung zwischen dem Anfang und dem Beginn der Ubergangszone ist gleichmäßig und hängt nur von dem Strömungswiderstand des Nutenkanals und der Strömungsgeschwindigkeit ab. Dasselbe gilt für die Strömung in dem benachbarten Rippenkanal. Die Druckgradienten der benachbarten Strömungen sind dieselben, bis ein Punkt erreicht wird, an dem die Ubergangszone beginnt; hier verringern sich die Gradienten der Nutenströmung. Der Druck der Nutenströmung wird an dieser Stelle größer als der Druck der benachbarten Rippenströmungen, und dies hat ein seitliches Ausweichen der Nutenströmung in den benachbarten Rippenkanal zur Folge. Dieselbe Wirkung ergibt sich in benachbarten Strömungsgruppen mit dem Resultat, daß die Rippenströmungen in dem Lager von beiden Seiten eingeschnürt werden und in einen schmaler werdenden Raum fließen. Die zusätzliche, in ,die Rippenkanäle eingeführte Strömung bewirkt eine Zunahme des Druckabfalles der austretenden Strömungen, die jetzt in dem Rippenkanal fließen, und. der Gradient der Nutenströmungen nimmt wegen der verringerten Strömung in den Nutehkanälen weiter ab, so daß sich ein größerer Überdruck in der Nutenströmung ergibt. Dieser Vorgang dauert bis zum Erreichen, des Endes der Nut an, wobei der Teil der Nutenströmung, der innerhalb des Nutenkanals bleibt, direkt über die Stirnfläche am Ende der Nut in den zweiten Strömungskanal einfließt. Der letztgenannte Teil der Strömung am Ende der Nut tritt in den flacheren Kanalraum des zweiten Strömungs-, kanals mit einem erhöhten Druck relativ zu dem Druck der angrenzenden Flüssigkeit ein, wo die Flüssigkeitskanäle sich vereinigen. Der Druck in der Strömung, gemessen in einer Querrichtung des Stromes, ist am Ende der Nut, und zwar in der Mitte der Nutenkanäle am größten und am kleinsten in der Mitte der Rippenkanäle. Diese lokalen seitlichen Druckgradienten ergeben sich in der gesamten Ubergangszone infolge des Drückstaues, der sich durch das ein Hindernis bildende Ende eines Nutenkanals ergibt; gleichzeitig finden Änderungen der Geschwindigkeit der Strömung, die in dem Nutenkanal bleibt, statt und auch in der Strömung, die in dem Rippenkanal fließt. Diese lokalen seitlichen Druckgradienten bilden sich ein kurzes Stück in den zweiten Strömungskanal hinein aus und werden dann schnell abgedämpft durch die Viskositätskräfte, die quer zu den Strömungen herrschen, und es bildet sich dann wieder eine longitudinale Strömung aus., Die Stelle, wo sich die longitudinale Strömung wieder ausgebildet hat, bezeichnet das Ende der Ubergangszone. Von dieser Stelle bis zum Ende des Lagers ergibt sich ein größerer gleichmäßiger longitudinaler Druckgradient, der im vorliegenden Falle zwölfmal größer ist als der longitudinale Druckgradient in dem ersten Strömungskanal. ,It is believed that the shaft is radically centered in the bore of the bearing housing and that a continuous flow of liquid has formed. If the shaft is centered, so is it Liquid flow is the same in each of the 20 grooves. With respect to FIG. 4, 6 and 7 is said to be the flow can be viewed in only one groove and along a rib, i.e. in one flow unit. It can be in Ways of analysis will be shown and corroborated by an experiment that the in a groove entering liquid and the liquid entering the adjacent fin canal as separate Currents flow downstream without substantial fluid exchange until the - The transition zone is reached at the end of the groove. The pressure gradient of the groove flow between the The beginning and the beginning of the transition zone is uniform and depends only on the flow resistance of the groove channel and the flow velocity. The same applies to the flow in the neighboring one Costal canal. The pressure gradients of the neighboring flows are the same until a point is reached at which the transition zone begins; here the gradients of the groove flow decrease. The pressure of the groove flow at this point becomes greater than the pressure of the adjacent rib flows, and this has a lateral deflection the groove flow into the adjacent rib channel result. The same effect results in adjacent flow groups with the result that the fin flows in the bearing of both Sides are constricted and flow into a narrowing space. The additional, in, the Flow introduced into rib channels causes an increase in the pressure drop of the exiting flows, which now flow in the costal canal, and. the gradient of the groove flows increases because of the reduced flow in the Nutehkanäle from further, so that a greater overpressure in the Groove flow results. This process continues until reaching the end of the groove, with the part the groove flow, which remains within the groove channel, directly over the face at the end of the groove flows into the second flow channel. The latter part of the flow occurs at the end of the groove in the flatter channel space of the second flow, channel with an increased pressure relative to the Pressure of the adjacent fluid where the fluid channels merge. The pressure in the Flow, measured in a transverse direction of the flow, is at the end of the groove, in the middle of the Groove canals largest and smallest in the middle of the rib canals. This local lateral Pressure gradients arise in the entire transition zone as a result of the pressure build-up that runs through which gives an obstacle forming end of a groove channel; at the same time find changes in speed the flow that remains in the groove channel takes place and also in the flow that is in the fin channel flows. These local lateral pressure gradients form a short distance into the second flow channel inside out and are then quickly dampened by the viscosity forces that transverse to the currents prevail, and a longitudinal current then forms again. where the longitudinal flow has re-established, denotes the end of the transition zone. From this point to the end of the bearing there is a larger, uniform longitudinal pressure gradient, which in the present case is twelve times larger is than the longitudinal pressure gradient in the first flow channel. ,

In der Ubergangszone divergiert die Nutenströmung und konvergiert die Rippenströmung in einem Maße, das abhängig ist von der Strömungskapazität des Rippenkanals relativ zu der Strömungskapazität des Nutenkanals. Im vorliegenden Fall beträgt die Breite der Rippenströmung in dem zweiten Strömungskanal genau ein Zwölftel der Breite der Rippen-In the transition zone the groove flow diverges and the rib flow converges in one Dimension that is dependent on the flow capacity of the fin channel relative to the flow capacity of the groove channel. In the present case, the width of the rib flow is in the second flow channel exactly one twelfth of the width of the rib

309 628/209309 628/209

strömung im ersten Kanal. Da sich die Höhe der Rippenströmung nicht ändert, ist der Druckgradient hinter der Ubergangszone zwölfmal größer als der Druckgradient vor der Ubergangszone. Die diver- ' gierende Nutenströmung nimmt den Rest des Raumes der Rippenströmung ein und hat eine seitliche Ausdehnung, die gleich der Breite einer Nut plus ¹¹Z₁₂ der Breite der angrenzenden Rippe ist, wodurch sich ergibt, daß der Gradient gleich dem Gradienten der. eingeschürten Rippenströmung ist.flow in the first channel. Since the height of the rib flow does not change, the pressure gradient behind the transition zone is twelve times greater than the pressure gradient in front of the transition zone. The divergent groove flow occupies the remainder of the space of the rib flow and has a lateral extent equal to the width of one groove plus ¹¹ Z ₁₂ the width of the adjacent rib, with the result that the gradient is equal to the gradient of the. constricted rib flow is.

Das Verhältnis der Gradienten vor der Ubergangszone und nach der Ubergangszone ist bestimmt durch die Querschnittdimensionen und den Abstand der Nuten relativ zu dem Abstand von der festen Lagerfläche. ■' ' - '■'.-■ ^: The ratio of the gradients before the transition zone and after the transition zone is determined by the cross-sectional dimensions and the spacing of the grooves relative to the spacing from the fixed bearing surface. ■ '' - '■' .- ■ ^:

Die zusammengesetzten Strömungen treten mit dem Druck P₃, d. h. mit Atmösphärendruck, am' Lagerende aus. ■The composite flows emerge with the pressure P ₃ , ie with atmospheric pressure, at the end of the bearing. ■

In Fig. 7 ist ein Strömungsbild unter besonderer Berücksichtigung der Ubergangszone wiedergegeben. Das Strömungsbild wurde in üblicher Weise für die Strömung zwischen nah benachbarten parallelen Flächen konstruiert, wobei die Stromlinien stets senkrecht zu den Linien gleichen Druckes liegen und der Abstand zwischen Stromlinien proportional dem Abstand zwischen Linien gleichen Druckes ist, was der Tatsache Rechnung trägt, daß die zwischen zwei Stromlinien fließende Flüssigkeitsmenge direkt proportional der Breite der Strömung und dem Druckgradienten in der Strömung ist. Die seitlichen Linien gleichen Druckes werden als Isobaren bezeichnet. Die Isobaren geben gleiche Druckzunahmen an, und der Abstand der Stromlinien ist so gewählt, daß sich rechteckige gekrümmte Quadrate ergeben. Ein Quadrat der Nutenströmung ist genau gleich zwölf Quadraten der benachbarten Rippenströmung.7 shows a flow pattern with special consideration of the transition zone. The flow pattern was created in the usual way for the flow between closely neighboring parallels Constructed surfaces, the streamlines always being perpendicular to the lines of equal pressure and the Distance between streamlines proportional to the distance between lines of equal pressure is what the Fact takes into account that the amount of liquid flowing between two streamlines is directly proportional is the width of the flow and the pressure gradient in the flow. The side lines equal pressure are called isobars. The isobars indicate equal pressure increases, and the distance between the streamlines is chosen so that rectangular curved squares result. A square the groove flow is exactly equal to twelve squares of the adjacent rib flow.

Die Isobare 1 stellt den Flüssigkeitsdruck an dem Rippenkanal und dem Nutenkanal an der Stelle des Beginns der Ubergangszone dar.The Isobar 1 represents the fluid pressure at the rib channel and the groove channel at the location of the The beginning of the transition zone.

Es ergibt sich ein beträchtlicher Strömungswiderstand in der Nut, und aus diesem Grunde kann der Druck in Umfangsrichtung der Welle nicht als eine Isobare angesehen werden; dies wäre möglich im Falle der Aufzeichnung von Stromlinien bei üblichen unter Druck betriebenen Lagern, bei denen sich kein Druckabfall längs der Nuten ergibt. Dementsprechend ist in punktierter Linie eine gedachte Isobare gezeichnet, die den geringeren Widerstand eines Nutenkanals kompensiert. Eine Stromlinie, die in einen Nutenkanal von der Isobare 1 aus hineinströmt, unterliegt einem gewissen Druckgefalle. Die virtuelle Isobare ist so. konstruiert, daß die genannte Stromlinie demselben Druckgefälle in der Längsrichtung zwischen der vortueilen Isobare und der Bewegung der Nut unterliegt, dem.sie bei dem Strömungswiderstand eines Rippenkanals ausgesetzt gewesen wäre. ■·■■■■-■■■■■-■■· ' ■-·■ ·■■■■ ν There is considerable flow resistance in the groove, and for this reason the pressure in the circumferential direction of the shaft cannot be regarded as an isobar; this would be possible in the case of recording streamlines in conventional bearings operated under pressure, in which there is no pressure drop along the grooves. Accordingly, an imaginary isobar is drawn in dotted line, which compensates for the lower resistance of a groove channel. A streamline that flows into a groove channel from isobar 1 is subject to a certain pressure gradient. The virtual isobar is like this. constructed so that said streamline is subject to the same pressure gradient in the longitudinal direction between the advantageous isobar and the movement of the groove, which it would have been exposed to with the flow resistance of a rib channel. ■ · ■■■■ - ■■■■■ - ■■ · '■ - · ■ · ■■■■ ν

Ein Quadrat der Nutenströmung ist definiert durch die virtuelle Isobare und die Isobare 2 an den Enden und durch die Begrenzungslinien zwischen der Nutenströmung und der benachbarten Rippenströmung. Die Stromlinien bilden die Begrenzung zwischen der Nutenströmung und den benachbarten Rippenströmungen. Für die Klarheit der Wiedergabe wurde der Parameter K₁ = 11,85 gewählt und nicht JC₁ = 12, damit die Breite der Rippenströmungen hinter der Ubergangszone genau ein Zwölftel der Breite der Nutenströmung ist. Dementsprechend müssen die Isobaren, die durch Quadrate der Rippenströmung gebildet werden, genau ein Zwölftel des Druckunterschiedes der Isobaren an entsprechenden Nutenquadraten bilden. In gleicher Weise müssen die durch Unterteilung gebildeten Quadrate diese grundsätzlichen Beziehungen aufweisen. .A square of the groove flow is defined by the virtual isobar and the isobar 2 at the ends and by the boundary lines between the groove flow and the adjacent rib flow. The streamlines form the boundary between the groove flow and the adjacent rib flows. For the clarity of the reproduction, the parameter K ₁ = 11.85 was chosen and not JC ₁ = 12, so that the width of the rib flows behind the transition zone is exactly one twelfth of the width of the groove flow. Accordingly, the isobars, which are formed by squares of the rib flow, must form exactly one twelfth of the pressure difference between the isobars at the corresponding slot squares. In the same way, the squares formed by subdivision must have these basic relationships. .

An der rechten Seite wurde ein Quadrat in vier Quadrate unterteilt, von denen ein jedes ein Achtel der gesamten Nutenströmung bildet, und die Isobaren, die diese Quadrate bilden, entsprechen einem Achtel des Drückgefälles zwischen der Isobare 1 und der Isobare 2. ·>.'.....On the right side a square has been divided into four squares, each one an eighth of the total groove flow, and the isobars that form these squares correspond to one Eighth of the pressure gradient between isobar 1 and isobar 2. ·> .'.....

Das Strömungsbild gibt die tatsächlichen Verhältnisse sowohl für eine Gasströmung als auch für eine Flüssigkeitsströmung im Hinblick auf die Erfindung wieder. Obwohl eine Expansion des Gases während der Strömung im Prinzip zu beachten wäre, kann sie doch hier vernachlässigt werden, da das Druckgefälle in der Ubergangszone gering und die Ausdehnung nicht allzu groß ist. .The flow pattern gives the actual conditions for a gas flow as well as for a Liquid flow in view of the invention again. Although an expansion of the gas during the flow would have to be considered in principle, it can be neglected here because the pressure gradient in the transition zone is small and the extent is not too great. .

Es wurde bereits im Zusammenhang mit F i g. 7 festgestellt, daß der Druckgradient vor der Ubergangszone gleichmäßig ist und der Druck in Umfangsrichtung für einen Nutenkanal und für einen Rippenkanal gleich ist. Es wurde gezeigt, daß der Druck in einem Rippenkanal größer ist, als sich sonst ergeben würde, weil an der Ubergangszone eine Divergenz der Nutenströmung stattfindet, die ein seitliches Einschnüren der Rippenströmung im zweiten Strömungskanal zur Folge hat. Der Druck der Nutenströmung ist in Anbetracht der gradialen Verringerung in der Höhe des zweiten Strömungskanals größer, als sich sonst ergeben würde.It has already been mentioned in connection with FIG. 7 found that the pressure gradient before the transition zone is uniform and the pressure in the circumferential direction for a groove channel and for one Rib canal is the same. It has been shown that the pressure in a rib canal is greater than usual would result because a divergence of the groove flow takes place at the transition zone, which a lateral constriction of the rib flow in the second flow channel results. The pressure of the Groove flow is considering the gradual decrease in the height of the second flow channel bigger than it would otherwise be.

Wenn eine stationäre Strömung vorliegt, ergibt sich ein Gleichgewicht zwischen der Kraft, die auf die Strömungen durch den größeren Druck ausgeübt wird, der sich in der Fläche einer Umfangs-Iinie an der Kammer 15 einstellt, gegenüber dem Druck an einer Umfangslinie am Austrittsende des Lagers und gegenüber dem Druck, der sich aus der Viskosität der Flüssigkeit ergibt. Diese entgegengesetzt gerichtete Kraft ist bestimmt durch die Ausbjjdung des Lagerabstandes und proportional der Strömungsgeschwindigkeit und dem Widerstand der Kanäle. , .When there is a steady flow, there is a balance between the force exerted on the currents are exerted by the greater pressure that is in the face of a circumferential line sets on the chamber 15, compared to the pressure on a circumferential line at the outlet end of the Bearing and against the pressure, which results from the viscosity of the liquid. This opposite Directed force is determined by training the bearing distance and proportional to the flow velocity and the resistance of the Channels. ,.

Wenn die Welle konzentrisch liegt, so ist in dem erörterten Beispiel jede Strömungseinheit so bemessen, daß der Strömungswiderstand des ersten Strömungskanals ein Zwölftel des Strömungswiderstands des zweiten Strömungskanals ist. Die Länge des ersten Strömungskanals relativ zu der Länge des zweiten Strömungskanals ist derart, daß der Druck P₂ am Ende einer Nut ungefähr 40% des Eingangsdruckes P₁ beträgt.If the shaft is concentric, then in the example discussed each flow unit is dimensioned such that the flow resistance of the first flow channel is one twelfth of the flow resistance of the second flow channel. The length of the first flow channel relative to the length of the second flow _{channel is such that the pressure P 2} at the end of a groove is approximately 40% of the inlet _{pressure P 1} .

Es kann für jede Strömungsgruppe angenommen werden, daß sich eine Kraft zwischen den Lagerflächen S₁ und S₂ ergibt, die gleich dem mittleren Druck der Flüssigkeit mal der Flächengröße ist. Diese Kraft ist bei sämtlichen Strömungsgruppen dieselbe, und die insgesamt ausgeübte Kraft ist Null.It can be assumed for each flow group that there is a force between the bearing surfaces S ₁ and S ₂ which is equal to the mean pressure of the liquid times the area size. This force is the same for all flow groups and the total force exerted is zero.

Wirkt eine äußere Kraft auf das Lager, so ergibt sich eine Verschiebung, die parallel zur Bohrung angenommen werden soll. In Fig. 6 ist ein derartiger Verschiebungszustand gezeigt.If an external force acts on the bearing, this results in a shift that is parallel to the bore should be accepted. In Fig. 6 is one such Displacement state shown.

Das Bezugszeichen h' bezeichnet dann die kleinste Spaltweite (Lagerspalt), und das Bezugszeichen h" bezeichnet die größte Spaltweite, die sich infolge der Verschiebung ergibt. Es ist bekannt, daß sich derThe reference symbol h ' then denotes the smallest gap width (bearing gap), and the reference symbol h " denotes the largest gap width that results as a result of the displacement. It is known that the

Strömungswiderstand der Kanäle umgekehrt mit der dritten Potenz der Spaltweite ändert. Eine Verringerung der Spaltweite auf die Hälfte vergrößert den Widerstand um einen Faktor 8. Die Verringerung der ursprünglichen Spaltweite auf ein Zehntel vergrößert den Strömungswiderstand um einen Fak- ; tor 1000; dies gilt für den zweiten Strömungskanal ι des Lagers. Infolge des in bezug auf die Verschiebung ; größeren Spaltes wird der Strömungswiderstand der k Nutenkanäle nur wenig geändert.The flow resistance of the channels changes inversely with the third power of the gap width. Reducing the gap width by half increases the resistance by a factor of 8. Reducing the original gap width to a tenth increases the flow resistance by a factor; gate 1000; this applies to the second flow channel ι of the camp. As a result of in relation to the shift; With a larger gap, the flow resistance of the k groove channels is only slightly changed.

In Anbetracht der Verschiebung vergrößert sich der Gradient des zweiten Strömungskanals an der Stelle h'. Es wird ferner weniger Flüssigkeit erforderlich sein, die einen Nutenkanal hinabströmt. Aus diesem Grunde nimmt der Druck an den Enden der ;·. Nuten zu, und der Druck an den Stellen des ersten Strömungskanals wird größer, und es wird ein neues : Druckgleichgewicht hergestellt. Das Entgegengesetzte ; gilt für die Stelle, an der sich ein größerer Abstand h" ausbildet.In view of the shift, the gradient of the second flow channel increases at the point h '. There will also be less liquid required to flow down a groove channel. Because of this, the pressure at the ends of the; · decreases. Grooves close, and the pressure at the points of the first flow channel increases, and a new pressure equilibrium is established. The opposite; applies to the point at which a greater distance h "is formed.

Es ist zu beachten, daß die Drücke in dem ersten Strömungskanal in Umfangsrichtung zwischen h' und h" unterschiedlich sind. Diese Unterschiede sollen als Druckgradienten in Umfangsrichtung bezeichnet werden. Diese Gradienten sind nicht zu verwechseln mit den in F i g. 7 dargestellten seitlichen Gradienten der Strömung. Ein größerer Druckgradient in Umfangsrichtung, der sich für eine bestimmte Verschiebung ergibt, erzeugt eine größere Kraft, und entsprechend ergibt sich eine höhere Lagersteifigkeit und eine höhere Tragfähigkeit. Diese Druckgradienten bilden ein wesentliches Element der Belastungseigenschaften des erfindungsgemäßen Lagers. Die Druckgradienten in Umfangsrichtung ergeben sich durch die Wechselwirkung der Rippenströmungen und der Nutenströmungen, verbunden mit den kombinierten Strömungen in dem zweiten Strömungskanal, wenn sich die Welle gegenüber dem Lagergehäuse bei Belastung verschiebt. Die Nuten des ersten Strömungskanals dienen dem doppelten Zweck, eine bestimmte kalibrierte Strömung in die Ubergangszone und von dort in den zweiten Strömungskanal zu führen, in dem die Verschiebung in entsprechende Druckänderungen umgewandelt wird, die wiederum Gradienten in Umfangsrichtung längs des Strömungskanals bilden. Die Nuten dienen ferner zur Flüssigkeitszufuhr für die Aufrechterhaltung der Druckgradienten.It should be noted that the pressures in the first flow channel are different in the circumferential direction between h ' and h " . These differences are to be referred to as pressure gradients in the circumferential direction. These gradients are not to be confused with the lateral gradients shown in FIG A greater pressure gradient in the circumferential direction, which results for a certain displacement, generates a greater force, and accordingly there is a higher bearing rigidity and a higher load capacity. These pressure gradients form an essential element of the load properties of the bearing according to the invention result from the interaction of the rib flows and the groove flows, connected with the combined flows in the second flow channel, when the shaft is displaced with respect to the bearing housing under load guided flow into the transition zone and from there into the second flow channel, in which the displacement is converted into corresponding pressure changes, which in turn form gradients in the circumferential direction along the flow channel. The grooves also serve to supply liquid to maintain the pressure gradient.

Die Rippen vermitteln einen Widerstand für seitliche Strömungskomponenten, die bei Anwesenheit eines Druckgradienten in Umfangsrichtung vorhanden sein müssen; daher sind die Nutenströmungen bestrebt, in ihren entsprechenden Kanälen zu bleiben, wodurch sich ein höherer Druck an der Stelle h' und ein niedrigerer Druck an der Stelle h" bei einer. bestimmten Verschiebung ergibt.The ribs provide resistance to lateral flow components that must be present in the presence of a pressure gradient in the circumferential direction; therefore, the groove flows tend to remain in their respective channels, resulting in a higher pressure at location h ' and a lower pressure at location h " for a given displacement.

Der die Nuten aufweisende Strömungskanal hat einen größeren Widerstand gegenüber einer Strömung in Umfangsrichtung als gegenüber longitudinaler Strömung; daher ist der die Nuten aufweisende Strömungskanal anisotrop in bezug auf den Strömungswiderstand. The flow channel having the grooves has a greater resistance to flow in the circumferential direction as opposed to longitudinal flow; therefore the one having the grooves Flow channel anisotropic with respect to the flow resistance.

Die Tragfähigkeit des Lagers hängt von der Strömungsmenge der Flüssigkeit in den Nutenkanälen ab, die tatsächlich die Enden der Nuten erreicht. Diese Menge ist gleich der Menge, die in den Nutenkanal eintritt, vermindert um die Menge, die infolge von Querströmungen beim Durchströmen des Kanals verlorenging. Es ist zu beachten, daß, je größer der relative Strömungswiderstand für eine Querströmung ist, um so größer die Tragfähigkeit für eine bestimmte Verschiebung ist. Der relative Widerstand für die Querströmung gestattet die Verwendung größerer Verhältnisse der Länge zum Durchmesser, als man sonst erreichen könnte, und dadurch wird die Tragfähigkeit eines Lagers bei vorgegebenem Durchmesser vergrößert. ....'■The bearing capacity depends on the flow rate of the fluid in the groove channels which actually reaches the ends of the grooves. This amount is equal to the amount that enters the groove channel, less the amount that occurs as a result of cross currents was lost when flowing through the canal. It should be noted that the larger the relative flow resistance for a cross flow, the greater the load-bearing capacity for a particular one Shift is. The relative resistance to the cross flow allows larger ones to be used Ratios of length to diameter than could otherwise be achieved, and this increases the load-bearing capacity of a bearing enlarged for a given diameter. .... '■

Bei Lagern mit äußeren Drosseln nach dem Stand, der Technik findet ein Teil des Druckgefalles in diesen Drosseln statt, während nach der Erfindung ein mit kalibrierten Nuten versehener Abschnitt vorgesehen ist, wodurch der gesamte Druckabfall der Flüssigkeit in Druckgradienten in Umfangsrichtung umgewandelt wird, die auf die Welle wirken und die Tragfähigkeit des Lagers verbessern, und zu einer besseren Aus-.In the case of bearings with external throttles according to the state of the art, part of the pressure drop takes place in these Throttles instead, while according to the invention a section provided with calibrated grooves is, whereby the entire pressure drop of the liquid is converted into pressure gradients in the circumferential direction which act on the shaft and improve the load-bearing capacity of the bearing, and to a better design.

nutzung der Flüssigkeitsenergie führen. .■ . -lead use of liquid energy. . ■. -

Das Ausführungsbeispiel wurde so bemessen, daß sich am Ende der Nuten ein Druck von etwa 40% des am Eingang der Nuten herrschenden Druckes einstellt, um eine optimale Tragfähigkeit bei einer Verschiebung der Welle um das halbe Lagerspiel zu erhalten (Exzentrizität ε = 0,5).The exemplary embodiment was dimensioned in such a way that at the end of the grooves a pressure of about 40% of the pressure prevailing at the entrance of the grooves is set in order to obtain an optimal load-bearing capacity when the shaft is shifted by half the bearing clearance (eccentricity ε = 0.5) .

Die vorstehende Beschreibung der Strömungskapazität gilt für Nutenkanäle, deren Breite größer als fünfmal die Tiefe ist,, und für die Strömung zwischen parallelen Flächen, wobei sich nur ein sehr geringer Fehler ergibt, der durch die Wandungen der Nuten bedingt ist. Wenn die Nuten tiefer ausgebildet werden, so wird der Begrenzungseffekt der Seitenwandungen der Nuten auf die Strömung innerhalb des Nutenkanals beträchtlich in bezug auf den Be^ grenzungseffekt, der durch die obere Fläche und die Bodenfläche des Nutenkanals bedingt ist, und eine geeignete Formel muß für derartige Nutendimensionen benutzt werden, ebenso wie für Nuten mit dreieckigen oder anderem Querschnitt.The above description of the flow capacity applies to groove channels whose width is greater than five times the depth is, and for the flow between parallel surfaces, being only a very results in a small error, which is caused by the walls of the grooves. When the grooves are formed deeper so will the limiting effect of the side walls of the grooves on the flow within of the groove channel is considerable in terms of the limiting effect created by the upper surface and the Floor area of the groove channel is conditional, and a suitable formula must be used for such groove dimensions can be used, as well as for grooves with triangular or other cross-sections.

In F i g. 8 ist eine Kurvenschar gezeigt, die den Druckunterschied angibt, der sich an den Enden der Nuten für Strömungsgruppen mit verschiedenen Werten λ und K₁ ergibt, wobei der Verlust an Druckunterschied infolge Querströmung vernachlässigt ist. Wegen dieser durch Querströmung bedingten Verluste an Druckunterschied ergeben sich die tatsächlichen Druckunterschiede geringer als in den Kurven angedeutet. Der tatsächliche Druckunterschied indessen ist den angegebenen Druckunterschieden pro- . portional. Da die Tragfähigkeit-des Lagers proportional den Druckunterschieden ist, wird die GrößeIn Fig. 8 shows a family of curves which indicates the pressure difference that results at the ends of the grooves for flow groups with different values λ and K ₁ , the loss of pressure difference due to cross flow being neglected. Because of this loss of pressure difference caused by cross flow, the actual pressure differences are lower than indicated in the curves. The actual pressure difference, however, is pro- portional. Since the load-bearing capacity of the bearing is proportional to the pressure differences, the size

als relative Tragfähigkeit bezeichnet.referred to as the relative carrying capacity.

F i g. 8 zeigt den Einfluß des Parameters K₁ auf die relative Tragfähigkeit des Lagers. Es zeigt sich, daß für K₁ = 2 der maximale Druckunterschied 29% des gesamten Druckgefalles ist. Die Kurve K₁ =20 gibt einen maximalen Druckunterschied von 58% an.F i g. 8 shows the influence of the parameter K ₁ on the relative load-bearing capacity of the bearing. It turns out that for K ₁ = 2 the maximum pressure difference is 29% of the total pressure drop. The curve K ₁ = 20 indicates a maximum pressure difference of 58%.

Daher ist die relative maximale Tragfähigkeit für K₁ = 20 zweimal so groß wie für X₁ = 2. Es ist zu beachten, daß die Werte von λ für die maximale relative Tragfähigkeit zunehmen, wenn K₁ größer wird.Therefore, the relative maximum load capacity for K ₁ = 20 is twice as large as for X ₁ = 2. It should be noted that the values of λ for the maximum relative load capacity increase as K ₁ increases.

Für den Parameter K₂ = 10 und ε = 0,5 ergeben sich verschiedene optimale Werte von λ für verschiedene Parameterwerte K₁. Hier bedeutet der Faktor f die Exzentrizität.
Wenn das Medium ein Gas ist und daher korn-For the parameter K ₂ = 10 and ε = 0.5, different optimal values of λ result for different parameter values K ₁ . Here the factor f means the eccentricity.
If the medium is a gas and therefore granular

pressibel ist, so können die Werte für -/ gemäß der nachfolgenden Gleichung gewonnen werden:is pressable, the values for - / can be obtained according to the following equation:

2 IT 2 IT

λ — K₁ λ - K ₁

(Pi -(Pi -

In der vorliegenden Gleichung bedeuten P₁, P₂ und P₃ absolute Drücke, und die Strömung wird als isotherm angesehen.In the present equation, P ₁ , P ₂ and P _{3 represent} absolute pressures and the flow is considered to be isothermal.

Es läßt sich zeigen, daß man die besten Eige: schäften eines Lagers erhält, wenn das VerhältnIt can be shown that the best results of a camp are obtained if the circumstances

ungefähr 0,4 ist. is about 0.4.

Sind die Werte P₁ und P₃ vorgegeben, so erhä man den optimalen Wert für P₂ entsprechend der vorstehenden Verhältnis, und der Wert ist dann i Gleichung (11) für die Größe λ einzusetzen.If the values P ₁ and P _{3 are} given, the optimum value for P _{2 is obtained} according to the above ratio, and the value is then to be used in equation (11) for the quantity λ .

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Hydrostatic bearing, in one of which bearing surface a plurality of chambers emanating from a chamber connected to an external source of fluid, Grooves running in the longitudinal direction of the bearing and ending at a distance from the end of the bearing are arranged, characterized by the combination of the following features: