DE69120048T2

DE69120048T2 - Hydrodynamische lager mit von einem tragkörper gestützten lagersegmenten sowie abgedichtete lagerzusammenbauten mit solchen lagern

Info

Publication number: DE69120048T2
Application number: DE69120048T
Authority: DE
Inventors: Russell D Ide
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-08-06
Filing date: 1991-08-06
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2011-08-07
Also published as: CN1062406A; IL99067A0; PT98591A; NO921288L; RU2066407C1; DE69120048D1; AU649715B2; AU8410291A; BR9105856A; CA2067500A1; NO921288D0; HU9201370D0; FI921379A0; FI921379L; ZA916185B; EP0495074A4; EP0495074A1; EP0495074B1; JPH05502093A; PL294575A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf abgedichtete hydrodynamische Lager.
Verschiedene hydrodynamische Lager, die in den abgedichteten hydrodynamische Lagern benutzt werden, sind von EP-A-0 343 620 bekannt und werden in den Figuren der vorliegenden Beschreibung mit Ausnahme der Figuren, die auf den Blättern 1/29, 2/29, 4/29, 8/29, 26/29, 28/29 und 29/29 geschildert werden, dargestellt. Die O-A-9 117 367, welches ein Prioritätsdatum vor dem Prioritätsdatum der vorliegenden Erfindung hat, jedoch das danach veröffentlicht worden ist, offenbart hydrodynamische Lager, wie sie in allen Figuren der vorliegenden Erfindung mit Ausnahme der Figur 1E dargestellt werden.
Die vorliegende Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, bezieht sich auf abgedichtete Lagergehäusezusammenbauten oder Packungen, welche eines oder mehrere hydrodynamische Lager beinhalten. Im allgemeinen beinhalten die abgedichteten Lagerpackungen ein abgedichtetes Gehäuse, das ein statisches Gehäuseteil, ein drehbares Gehäuseteil und eine Dichtung hat, die sich zwischen dem statischen Gehäuseteil und dem drehbaren Gehäuseteil erstreckt, um die Strömungsmitteldichtigkeit des Gehäuses zu erhalten, wenn das drehbare Gehäuseteil sich relativ zu dein statischen Gehäuseteil bewegt.
Das drehbare Gehäuseteil wird an der Welle befestigt und rotiert mit der Welle. Das Befestigen des drehbaren Gehäuseteiles an der Welle kann auf jede Art durchgeführt werden, wie Teilnutfräsen, Gewindeschneiden, Verkeilen, Klebeverbinden, Schweißen, Wärmeschrumpfung oder dergleichen. Das statische Gehäuseteil ist an dem Gehäuse sicher befestigt und dazu nicht drehbar. Das statische Teil kann mit dem Gehäuse ebenfalls auf jede bekannte Art, wie Teilnutfräsen, Verkeilen, Kleben, Schweißen oder dergleichen befestigt werden.
Im allgemeinen wird entweder das statische Gehäuseteil oder das drehbare Gehäuseteil (für gewöhnlich das statische Teil) zu zwei oder mehreren Stücken geformt. Dies macht den Zusammenbau der Lagereinheit leichter, insbesondere wenn mehr als ein Lager innerhalb der Gehäuseeinheit abgedichtet wird.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist eine Ferro-strömungsmittelabdichtung zwischen dem statischen Gehäuseteil und dem drehbaren Gehäuseteil angeordnet. Insbesondere ist eines der zwei Gehäuseteile, vorzugsweise das statische Gehäuseteil, mit einem permanenten Magneten, einem Elektromagneten oder irgendeiner anderen Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Feldes in dem Gebiet der Lücke zwischen dem drehbaren Gehäuseteil und dem statischen Gehäuseteil ausgestattet. Ein Ferroströmungsmittel füllt den Zwischenraum des Gehäuses und wird als hydrodynamisches Strömungsmittel benutzt. Ein Teil des Ferroströmungsmittels fließt in die Lücke. Wegen der Anwesenheit des magnetischen Feldes nimmt das Ferroströmungs-mittel die Form eines O-Ringes an, um komplett die Lücke zu füllen und liefert eine hermetische Baitiere, die das Rotieren des drehbaren Gehäuseteiles relativ zu dem statischen Gehäuseteils ohne Lecken des Ferroströmungsmittels, das in dem Gehäuse enthalten ist, erlaubt. Es kann leicht nachgeschätzt werden, daß solch eine Dichtung nicht so lange wie elastomerische oder andere Festkörperdichtungen halten würde.
Die Dichtungen, das statische Gehäuse und das drehbare Gehäuse werden zusammen gebildet, um eine ringartige oder ringförmige Kammer zu bilden. Eines oder mehrere hydrodynamische Lager, vorzugsweise von dem Typ, der hierin offenbart wird, werden innerhalb der Kammer angeordnet. Die Kammer wird mit hydrodynamischer Strömungsmittel aufgefüllt. Das hydrodynamische Lager ist integral mit oder starr mit entweder dem drehbaren Gehäuseteil oder dem statischen Gehäuseteil zur relativen Bewegung zu den anderen Teilen befestigt. Eine flache Unterstützungsoberfläche ist auf dem anderen Teil, das der Lagersegmentoberfläche benachbart ist, angeordnet. Das Lager ist so aufgebaut, daß bei Rotation der Welle ein hydrodynamischer Keil zwischen den Lagersegmenten und der Trageoberfläche gebildet ist. Auf diese Art wird die Welle durch das Strömungsmittel innerhalb des Filmes getragen. Verschiedene Typen von hydrodynamischen Lagern, die eine Vielzahl von mit Zwischenraum angeordneten Lagersegmenten und eine Trägerkonstruktion haben, können innerhalb der Kammer befestigt werden. Diese Lager können radiale Lager, Axiallager, kombinierte Radial- und Axiallager oder jede Kombination dieser drei Typen von Lagern beinhalten. Weiterhin können individuelle Druckstücke für die Axiallager der vorliegenden Erfindung ersetzt werden. Die verschiedenen Lager, die in dem Gehäuse sitzen, sollten insbesondere in axialer Richtung in einer Dichtigkeitsbeziehung zusammengesetzt sein, um ein sauberes Funktionieren zu sichern.
Die abgedichteten hydrodynamischen Lagereinheiten der vorliegenden Erfindung können eine bausteinartige Konstruktion haben, in welcher ein Standardgehäuse mit verschiedenen Standardlagern benutzt werden kann, um verschiedene Erfordernisse zu erfüllen. Die Basisbauteile dieser modulartigen Konstruktion sind die Gehäusebauteile, das heißt, das statische Gehäuseteil, die Dichtungen und das drehbare Gehäuse, ein Sortiment an radialen, Axial- und kombinierten Radial- und Axiallagern und ein Sortiment an Haltevorrichtungen und/der Abstandshalter zum axialen Verpacken des Gehäuses, um eine saubere Durchführung zu sichern. Diese modulartige Konstruktion ermöglicht den Gebrauch von standardisierten Teilen, um eine große Vielfalt an Ergebnissen zu erreichen und liefert die Gelegenheit der Größenausnutzung bei dem Herstellen der hydrodynamischen Lager. Somit bietet die modulartige Konstruktion potential Ersparnisse in Form von Herstellungskosten.
Weiterhin bezieht sich der vorliegenden Erfindung auf einen abgedichteteten Lagerzusammenbau, welcher es erlaubt, solche Lager in den Anwendungen, die bis jetzt für rollende Elementenlager vorbehalten waren, leicht zu benutzen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Details der Erfindung werden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:
Figur 1A eine querschnittsschematische Darstellung eines radialen Lagers ist, das in einem modulartigen abgedichteten Gehäusezusammenbau mit beinhaltet ist;
Figur 1B eine schematische Querschnittsansicht des Gehäusezusammenbaues der Figur 1A ist, das einen Axiallagerzusammenbau hat, der darin beinhaltet ist;
Figur 1C eine schematische Querschnittsansicht des Gehäusezusammenbaues der Figur 1A, das Axiallager und radiale Lager, die darin enthalten sind, hat, ist;
Figur 1D eine schematische Querschnittsansicht des Gehäusezusammenbaues der Figur 1A ist, das ein Paar von kombinierten radialen und Axiallagern, die darin enthalten sind, hat;
Figur 1E ein abgedichteter Lagerzusammenbau ist, der eine Ferroströmungsmittelabdichtung entsprechend der Erfindung benutzt;
Figur 2 eine Schnittansicht eines Traglagers zeigt, die einen Abschnitt davon darstellt;
Figur 2A eine schematische Ansicht eines Einzelsegmentes ist, das entsprechend dem Beispiel, das in Figur 2 dargestellt wird, hergestellt ist;
Figur 3 eine Randansicht des Segmentes von Figur 2 ist, die die Segmentorientierung mit der Trägerkonstruktion in dem geladenen Zustand darstellt;
Figtur 4 eine Schnittansicht eines Abschnittes von einem zweiten Beispiel eines Tragelagers ist;
Figur 5 eine Ansicht ist, die teilweise in Schnitten von einem Einzelsegment von Figur 4 ist;
Figur 5A eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes in einer modifizierten Form des Lagers von Figur 4 ist;
Figur 5B eine perspektivische Ansicht einer modifizierten Form des Lagers, das in Figur 4 gezeigt wird, ist;
Figur 6 eine Endansicht des Lagers von Figur 4 ist;
Figur 6A ein Querschnitt des Lagers von Figur 6 in einem abgedichteten Gehäusezusammenbau ist;
Figur 7 eine schematische Ansicht der Torsionsbiegung von einem Tragekörper, sehr vergrößert, ist;
Figur 8 eine Schnittansicht eines Tragelagers ist, die ein Beispiel für ein Lager, welches zwei Tragekörper beinhaltet, darstellt;
Figur 9 eine Kantenansicht des Segmentes von Figur 1 ist, die die lokale Biegung der Segmentenoberfläche ohne Tragekonstruktionsbiegung, sehr übertrieben, darstellt;
Figur 10 eine Kantenansicht des Segmentes von Figur 8 ist, die die Segmentorientierung zu der Tragekonstruktion in dem geladenen Status darstellt;
Figur 10A eine Kantenansicht des Segmentes von Figur 8 ist, die die lokale Biegung der Segmentoberfläche sehr übertrieben darstellt;
Figur 11A und 11B Querschnittsansichten eines zylindrischen Lagerbolzens oder Rohlings vor der Bearbeitung sind;
Figuren 12A und 12B sind Querschnittsansichten eines bearbeiteten Lagerbolzens oder Rohlings;
Figuren 13A und 13B sind Querschnittsansichten eines weiteren bearbeiteten Lagerbolzens oder Rohlings;
Figuren 14A und 14B sind Querschnittsansichten eines modifizierten bearbeiteten Lagerbolzens oder Rohlings;
Figuren 14C und 14D sind Querschnittsansichten eines Lagers, das aus dem modifizierten bearbeiteten Lagerbolzen oder dem Rohling gemäß den Figuren 14A und 14B aufgebaut ist;
Figur 15 ist eine Draufsicht eines Axiallagers mit von einem Tragekörper gestützten Lagersegmenten;
Die Figur 15A ist ein Querschnitt von zwei Lagern des Typs, der in Figur 15 gezeigt ist, in einem abgedichteten Gehäusezusammenbau;
Figur 16 ist ein Seitenquerschnitt des Axiallagers von Figur 15;
Figur 17 ist eine Bodenansicht des Axiallagers der Figur 15;
Figur 18 ist eine perspektivische Ansicht eines Anteils des Axiallagers von Figur 15;
Figur 19 ist eine Draufsicht eines Axiallagers vom Stande der Technik;
Figur 20 ist ein Querschnitt eines Axiallagers von Figur 19 des Standes der Technik;
Figur 20(A) ist eine schematische Darstellung eines Segmentes des Axiallagers vom Stande der Technik der Figuren 19 und 20, die die Druckverteilung über die Oberfläche der eines Lagersegmentes zeigt;
Figur 21 ist eine Draufsicht eines Axiallagers, das eine zweischenklige Auflagerung hat;
Figur 22 ist ein Seitenquerschnitt des Gleitlagers von Figur 21;
Figur 23 ist eine Unteransicht des Lagers von Figur 21;
Figur 23A ist eine Unteransicht einer abgewandelten Version des Lagers von Figur 21;
Figur 24 ist eine perspektivische Ansicht eines Segmentes des Lagers von Figur 21;
Figur 25 ist ein Querschnitt eines anderen Lagers;
Figur 26 ist ein Querschnitt eines anderen Lagers;
Figur 26A ist ein Querschnitt des Lagers von Figur 26 in einem abgedichteten Gehäusezusammenbau;
Figur 27 ist ein Seitenquerschnitt eines anderen Lageraufbaus;
Figur 28 ist ein Draufquerschnitt des Lageraufbaus von Figur 27;
Figur 29 ist ein Seitenquerschnitt eines anderen Lageraufbaus;
Figur 29A ist ein Querschnitt eines anderen Gleitlageraufbaus;
Figur 29B ist ein anderer Querschnitt des Lagers von Figur 29A;
Figur 29C ist ein Querschnitt des Lagers von Figur 29A in einem abgedichteten Gehäusezusammenbau;
Figur 30 ist ein Draufquerschnitt des Lageraufbaues von Figur 29;
Figur 30A ist eine Draufsicht des Lagers von Figur 29A;
Figur 30B ist eine Unteransicht des Lagers von Figur 29A;
Figur 31 ist eine Seitenansicht eines anderen Achslageraufbaues;
Figur 31A ist ein radialer Querschnitt eines Teiles des Lagers, das in Figur 31 dargestellt wird,
Figur 31B ist ein Querschnitt des Lagers von Figur 31 in einem abgedichteten Gehäusezusammenbau;
Figur 32 ist eine Seitenansicht eines anderen Achslageraufbaus;
Figur 32A ist ein radialer Querschnitt des Lagers von Figur 32;
Figur 32B ist eine perspektivische Ansicht des Lagers von Figur 32;
Figur 32C ist ein Querschnitt des Lagers von Figur 32 in einem abgedichteten Gehäusezusammenbau;
Figur 33 ist eine Seitenansicht eines anderen Achslageraufbaues;
Figur 33 A ist eine detaillierte Ansicht eines Teiles der Außenperipherie des Lagers von Figur 33;
Figur 33B ist ein Querschnitt des Lagers von Figur 33;
Figur 33C ist ein anderer Querschnitt des Lagers von Figur 33;
Figur 33D ist ein Querschnitt des Lagers von Figur 33 in einem abgedichteten Gehäusezusammenbau;
Figur 34 ist eine Seitenansicht eines anderen Achslagers;
Figur 34A ist eine detaillierte Ansicht eines Teiles der Außenperipherie des Lagers von Figur 34;
Figur 34B ist ein Querschnitt des Lagers von Figur 34;
Figur 34C ist ein anderer Querschnitt des Lagers von Figur 34;
Figur 34D ist ein anderer Querschnitt des Lagers von Figur 34;
Figur 35 ist eine Seitenansicht eines kombinierten Radial- und Gleitlagers;
Figur 35A ist ein Querschnitt des Lagers von Figur 35;
Figur 35B ist ein anderer Querschnitt des Lagers von Figur 35;
Figur 36 ist eine Seitenansicht eines anderen kombinierten Radial- und Gleitlagers;
Figur 37 ist ein schematischer Querschnitt des Lagers von Figur 36, das die Kraftwirkung des Lagersegmentes darstellt;
Figur 37A ist eine Querschnitt des Lagers von Figur 37 in einem abgedichteten Gehäusezusammenbau;
Figur 38A ist eine Draufsicht eines modellierbaren Gleitlagers;
Figur 38B ist eine Unteransicht von Figur 38A;
Figur 38C ist ein auseinandergezogener Querschnitt entlang der Linien, die in Figur 38A gezeigt werden;
Figur 38D ist eine Unteransicht, die die Modifikation des Lagers, das in den Figuren 38A bis 38C dargestellt wird, zeigt;
Figur 38E ist ein Teilquerschnitt des Lagers von Figur 38A in einem abgedichteten Gehäusezusammenbau;
Figur 39A ist eine Draufsicht eines anderen leicht modellierbaren Gleitlagers;
Figur 39B ist eine Unteransicht des Lagers von Figur 39A;
Figur 39C ist ein Teilquerschnitt, der den Auflageraufbau für die Lagersegmente in dem Lager von den Figuren 39A und 39B zeigt;
Figur 40 ist eine Seitenansicht eines schmierenden Lagers;
Figur 40A ist ein Querschnitt des Lagers von Figur 40;
Figur 41 ist eine Seitenansicht eines selbstschmierenden kombinierten Radial- und Gleitlagers;
Figur 41A ist ein Querschnitt des Lagers von Figur 41;
Figur 42 ist ein Querschnitt eines abgedichteteten Lageraufbaues, in welchem separate Lagersegmente mit dem statischen Gehäuseanteil gesichert werden;
Figur 43 ist eine Seitenansicht eines kombinierten Radialgleitlagers;
Figur 43A ist ein Querschnitt des Lagers von Figur 43;
Figur 44 ist ein Querschnitt des Lagers, das angepaßt wird, um mit der Welle zur Rotation mit der Welle relativ zu dem Gehäuse verbunden zu werden; und
Figur 45 ist ein Querschnitt eines anderen Lagers, welches angepaßt wird, um mit der Welle verbunden zu sein.

Detaillierte Beschreibung

Beim Beschreiben der Lager auf eine verständliche Weise ist es hilfreich, die Lageraufbauten so zu beschreiben, als seien sie aus einem zylindrischen Rohling durch Ausstatten mit Aussparungen, Schlitzen, Bohrungen und anderen Öffnungen in dem zylindrischen Rohling gebildet. Wie unten bemerkt, ist dies manchmal eine nützliche Technik zum Herstellen eines Prototyps des Lagers. Die Bezugnahme auf den zylindrischen Rohling wird vorrangig beabsichtigt, um das Verstehen des Aufbaus des Lagers zu unterstützen. Es sollten angemerkt werden, daß, obwohl viele der Lager, die hierin beschrieben werden, aus einem zylindrischen Rohling hergestellt werden könnten, es nicht notwendig ist, daß jedes von diesen so hergestellt wird. Stattdessen können die Lager auf zahlreiche Anten hergestellt werden, wovon einige hierin diskutiert werden.
Zuerst mit Bezug auf Figur 2 ist der Aufbau, der darin dargestellt wird, ein Abschnitt eines Achslagerzusammenbaus, der Aussparungen und Schlitze, die darin gebildet sind, hat, um so ein Gehäuse 10 und eine Vielzahl von darum angeordneten Lagersegmenten 12 zu definieren, wobei jedes von ihnen durch eine Tragekonstruktion getragen wird, welche das Gehäuse, einen Tragekörper 14 und einen mit Falz versehenen Abschnitt 16 beinhaltet. Das Lager, das durch die Aussparungen und Schlitze definiert wird, ist an der Segmentumfangsmittellinie 13a (in Figur 3) nicht symmetrisch. Dementsprechend ist das Lager, das dargestellt wird, ein radial in eine Richtung laufendes Lager, das heißt, es ist für das radiale Tragen einer Welle zur Rotation in nur einer Richtung angepaßt. In der dargestellten Ausführungsform unterstützt das Lager die Welle 5 nur für die Rotation in die dem Uhrzeigersinn entgegengesetzte Richtung, wie durch den Pfeil dargestellt wird. Auf der anderen Seite würde, wenn das Lager an der Mittellinie des Segmentes symmetrisch wäre, es dazu imstande sein, die Welle 5 für eine Rotation entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen des Uhrzeigersinnes zu tragen, das heißt, das Lager würde zweigerichtet sein.
Jedes Lagersegment 12 beinhaltet eine vordere Kante 15 und eine hintere Kante 17. Die vordere Kante ist als die Kante definiert, die zuerst durch einen Punkt auf dem Umfang der Welle, wenn sie weiter rotiert, berührt wird. Ähnlich wird die hintere Kante als die Kante definiert, die durch denselben Punkt auf der Welle, wenn sie weiter rotiert, später auf dem Umfang liegend, berührt wird. Wenn die Welle 5 in die korrekte Richtung rotiert, bewegt sie sich auf einem flüssigen Film von der vorderen Kante über das Lagersegment und aus der hinteren Kante. Eine optimale Durchführung wird erhalten, wenn der mit einem Falz versehene Abschnitt 16 das Lagersegment 12 trägt und daher jede Belastung an einem Punkt 16a (Figur 3) zwischen der auf dem Umfang liegenden Mittellinie 13a des Segmentes 12 und der hinteren Kante 17 vorzugsweise, die näher zu der Mittellinie 13a ist, trägt. Der Tragekörper 14 sollte ebenfalls gelenkig um einen Punkt 14a aufgehängt werden, welcher zwischen der vorderen und der hinteren Kante so winklig angeordnet ist, daß die hintere Kante 17 als ein Ergebnis der Durchbiegung des Tragekörpers 14 nach innen gewölbt ist. Natürlich hängt der Grad der Durchbiegung, abgesehen von anderen Dingen, von der Form des Tragekörpers und der Länge der Einschnitte oder Schlitze, die in dem Lager gebildet sind, ab.
Obwohl spezieller Bezug auf entweder Achslager oder Gleitlager genommen wurde, um das Verständnis zu erleichtern, werden einige derselben Prinzipien des Lagerdesigns ohne Bezug auf die spezielle Form des Lagers, das designet wird, angewendet. Zum Beispiel arbeiten beide Lagertypen nach dem Prinzip der Bildung des hydrodynamischen Keils. Weiterhin ist die Hauptachse wohl von Achslagern als auch von Gleitlagern die Mittelachse des zylindrischen Rohlings, aus welchem das Lager gebildet wird. Die Umfangssegmentmittellinie ist die sich radial ausdehnende Linie, die durch das geometrische Zentrum des Segments und die Hauptachse des Lagers hindurchläuft. Dementsprechend wird, wenn entweder ein Gleitlager oder ein Achslager symmetrisch entlang dieser Mittellinienachse ist, das heißt der Hauptachse, das Lager zweiseitig gerichtet sein.
Es gibt zwischen Gleitlagern und Achs- oder Radiallagern entscheidende Unterschiede. Der am meisten bekannteste Unterschied ist, natürlich, der Anteil der Welle, die getragen wird und demzufolge die Orientierung und/oder die Stellung der Lagersegmentunterstützung. Zum Beispiel tragen, während die Achslager die Umfangsanteile der Welle tragen, die Gleitlager die Schulter- oder Axialendenanteile der Welle. Andere Unterschiede folgen aus diesem fundamentalen Unterschied. Zum Beispiel nehmen oder tragen in einem Radial- oder Achslager die Segmente in die Richtung der Belastung die Belastung auf; wohingegen in einem Gleitlager alle Segmente normalerweise gemeinsam an der Belastung teilnehmen. Weiterhin hat ein Achslager für gewöhnlich aufgrund der Unterschiede in der Welle und den Lagerdurchmessern einen eingebauten Keil; demgegenüber gibt es keinen solchen eingebauten Keil in den Gleitlagern. Zusätzlich trägt, während ein Achs- oder Radiallager die Rotationsstabilität als auch die Belastung steuert, ein Gleitlager typischerweise nur die Belastung. Es sollte ebenfalls verstanden werden, daß das Design der Achslager, insbesondere von hydrodynamischen Achslagern wesentlich komplizierter als das Design von Gleitlagern ist. Teilweise ist dies aufgrund der Zwänge, die durch das Bedürfnis aufkommen, den radialen Umfang der Achslager zu limitieren. Um diese Unterschiede anzupassen, ist der Aufbau der Gleitlager natürlicherweise etwas unterschiedlich zu dem der Achslager. Nichtsdestotrotz sind, wie es aus dieser Offenbarung offensichtlich wird, viele der Prinzipien, die hierin diskutiert werden, auf entweder Gleit- oder Achslager anwendbar.
Die Figuren 1A-1D stellen schematisch den abgedichteten Lagereinheitsaufbau dar. Wie in diesen Figuren dargestellt wird, beinhaltet der abgedichtete Gehäusezusammenbau 1 einen statischen Gehäuseanteil 2, der mit den Gehäuse gesichert ist, einen drehbaren Gehäuseanteil 3, der mit der Welle 5 durch Keilwellen, Gewinde, Längskeile, Schweißen, Kleben, Wärmeschrumpfung oder dergleichen gesichert ist, Dichtungen 7, die eine Abdichtung zwischen dem rotierenden Gehäuseteil 3 und dem statischen Gehäuseteil 2 liefern, ein hydrodynamisches Strömungsmittel 4, die innerhalb des abgedichteten Gehäuseteils 1 angeordnet ist und eines oder mehrere hydrodynamische Lager, die ein radiales und/oder Gleittragen zwischen dem rotierenden Gehäuseteil 3 und dein statischen Gehäuseteil 2 liefern.
Für gewöhnlich ist mindestens eins der zwei Gehäuseteil 2, 3 abtrennbar. Für gewöhnlich wird das statische Gehäuseteil 2 axial auseinandergenommen oder hat eine entfembare Endhaube, wie in den Figuren 1A-1D gezeigt wird. Das Abtrennen des Gehäuses macht es leichter, die Lagerbauteile innerhalb des abgedichteten Gehäuses zusammenzubauen. Wie aus den Zeichnungen erkannt werden kann, würde es in einigen Fällen unmöglich sein, das Lager innerhalb des Gehäuses ohne abtrennbares Gehäuseteil zusammenzubauen. Auf der anderen Seite ist es manchmal möglich, ein zweiteiliges Verriegelungsgehäuse, wie es in den Figuren 6A, 26A, 29C, 31B, 32C, 33D und 37A gezeigt wird, zu benutzen.
Die Figuren 1A-1D stellen verschiedene Kombinationen an hydrodynamischen Lagern innerhalb eines Standardlagergehäuseaufbaues dar. Die Lager werden schematisch dargestellt und mit TB gekennzeichnet, um Gleitiager anzuzeigen, mit RB, um Radiallager anzuzeigen und mit TR, um kombinierte Radial- und Gleitlager anzuzeigen. Wie in diesen Zeichnungen dargestellt wird, können viele mögliche Kombinationen von Lagern geliefert werden, um verschiedene Tragebedürfnisse anzupassen. Eine bessere Funktion der Lagereinheit, insbesondere der Gleitaspekte davon tritt auf, wenn es kein axiales Spiel innerhalb des Gehäuses gibt. Dementsprechend können Abstandsstücke geliefert werden, um ein axiales Spiel zu beseitigen. In diesen schematischen Darstellungen beinhalten die Lagerzusammenbauten ebenfalls Abstandshalter S und Klemmschellen C, um die Lager in Position im Hinblick auf das Gehäuse zu halten. Die Gehäuseteile 2 und 3 können ebenfalls Gewinde, Keile oder dergleichen haben, um fest die Komponentenbauteile anzuordnen. Die Abstandshalter S können ebenfalls als Gleit-, Radial- oder kombinierte Gleit- Radiallaufrollen funktionieren, wenn sie eine Oberfläche haben, gegen welche das Segment hinwegläuft.
Die Figuren 1A-1D zeigen ebenfalls, daß die abgedichtete Lagereinheit einen modulartigen Aufbau haben kann. Im speziellen kann ein Standardgehäuse, wie das, das in den Figuren 1A-1D gezeigt wird, eine große Vielzahl an Lageranordnungen anpassen. Durch Benutzen eines Standardgehäuses, eines Sortiments an Standard-hydrodynamischen Gleit-, Radial- und kombinierten Radial- und Gleitlagern und Klemmverbindungen und Abstandshaltern zum Entfernen des axialen Spiels und zum Halten des Lagers in der Position können verschiedene Lagerkennz eichen erhalten werden. Die Abstandshalter werden mit einer glatten Oberfläche geliefert, welche das Gleitteil entlang laufen kann.
Natürlich kann die abgedichtete Lagereinheit für ein spezielles Lager designet werden. Beispiele für spezifische abgedichtete Lageraufbauten werden unten beschrieben. In solch einem Fall kann das Gehäuse, wenn erforderlich, dimensioniert werden, um optimal das Lager, für welches es gedacht ist, zu tragen. Somit würde normalerweise der Gebrauch von Abstandshaltern und Klemmverbindungen ausgeschaltet werden.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Ferroströmungsmittel zur Abdichtung benutzt. Zum Beispiel wird ein geeigneter Ferroströmungsmittelabdichtungsaufbau in der Figur 1E dargestellt. Es sollte bei Beginn verstanden werden, daß ein ähnlicher Dichtungsauf wie die Dichtung 7 in jedem der hydrodynamischen strömungsmittelgefüllten abgedichteten Lagerzusammenbauten 1, die hierin offenbart werden, benutzt werden könnten. Wie in Figur 1E gezeigt wird, ist der Aufbau eines abgedichteten Lagerzusammenbaues, der eine Ferroströmungsmittelabdichtung benutzt, für gewöhnlich derselbe, wie der der anderen abgedichteten Lagerzusammenbauten, die hierin offenbart werden; er beinhaltet ein statisches Gehäuseteil 2, das mit dem Gehäuse gesichert ist, ein drehbares Gehäuseteil 3, das mit der Welle 5 gesichert ist, ein hydrodynamisches Strömungsmittel 4, das innerhalb des abgedichteten Gehäuse angeordnet ist, ein Dichtungsaufbau 7 an jedem axialen Ende des Zusammenbaues, und ein hydrodynamisches Lager, in diesem Fall ein Radiallager RB, das das Tragen zwischen dem drehbaren Gehäuseteil 3 und dem statischen Gehäuseteil 2 liefert. Es sollte angemerkt werden, daß in der Ansicht, die in Figur 1E gezeigt ist, das hydrodynamische Strömungsmittel den Zwischenraum in der Tragekonstruktion des Radiallagers RB auffüllt, das dem Lager ein unterbrochenes Aussehen gibt.
Um eine Ferroströmungsmittelabdichtung zu liefern, muß ein Ferroströmungsmittel in die Lücke eingeführt werden und ein magnetisches Feld muß in dem Bereich der Lücke zwischen dem drehbaren Gehäuseteil und dem statischen Gehäuseteil aufgebaut werden, um das Ferroströmungsmittel exakt zu positionieren. Momentan wird es bevorzugt, daß das magnetische Feld durch Anordnen eines Permanentmagneten oder eines Elektromagneten auf entweder dem drehbaren Gehäuseteil 3 oder dem statischen Gehäuseteil 2 in dem Bereich der Lücke aufgebaut wird. In der dargestellten Ausführungsform ist der Magnet auf der radialinnersten Kante des statischen Gehäuseteiles 2 angeordnet. Der Nordpol N und der Südpol S des Magneten werden mit einem Abstand voneinander so angeordnet, daß ein magnetisches Feld zuin Positionieren des Ferroströmungsmittels in dem Bereich der Lücke zwischen den drehbaren und statischen Gehäuseteilen erzeugt wird. Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist das hydrodynamische Strömungsmittel 4 in dem abgedichteten Gehäuse ein Ferroströmungsmittel. Da das abgedichtete Gehäuse mit einem Ferroströmungsmittel gefüllt ist, wird das Einlassen des Ferroströmungsmittels in die Lücke leicht ausgeführt. Wie in Figur 1E gezeigt wird, fließt ein geringer Betrag des Ferroströmungsmittel hydrodynamischen Strömungsmittels 4 in die Lücke und unter dem Einfluß des magnetischen Feldes nimmt es die Form eines O-Ringes an, um komplett die Lücke aufzufüllen.
Der Ring des Ferroströmungsmittels unter dem Einfluß des magnetischen Feldes liefert eine hermetische Barriere, die die Rotation des drehbaren Gehäuseteiles 3 relativ zu dem statischen Gehäuseteil 2 erlaubt, ohne ein Lecken des Ferroströmungsmittels 4, das in dem Gehäuse enthalten ist.
Es kann leicht abgeschätzt werden, daß die oben beschriebene Abdichtungsanordnung Vorteile gegenüber der Festkörperkontaktabdichtung, wie elastomerische Abdichtungen, bietet. Ein entscheidender Vorteil ist natürlich das Fehlen von Abnutzung. Auch funktioniert, da das Tragemittel für die umweitmagnetischen Partikel von vielen Ferroströmungsmitteln ein synthetischer Schmierstoff ist, das Ferroströmungsmittel recht gut als ein hydrodynamisches Strömungsmittel. Somit kann es abgeschätzt werden, daß es viele mögliche Anwendungen für abgedichtete Lagerzusammenbauten, die Ferroströmungsmittelabdichtungsaufbauten verwenden, gibt. In diesem Bezug sollte wiederum bemerkt werden, daß Ferroströmungsmittelabdichtungen als die Abdichtung 7 in jeder der abgedichteten Lagerzusammenbauten 1, die hierin beschrieben werden, verwendet werden können.
Es sollte erkannt werden, daß die spezielle Form des Gehäuses, das in den Figuren 1A-1D dargestellt wird, nicht notwendig ist. Zum Beispiel ist es wahrscheinlich, wenn das Gehäuse dafür vorgesehen wird, nur ein radiales Lager zu tragen, einen radialverlängerten rechteckigen Querschnitt zu haben. Für gewöhnlich würde ein axiales Gehäuse, wie das, das in den Figuren 1A-1D gezeigt ist, benutzt werden, wenn das Lagergehäuse eine Vielzahl von Lagern oder einen Lagerzusammenbau ummanteln soll. Wenn individuelle Lager eingeführt werden, würde das Gehäuse in axialer Richtung kürzer sein. Wie oben bemerkt wird, können die Gehäusesegmente in Teile unterteilt werden, sofern notwendig, um den Zusammenbau einer gewünschten Lagerzusammensetzung zu ermöglichen. Das drehbare Gehäuseteil könnte einfach eine zylindrische Büchse sein und das statische Gehäuseteil könnte ein zylindrisches Teil mit einer oder mehreren Endwänden, wie in Figur 1A-1D gezeigt, sein. Das statische Gehäuse 2 hat eine bewegbare Endwand, um den Zusammenbau zu ermöglichen. Ein anderer Gehäuseaufbau, der eine Verriegelungszylinderzusammensetzung, die in Figur 6A gezeigt wird, hat, wird neben anderem gezeigt.
Alternativ könnte das statische Gehäuseteil eine zylindrische Buchse sein und das drehbare Gehäuseteil könnte eine innere Buchse mit nach außen gerichteten Flanschen oder Endwänden, die gegenüber der inneren Peripherie der zylindrischen Buchse abgedichtet sind, sein. Weiterhin könnte, was nicht gezeigt wird, entweder das statische Gehäuseteil oder das rotierende Gehäuseteil einen zentralen herausragenden Flansch haben; dies ist besonders hilfreich, um eine Gleitlaufoberfläche anzuordnen. Natürlich kann die Gleitlaufoberfläche durch Abstandshalter, die festgeklemmt oder eingekeilt in den Eingriff mit entweder der rotierenden Oberfläche oder dem statischen Gehäuseteil oder festgeschraubt auf einer der Oberflächen werden, angeordnet werden.
Somit kann offensichtlich gemacht werden, daß es viele Arten gibt, ein abgedichtetes Gehäuse zu liefern, das einen gewöhnlichen zylindrischen Zwischenraum beinhaltet und zwei Teile hat, welche drehbar zueinander auf eine Art sind, welche den Zusammenbau von einem oder mehreren hydrodynamischen Lagern innerhalb des zylindrischen Zwischenraumes erlaubt. Die Wahl einer jeden speziellen Gehäusezusammensetzung hängt von der Natur der Lagerzusammenbauten ab, die innerhalb des Gehäuses abgedichtet werden und von der Umgebung, in welcher die Lager benutzt werden sollen.
Die Wahl eines hydrodynamischen Strömungsmittels hängt von der besonderen Anwendung ab. Wie auch immer, für gewöhnlich würden Motor/Spindelöl oder Getriebeströmungsmittel als passende Strömungsmittel verwendet werden.
Die Wahl spezifischer Lager hängt ebenfalls von der besonderen Anwendung ab. Natürlicherweise können bekannte hydrodynamische Lager verwendet werden. Jedoch liefert die vorliegende Erfindung Lager, welche verbesserte Ergebnisse bieten.
Mit Bezug nun auf die Figuren 2, 2A und 3 wird gesehen werden, daß das Segment 12 mit einer Stirnseite 13 angeordnet wird, welche im wesentlichen mit dem Radius oder dem Bogen des Außendurchmessers der Welle korrespondiert, welche das Segment tragen wird (über den Strömungsmittelfilm) und jedes Segment wird durch axial ausdehnende und radial ausdehnende Kanten definiert. Die axial ausdehnenden Kanten umfassen die vordere und hintere Kante. Der Tragekörper ist sowohl in einer statischen Position (durchgezogene Linie) als auch in einer durchgebogenen Position (gestrichelte Linie) in Figur 3 gezeigt. Der Grundaufbau der Tragekonstruktion, wie er in Figur 1 dargestellt wird, wird durch den Gebrauch von kleinen Schlitzen und Einschnitten durch die Wand geschaffen. Typischerweise sind diese Schlitze oder radialen Einschnitte zwischen 0.051 bis 3.175 mm (0.002 bis 0.125") in der Breite. Der Grad der Durchbiegung kann durch Verändern von, neben anderen Dingen, der Länge der Einschnitte variiert werden. Längere Einschnitte liefern einen längeren Hebelarm, welcher eine größere Durchbiegung bewirkt. Kürzere Einschnitte bewirken einen Tragekörper, der weniger Flexibilität und höhere Belastungstragefähigkeiten hat. Beim Auswählen einer Länge eines Einschnittes und Schlitzes muß auf das Vermeiden von Resonanzen Rücksicht genommen werden. Ebenso können ein piezoelektrisches Element 100 oder einige andere Einrichtungen zum zwangsläufigen Verändern der Durchbiegecharakteristiken des Lagers zwischen dem Segment und der Tragekonstruktion (wie gezeigt), innerhalb der Tragekonstruktion angeordnet werden. Wenn ein piezoelektrisches Element angeordnet wird, müssen Drähte, Metallstreifen oder einige andere Einrichtungen zum Tragen des Stromes zu dem piezoelektrischen Element angeordnet werden.
Durch Anordnen des Endes des Tragekörpers 14, wie gezeigt, wird die Durchbiegung nach unten über den Verbindungspunkt 16a in einer nach innen gerichteten Bewegung der hinteren Kante 17 des Segmentes 12, einer nach außen gerichteten Bewegung der vorderen Kante 16 und einer leichten Abflachung des Segmentes 12 resultieren, wie es durch die gestrichelten Linien von Figur 9 zu sehen ist. Als ein Ergebnis dieser Durchbiegung wird die Lücke zwischen der Segmentstirnseite 13 und der Außenoberfläche der Welle 5, durch welche Strömungsmittel fließt, keilförmig geformt, um den bekannten hydrodynamischen Trageeffekt zu bewirken. Idealerweise ist das Verhältnis des Zwischenraumes zwischen der hinteren Kante und der Welle im Verhältnis zu dem Zwischenraum zwischen der vorderen Kante und der Welle zwischen 1:2 bis 1:5. Mit anderen Worten, sollte der Zwischenraum zwischen der vorderen Kante und der Welle zwischen 2 bis 5 mal größer als der Zwischenraum zwischen der hinteren Kante und der Welle sein. Um diesen idealen Zwischenraum oder das Keilverhältnis für jede spezifische Anwendung zu erhalten, müssen passende Durchbiegevariablen, die die Anzahl, die Größe, den Ort, die Form und die Materialkennzeichen des Einstoffelementes beinhalten, ausgewählt werden. Eine computergestützte Endelementanalyse hat sich als die wirkungsvollste Einrichtung zum Optimieren dieser Variablen bewiesen. Es sollte ebenfalls bemerkt werden, daß der "ideale Keil" von den gewünschten Durchführungskennzeichen abhängt. Zum Beispiel ist der ideale Keil zum Maximieren der Belastungstragefähigkeit nicht derselbe, wie der ideale Keil zum Minimieren der Reibung, die durch den Leistungsverbrauch assoziiert wird. Die computergestützte Analyse ist insbesondere in einem Lager von dem Typ, der oben beschrieben ist, welcher die Bewegung in alle sechs Richtungen (sechs Freiheitsgrade) ermöglicht, nützlich.
Während diese Technik überlegene Resultate liefert, ist es beobachtet worden, daß in einigen Fällen ein Lager, das für die optimale Durchführung und simulierte Funktionsbedingungen geschaffen wurde, nicht optimal unter wirklichen Funktionsbedingungen funktioniert. Diese Lager der vorliegenden Erfindung können in Antwort auf die detektierten Funktionsbedingungen eingestellt werden, um jede Funktionsschwäche zu korrigieren. Insbesondere können die Lager separate Elemente zum physikalischen Verändern der Keilform, der Segmentoberfläche und/oder der Durchbiegecharakteristiken der Tragekonstruktion beinhalten. Die getrennten Elemente können durch eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU gesteuert werden, welche der Reihe nach Signale empfängt, die die Keilqualität anzeigen. Zum Beispiel können die Detektoren physikalische Kennzeichen, wie Temperatur, Welle mit Segmentkontakt, Drehmoment, Geräusche, Leistungsverbrauch, etc. detektieren. Die Signale von den Detektoren werden zu der CPU übertragen und mit Zuständen, die die optimale Keilbildung anzeigen, verglichen. Wenn es eine wesentliche Abweichung zwischen den wirklich detektierten Zuständen und den Zuständen, die die optimale Keilqualität anzeigen, gibt, überträgt die CPU ein Signal an die Einrichtung zum physikalischen Einstellen der Keilform, Segmentoberfläche und/oder Durchbiegecharakteristiken der Tragekonstruktion, um zwangsläufig den Keil einzustellen, um eine optimale Keilbildung zu erreichen. Alternativ oder als Zusatz kann die CPU auf direkte, manuell eingegebene Befehle, wie "ERHÖHE STEIFIGKEIT" oder "BIEGE HINTERE KANTE" reagieren. Wenn solch ein Befehl empfangen wird, durchläuft die CPU eine Routine, die vorbestimmt wird, uni das gewünschte Ergebnis zu erreichen. Verschiedene Einrichtungen können benutzt werden, um physikalisch die Keilqualität zu verändern. Zum Beispiel kann die Keilqualität physikalisch durch das Hineinzwängen des hydraulischen Strömungsmittels in Dämpfungskaimnern (untet weiter diskutiert) verändert werden, um die Dämpfungskennzeichen der Lagertragekonstruktion zu verändern. Alternativ können ein mechanischer Stab oder eine Hebeschraube in Kontakt mit der Tragekonstruktion gebracht werden um physikalisch die Durchbiegekennzeichen der Trageschraube zu verändern. Jede dieser Einrichtungen könnte elektrisch gesteuert werden.
Obwohl viele Einrichtungen benutzt werden könnten, um physikalisch den Keil in Antwort auf die detektierten Funktionszustände einzustellen, wird momentan geglaubt, daß die beste solcher Einrichtungen ist, eines oder mehrere piezoelektrischen Elemente in den Lücken innerhalb der Lagertragekonstruktion oder zwischen der Tragekonstruktion und dem Lagersegment anzuordnen. Die Bereitstellung von piezoelektrischen Elementen in diesem Bereich macht es möglich, die Segmentform und Orientierung aktiv zu steuern und einzustellen und die Durchbiegekennz eichen der Tragekonstruktion zu beeinflussen. Insbesondere ist es bekannt, daß die Anwendung eines elektrischen Stromes auf bestimmte Kristalle und Keramikmaterialien mechanische Ausdehnungskräfte herstellen kann. Wenn eine Wechselspannung angewendet wird, durchläuft der Kristall oder das Keramikmaterial Osziallationen in der Dicke. Wenn ein Gleichstrom ständig angewendet wird, variiert nicht die Veränderung der Dicke. Somit ist es bekannt, daß bestimmte Materialien, die Dimensionen verändern können, wenn sie der Spannung unterworfen werden. Unter diesen Materialien zu erwähnen, sind Quarze, Rochellesalze, (Kalium, Natriumtartarad), geeignet, polarisiertes Bariumtitanad, Ammoniumdihydrigen, Phosphat, gewöhnlicher Zucker und bestimmte Keramiken. Von all den Materialien, die piezoelektrische Effekte aufweisen, weißt keines all die gewünschten Eigenschaften wie Stabilität, hoher Ausgang, Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturextremen und Feuchtigkeit und die Fähigkeit, in jede gewünschte Form geformt zu werden, auf. Rochellesalze liefern den höchsten Ausgang, jedoch erfordern sie Schutz vor Feuchtigkeit und Luft und können nicht über 45ºC (115ºF) benutzt werden. Quarze sind zweifellos die stabilsten, jedoch ist ihr Ausgang sehr gering. Wegen ihrer Stabilität werden Quarze üblicherweise für ein Stabilisieren im elektronischen Oszillator verwendet. Oft wird der Quarz zu einer dünnen Scheibe mit einer versilberten Phase zum Befestigen der Elektroden geformt. Die Dicke der Platte ist der Grund für die Dimension, die eine mechanische resonante Frequenz liefern, welche mit der gewünschten elektrischen Frequenz korrespondiert. Dieser Kristall kann dann in eine passende elektronische Schaltung mit Frequenzsteuerung eingebaut werden.
Eher als das Vorhandensein eines Einkristalls, wie es viele piezoelektrische Materialien sind, ist Bariumtitanat polykristallin; somit kann es in eine Vielzahl von Größen und Formen geformt werden. Der piezoelektrische Effekt ist nicht vorhanden, bis nicht das Element der polarisierenden Behandlung unterworfen wird.
Die piezzoelektrischen Elemente könnten in den Zwischenräumen von jedem hydrodynamischen Lager der vorliegenden Erfindung angeordnet werden. Jedoch hängt die Annehmlichkeit des Plazierens eines piezoelektrischen Elementes innerhalb einer Tragekonstruktion oder zwischen der Tragekonstruktion und dem Lagersegment natürlicherweise von dem Zwischenraum zwischen der Tragekonstruktion und dem Lagersegment oder innerhalb der Tragekonstruktion ab. Da die Lager, die hier noch beschrieben werden, eine weite Vielfalt von lückenhaftem Zwischenraum haben, und da die wirkliche Größe des Zwischenraumes von der Größe des Lagers abhängt, hängt die Auswahl einer Lagerform von der Vielfalt, die hiernach beschrieben wird, zum Gebrauch in einem piezoelektrisch gesteuerten Lager, neben anderen Dingen von dem Durchmesser des Lagers, das zu benutzen ist, ab.
Für ein relativ großes Lager, in welchem die Öffnungen in der Tragekonstruktion proportional größer sind, würde ein Lager, das entlang der Linie der Lager, die in den Figuren 2, 8, 25, 31 und 37 dargestellt werden, aufgebaut ist, passend sein. Auf der anderen Seite würde für sehr schmale Lager, in welchen die Lücken oder Zwischenräume proportional viel kleiner gegenüber einem Lager des Typs, der in Figur 32 oder in Figur 38 gezeigt wird, ist, passender sein. Es sollte in der Erinnerung behalten werden, daß, wenn die Größe des piezoelektrischen Elementes nahe der Größe der Tragekonstruktionselemente selber kommt, der Effekt des piezoelektrischen Elementes auf der Gesamtlagerkonstruktion proportional größer wird. Unter normalen Umständen sind piezoelektrische Elemente nur dazu gedacht, geringe Modifikationen für die Lagerdurchführung zu liefern, da die Lage auch ohne das piezoelektrische Element nahezu optimal funktionieren. Somit würde die Bereitstellung eines piezoelektrischen Elementes, das den Zwischenraum innerhalb der Tragekonstruktion des Lagers von Figur 32 auffüllt, den wesentlichen Charakter des Lagers von einem hydrodynamischen Lager zu einem piezoelektrisch gesteuerten Lager verändern. In einigen Fällen kann dies wünschenswert sein.
Zum Beispiel kann das Lager, das in Figuren 2 und 2A gezeigt wird, piezoelektrische Elemente 100 beinhalten, die innerhalb der Tragekonstruktion und zwischen der Tragekonstruktion und den Lagersegmenten angeordnet sind. Elektrische Leitungen (nicht gezeigt) werden mit jedem der piezoelektrischen Elemente verbunden. Die Stromversorgung zu den elektrischen Leitungen wird durch ein Steuersystem gesteuert. Vorzugsweise beinhaltet das Steuersystem eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), welche alle piezoelektrischen Elemente in Antwort auf die Signale, die von den Detektoren erhalten werden, die den Zustand des hydrodynamischen Keils überwachen oder in Antwort auf manuelle Eingangssignale steuert.
Ein Beispiel eines Steuersystems, das die piezoelektrischen Elemente 18 in den Lagern der vorliegenden Erfindung steuert, beinhaltet eine CPU, welche Eingangssignale von verschiedenen Detektoren empfängt, welche die Zustände, die die Qualität des hydrodynamischen Keils anzeigen, überwachen. Zum Beispiel könnte die CPU Signale von einem Temperaturdetektor empfangen, einem Geräuschdetektor, einem Wellen-Segmentkontaktdetektor, einem Leistungsverbrauchsdetektor, Drehmomentdetektoren und/oder Spannungsdetektoren. Die Signale, die von jedem dieser Detektoren empfangen werden, können dann sequentiell mit den Werten, die in einem Lesespeicher (ROM) gespeichert sind, verglichen werden, welche eine ausreichende Keilbildung anzeigen. Der ROM könnte gespeicherte Werte für eine oder mehrere gewünschte Keilbildungen, wie "MAXIMALE BELASTUNGS- TRAGEFÄHIGKEIT" oder "GERINGE REIBUNG/GERINGE LEISTUNG" beinhalten. Wenn es bestimmt wird, daß die detektierten Zustände außerhalb des passenden Bereiches fallen, könnte eine Diagnoseanalyse durchgeführt werden, um die passenden Korrekturmessungen zu bestimmen. Als ein Ergebnis dieser Diagnoseanalyse können eine Bestimmungen, welche, wenn irgendwelche der piezoelektrischen Elemente geladen werden sollen und das Ausmaß, auf welche sie aufgeladen werden sollen, gemacht werden.
Das Lager von Figur 8 kann piezoelektrische Elemente 100 beinhalten, die in ausgewählten Gebieten angeordnet sind, um feines Abstimmen des hydrodynamischen Keiles zu ermöglichen. Wiederum gibt es Leitungen (nicht gezeigt), die mit jedem piezoelektrischen Element verbunden sind, und die Steuerung des Stromes zu den piezoelektrischen Elementen wird durch entstandene Steuerungssystemverarbeitungseinheit von dem Typ, der oben beschrieben wird, gesteuert.
Das Lager von Figur 25 kann piezoelektrische Elemente 100 beinhalten, die zwischen der Tragekonstruktion und dem Lagersegment 132 angeordnet sind, um selektives, präzises Steuern des Betrages an abwärtsgerichteter Durchbiegung des Lagersegmentes 132 zu ermöglichen. In diesem besonderen Beispiel sind die piezoelektrischen Elemente 100 an einem gemeinsamen Ort für jedes der Lagersegmente angeordnet, so daß die piezoelektrischen Elemente eine einzige Funktion haben, das heißt Steuern der abwärtsgerichteten Durchbiegung der Lagersegmente. Natürlicherweise könnten zusätzliche piezoelektrische Elemente 100 an anderen Orten für andere Zwecke, falls gewünscht, angeordnet werden. Wiederum haben die piezoelektrischen Elemente 100 Leitungen (nicht gezeigt), die damit verbunden sind, und der Stromfluß zu den Leitungen wird durch eine zentrale Verarbeitungseinheit des oben beschriebenen Typs gesteuert. Das Lager von Figur 31 kann piezoelektrische Elemente 18 beinhalten, die in ausgewählten Gebieten angeordnet sind, um selektives Einstellen des Keiles entsprechend den detektierten Funktionszuständen zu ermöglichen. Wiederum sind die Leitungen mit dem piezoelektrischen Element 18 verbunden und der Stromfluß zu den piezoelektrischen Elementen durch die elektrischen Leitungen wird durch ein Steuersystem gesteuert, welches von dem Typ, der oben beschrieben wird, sein kann. Es sollte ebenfalls angemerkt werden, daß der Stromfluß von den piezoelektrischen Elementen durch ein manuell funktionierendes elektrisches Steuerungssystem gesteuert werden kann. Es wird jedoch angenommen, daß die besseren Ergebnisse durch den Gebrauch einer zentralen Verarbeitungseinheit erhalten werden.
Das kombinierte radiale und axiale Lager von Figur 37 kann piezoelektrisches Material 100 beinhalten, das in einem Zwischenraum zwischen der Tragekonstruktion und dem Lagersegment geladen wird. Elektrische Leitungen, die mit dem piezoelektrischen Material 100 verbunden sind, wenden selektiv Strom auf das piezoelektrische Material an, um einen Wechsel in der Dimension des piezoelektrischen Materiales zu veranlassen, so daß die Durchbiegekennzeichen des Lagers gesteuert werden. Der Stromfluß zu den Leitungen und deshalb der Stromfluß zu dem piezoelektrischen Material wird vorzugsweise durch eine zentrale Verarbeitungseinheit gesteuert.
In einem ähnlichen Aufbau kann jedes Lager der vorliegenden Erfindung eines oder mehrere piezoelektrische Elemente beinhalten, um die Einstellung der Durchbiegecharakteristik des Lagers zu ermöglichen.
Mit Bezug auf die Figuren 4 und 5 wird ein zweites Darstellungsbeispiel eines Lagers gezeigt, in welchem das Lager mit Schlitzen oder Einschnitten und Rillen gebildet wird, um eine Lagergröße 30 mit einem Lagersegment 32, welches von dem Gehäuse durch eine Tragekonstruktion getragen wird, welche einen Tragekörper beinhaltet, der ein Paar an Tragekörperteilen 34a, 34b hat, welche sich im wesentlichen einspurig von dem Segment weglaufend erstrecken. Weiterhin kann das Segment so frei gearbeitet werden, daß es durch die Tragekörper nur auf einer Segmenttrageoberfläche 34ps getragen wird. Bezüglich Figur 5 wird gesehen werden, daß die Tragekörper 34, 34a einen geeigneten Tragekörperflansch haben, wie es in 36, 36a ist, welcher wie ein Auslegerträger für den Tragekörper wirkt.
Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, zeigt die perspektivische Ansicht der Figur 5 nur einen Anteil des Segmentes 32. Das komplette Segment wird in den Figuren 5A und 50 dargestellt, welche mögliche Modifikationen der Lager zeigen, die in Figur 4 dargestellt werden. Wie in den Zeichnungen offensichtlich ist, wird die Segmenttrageoberfläche 34ps näher zu der hinteren Kante 37, als zu der vorderen Kante 35 angeordnet. Mit dieser Konstruktion wird das Verdrehen des Tragekörpers, wie in Figur 7 dargestellt, zwischen dem Tragekörper stattfinden und die Torsionsdurchbiegung, wie dargestellt, erschaffen. Wiederum wird die primäre Flexibilität durch kleine Einschnitte oder Schlitze in der Lagergehäusewand entwickelt. Diese Einschnitte statten das Lagersegment mit sechs Freiheitsgraden aus (das heißt, das Segment kann die +x,-x, +y,-y, +z und -z-Richtungen translatieren, als auch um die x, y und z-Achsen rotieren) und werden geschaffen, um die hydrodynamische Keilbildung zu optimieren. Wenn die Einschnitte oder Schlitze beendet wurden, bevor sie durchbrechen, um Tragekörperanteile 34a und 34b zu bilden, würde das Segment 32 durch eine durchlaufende zylindrische Membran 34m, wie es in Figur 5a gezeigt wird, getragen werden. Die Membran wirkt als ein flüssiger Dämpfer, auf welchem das Segment 32 getragen wird. Das Ende der Einschnitte würde bei dem Punkt A und dem Punkt B von Figur 4 auftreten. Die Flexibilität der Membran, die mit dem Strömungsmittelschmiermittel kombiniert ist, liefert eine Einrichtung, um die Dämpfungswirkung zu verändern und das Segment von dem Gehäuse zu isolieren. Die Dämpfung nimmt die Form eines Stoßdämpfers an, der hohe Dämpfungscharakteristiken aufweist. Wie bei den Lagern, die in den Figuren 1-3 dargestellt werden, ist das Lager, das in den Figuren 4-7 dargestellt wird, entlang seiner Segmentmittellinie nicht-symmetrisch und ist deshalb ein in einer Richtung laufendes Lager. Dementsprechend hat das Lager eine vordere Kante 35, welche sich nach außen biegt und eine hintere Kante 37, welche sich einwärts biegt, um einen Keil zu bilden. Wiederum sollte das Keilverhältnis des Zwischenraumes zwischen der hinteren Kante und der Welle zu dem Zwischenraum zwischen der vorderen Kante und der Welle zwischen 1:2 bis 1:5 sein. Weiterhin sollte der Ort des Zentrums der Wirkung der Belastung, welcher in erster Linie durch den Ort des Segmenttrageteiles 34ps des Tragekörpers 34 bestimmt wird, im Hinblick auf das Segment wiederum zwischen dem kreisförmigen Zentrum der Segmentstirnseite und der hinteren Kante, vorzugsweise näher an dem kreisförmigen Zentrum der Segmentstirnseite sein.
Wie in Figur 5B gezeigt wird, kann der Tragekörper einfacher als in Figur 5 durch Einfachsicherstrecken der Einschnitt und Schlitze von den Punkten A und B abwärts definiert werden.
Figur 6A stellt ein Lager des Typs, der in Figur 6 gezeigt wird, in einer abgedichteten Lagereinheit dar. Wie darin gezeigt wird, ist das Lager mit einem statischen Gehäuseteil 2 in einer bekannten Weise gesichert, zum Beispiel Keilwellennuten, Gewinde, Klemmschellen, Haftschweißen oder jede Kombination davon. Die Lagersegmente 32 werden verbunden, um eine rotierende Oberfläche des rotierenden Gehäuseteiles 3 zu tragen. Das rotierenden Gehäuseteil 3 wird drehbar mit der Welle durch Keilwellennuten, Gewinde, Wärmeschrumpfung oder dergleichen gesichert. Das Lager wird vom hydrodynamischen Strömmungsmittel 4 und den Abdichtungen 7 umgeben, welche das statische Gehäuseteil 2 und das rotierende Gehäuseteil 3 im Hinblick aufeinander abdichten. Wie oben beschrieben wird das statische Gehäuseteil 2 gesichert und funktioniert als ein Teil des statischen Wellengehäuses, und das drehbare Gehäuseteil 3 wird mit der Welle 5 gesichert und funktioniert als eine Ausdehnung der Welle 5. Somit rotiert, weim die Welle 5 rotiert, das Gehäuseteil 3 relativ zu dem Gehäuseteil 2 und dem Lager, das damit verbunden ist. Auf diese Weise wird die Welle durch das drehbare Gehäuseteil von dem Lager gehalten.
Mit Bezug auf Figur 8 wird ein drittes Darstellungsbeispiel eines Lagers gezeigt. In diesem Beispiel werden innere Schlitze und Einschnitte angeordnet, um eine Tragekörper auf der Tragekörpertragekonstruktion zu erschaffen. Insbesondere wird das Lager mit Rillen, Schlitzen oder Einschnitten gebildet, um ein Segment 40 zu definieren, das von einem Gehäuse durch die Tragekörper 42 und 44 getragen wird. Das Segment ist mit den Tragekörpern bei den Tragestumpfenden 40a und 40b verbunden. Eine Tragekörperberührung mit dem Gehäuse ist bei den Tragestumpfenden 46 und 48 vorhanden. Wiederum besteht das Lager aus den dünnen Einschnitten und Schlitzen, die den Schnitt durch die Lagerwand zeigen. Der Einschnitt oder Schlitz 60 unter der Segmentoberfläche führt eine zusätzliche Flexibilität ein, so daß unter Last das Segment die Form verändert, um eine Tragfläche für das Einführen von Schmiermittel zu bilden. Somit wirkt als ein Ergebnis des Tragekörper auf Tragekörper Zweipunkttragens das Segment als eine federähnliche Membran.
Ein Beispiel eines Lagers des Typs, der in Figur 8 gezeigt wird, der in einer kombinierten Radial-Achseinheit benutzt wird, wird unten in Verbindung mit den Figuren 43 und 43A beschrieben.
Figur 10A zeigt die durchgebogene Form des Segments 40 unter Last. Wie in den Zeichnungen gezeigt wird, (übertrieben) kann das Segment geformt und getragen werden, um so unter Last zu einer Tragflächenform durchzubiegen. Die Tragfläche verbessert entscheidend die Durchführung. Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, ermöglicht das Segment die Verschiebung in die x, y und z Richtungen als auch die Rotation um die x, y und z Achsen, das heißt, das Segment hat sechs Freiheitsgrade. Wiederum erlaubt die Konstruktion eine optimale hydrodynamische Keilbildung.
Bezogen auf Figur 9 wird die lokale inherente Durchbiegung des Stirnseitensegmentes 50 gezeigt, worin das Segment unter Last geglättet wird. Diese Durchbiegnngen werden mit der Tragekonstruktionsdurchbiegung, die in den Figuren 3 und 10 gezeigt ist, kombiniert, sind jedoch von einer niedrigeren Größenordnung. Das Endergebnis ist die Form, die in den Figuren 3 und 10 gezeigt ist, jedoch mit einer Stirnseitenkrümmung, welche unbedeutend geglättet worden ist.
Die Figuren 31 und 31A stellen ein anderes Beispiel eines Achslagers dar. Der Lageraufbau, der in den Figuren 31 und 31A dargestellt wird, unterscheidet sich von den vorangegangenen beschriebenen Achslageraufbauten darin, daß das Lager zweigerichtet ist, das heißt, das Lager ist dazu imstande, eine Welle für eine Rotation entweder mit dem Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn, wie in Figur 31 gezeigt, zu tragen. Das Lager ist zweigerichtet, da die Segmente symmetrisch um ihre Mittellinie sind, welche als die sich radial erstreckende Linie, die die Lagerhauptachse (606) und das geometrische Zentrum des Lagers durchläuft, definiert ist. Wie die vorangegangenen beschriebenen Achslager wird das Lager der Figuren 31 und 31A mit einer Vielzahl von dünnen radialen und kreisförmig angeordneten Schlitzen gebildet, um eine Vielzahl von auf einem Kreis liegenden mit einem Zwischenraum versehenen Lagersegmenten 632 zu definieren.
Die Tragekonstruktion für jedes der Lagersegmente 632 ist ähnlich zu der Tragekonstruktion des Achslagers, das in Figur 8 dargestellt wird. Insbesondere wird jedes Lagersegment 632 durch eine Tragekörpertragekonstruktion an zwei Segmenttrageoberflächen 632ps gestützt. Das Tragekörpernetz, das mit den Lagersegmenten an jeder Segmenttrageoberfläche 632ps verbunden ist, trägt identisch den symmetrischen Aufbau des Lagers, welches das Lager zweigerichtet macht. Zum Zwecke der Vereinfachung dieser Beschreibung wird nur das Tragekörpernetz, welches das Lager an einer Segmenttrageoberfläche trägt, beschrieben werden, da die andere Segmentrageoberfläche in identischer Form gestützt wird. Somit ist, wie es in der Figur 31 gezeigt wird, ein erster im allgemeinen radial sich erstreckender Tragekörper 640 mit dem Lagersegment 632 an der Segmenttrageoberfläche 632ps verbunden. Ein zweiter im allgemeinen auf einem Kreis angeordneter Tragekörper 642 ist mit dem radial äußersten Ende des Tragekörpers 640 verbunden. Ein dritter, im allgemeinen radialer Tragekörper 644 erstreckt sich radial nach innen gerichtet von dem Tragekörper 642. Ein vierter, im allgemeinen auf einem Kleis gelegener Tragekörper 646 erstreckt sich von dem radial innersten Teil des Tragekörpers 644. Ein fünfter, im allgemeinen radialer Tragekörper 648 erstreckt sich radial nach außen gerichtet von einem Tragekörper 644 zu dem Gehäuseteil der Tragekonstruktion. Zusammengefaßt wird jedes des Lagersegmentes 632 und des Lagers, das in den Figuren 31 dargestellt wird, durch zehn Tragekörper und das Lagergehäuse getragen. Weiterhin kann, wie unten diskutiert, durch Bilden von sich radial erstreckenden, auf einem Kreis liegenden, mit Zwischenraum angeordneten Aussparungen oder durchgehend sich erstreckenden, auf einem Kreis angeordneten Aussparungen in dem Gehäuseteil der Tragekonstruktion das Gehäuseteil der Tragekonstruktion geformt werden, um als eine Vielzahl von Tragekörpern oder Membranen zu wirken. Es sollte bemerkt werden, daß, ähnlich dem Lager in Figur 8, der Einschnitt oder Schlitz, der unter der Oberfläche der Segmente gebildet wird, zusätzlich Flexibilität schafft, so daß unter Last das Segment die Form wechselt, um einen Tragekörper für das Einfüllen von Schmiermitteln zu bilden. Somit wirkt als ein Ergebnis des Tragekörper-auf-Tragekörper-Zweipunkttragens das Segment ähnlich einer federähnlichen Membran.
Figur 31A ist ein radialer Querschnitt der Figur 31, die den dritten Tragekörper 644, das Lagersegment 632 und das Gehäuse zeigt.
Figur 31B stellt ein Lager des Typs dar, der in den Figuren 31 und 31A in einer abgedichteten Lagereinheit gezeigt wird. Wie darin gezeigt wird, ist die Außenperipherie des Lagers drehbar mit dem statischen Gehäuseteil gesichert. Die Lagersegmente 632 werden angeordnet, um eine rotierende Oberfläche des rotierenden Gehäuseteiles 3 zu tragen. Das Lager ist von hydrodynamischen Strömungsmittel 4 umrundet und die Abdichtungen 7 dichten die statischen zwei und die rotierenden drei Gehäuseteil im Hinblick aufeinander ab. Wie oben beschrieben wird das statische Gehäuseteil 2 gesichert und funktioniert als ein Teil des statischen Wellengehäuses, und das drehbare Gehäuseteil 3 wird mit der Welle 5 gesichert und funktioniert als eine Verlängerung der Welle 5. Somit rotiert, wenn die Welle 5 rotiert, das Gehäuseteil 3 relativ zu dem Gehäuseteil 2 und dem Lager, das damit verbunden ist. Auf diese Art trägt das Lager die rotierende Welle durch das rotierende Gehäuseteil.
Dip Figuren 32, 32A und 32B stellen andere Achslageraufbauten dar. Diese Lageraufbauten unterscheiden sich von den vorher beschriebenen Lageraufbauten darin, daß die Lagersegmente und der Trageaufbau durch relativ große Aussparungen und Öffnungen, die in einer zylindrischen Lücke gebildet werden, definiert werden. Normalerweise würde dieser Aufbautyp durch Fräsen der Lücke eher als durch Elektroerrosionsbearbeitung oder einige andere ähnliche Techniken zum Bilden kleiner Aussparungen, wie mit den vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen, gebildet werden. Ein Vorteil des Lageraufbaues, der in der Figur 32 dargestellt ist, ist, daß es bei Anwendungen, die extrem kleine Lager erfordern, es leichter ist, präzis die proportional größeren Einschnitte und Öffnungen, die erforderlich sind, um ein Lager des Typs, der in den Figuren 32, 32A und 32B dargestellt wird, zu bilden, verglichen mit den proportional kleineren Einschnitten und Öffnungen, die bei dem Aufbau von zum Beispiel der Figuren I und 8 erforderlich sind. Vielmehr werden für gewöhnlich die großen Aussparungen oder Öffnungen leichter gebildet oder extrudierte Lager, die durch größere Einschnitte gebildet werden, finden ebenfalls in den Anwendungen Gebrauch, die extrem große Lager mit steifen Lagersegmenttragekonstruktionen erfordern.
Die Lagersegmente, die in Figur 32 gezeigt werden, sind symmetrisch entlang ihrer Segmentmittellinie 706A. Daher ist das Lager zweigerichtet. Weiterhin hat, wie es am besten in der perspektivischen Ansicht von Figur 32B gezeigt wird, das Lager einen durchlaufenden Querschnitt ohne verdeckte Öffnungen. Daher ist es leicht extrudierbar und leicht formbar. Natürlicherweise kann die Tragekonstruktion durch Anordnungen von Unterbrechungen in dem Querschnitt verändert werden, zum Beispiel durch Anordnen von radial sich erstreckenden, auf einem Kreis angeordneten Aussparungen, oder nicht symmetrisch angeordneten, radial sich erstreckenden Öffnungen, um die
TEXT FEHLT
Figur 33 stellt einen Achslageraufbau dar. Ähnlich dem Lager von Figur 32 wird das Lager von Figur 33 durch proportional größere Aussparungen und Bohrungen gebildet. Insbesondere definieren eine Vielzahl von mit gleichem Zwischenraum angeordneten, radial sich erstreckenden, auf einem Kreis angeordneten Aussparungen eine Vielzahl von auf einem Kreis liegenden, mit einem Zwischenraum versehenen Lagersegmenten 832. Die Lagersegmente 832 werden weiterhin durch ein Paar an axial sich erstreckenden auf einem Kreis angeordneten Aussparungen definiert, welche sich symmetrisch von den planaren Stirnseiten der zylindrischen Lücke erstrecken und werden am besten in den Figuren 33B und 336 gesehen, in welchen die Aussparungen durch die Referenznummern 834 und 835 angezeigt werden. Die Lagertragekonstruktion wird durch die oben erwähnten Aufbaumerkmale und durch eine Vielzahl von einem auf einem Kreis angeordneten, mit Zwischenraum versehenen, symmetrisch angeordneten oberflächlichen Bohrungen 838 und einer Vielzahl von auf einem Kreis angeordneten, mit einem Zwischenraum versehenen, symmetrisch angeordneten Tiefenbohrungen 837 definiert. Aufgrund der Anwesenheit der "verborgenen" Bohrungen 837, 838 ist der Lageraufbau von Figur 33 nicht extrudierbar und nicht in einer einfachen Zweistückform formbar, das heißt, leicht formbar.
Wie am besten in der Figur 33A gezeigt wird, überschneiden die Tiefenbohrungen 837 die axialen Aussparungen 836, um so Tragekonstruktionen für jedes Lagersegment zu definieren. Die Tragekonstruktion wird weiterhin durch eine, auf einem Kreis angeordnete Aussparung 839 definiert, die sich von einer Außenperipherie der zylindrischen Lücke erstreckt.
Im Hinblick auf die Figuren 33-33C ist es verständlich, daß die Bereitstellung der Aufbauteile, wie oben diskutiert, eine Tragekonstruktion fur das Lagersegment 832 liefert, welches einen Tragekörper 840 beinhaltet, der direkt das Segment trägt, das heißt, ein primärer Trageaufbau. Zwei durchlaufende Tragekörper 882, das heißt, ein tertiärer Trageaufbau und ein sekundärer Trageaufbau, umfassen eine Vielzahl an Tragekörpern, die teilweise durch Bohrungen 837 und 838, die den Tragekörper 844 mit den durchlaufenden Tragekörpern 882 verbinden, definiert werden.
Da die Tragekonstruktion des Lagers, das in den Figuren 33-33C dargestellt wird, nicht symmetrisch über die Segmentmittellinie 806A, die sich von den Hauptachsen 806 erstreckt, nicht symmetrisch ist, ist es in eine Richtung gerichtet. Weiterhin ist, ähnlich zu dem Lager von Figur 32, dieses Lager insbesondere gut für Anwendungen geeignet, die extrem kleine Lager erfordern, da die proportional größeren Aussparungen und Bohrungen, welche dieses Lager definieren und seine Tragekonstruktion leichter herzustellen sind.
Figur 33D stellt ein Lager des Typs, der in den Figuren 33 und 33C in einer abgedichteten Lagereinheit dargestellt wird, dar. Wie darin gezeigt wird, werden die durchlaufenden Tragekörper 882 des Lagers mit dem statischen Gehäuseteil 2 gesichert. Die Gehäusesegmente 832 werden angeordnet, um eine rotierende Oberfläche des rotierenden Gehäuseteiles 3 zu tragen. Das Lager wird von hydrodynamischem Strömungsmittel 4 umgeben, und die Dichtungen 7 dichten das statische Zwei- und das rotierende Dreigehäuseteil im Hinblick aufeinander ab. Wie oben beschrieben, wird das statische Gehäuseteil 2 gesichert mit und funktioniert als ein Teil des statischen Wellengehäuses und das drehbare Gehäuseteil 3 wird mit der Welle 5 gesichert und funktioniert als eine Verlängerung der Welle 5. Somit rotiert, wenn die Welle 5 rotiert, das Gehäuseteil 3 relativ zu dem Gehäuseteil 2 und dem Lager, das damit verbunden ist. Auf diese Art wird die Welle für die Rotation durch das Lager durch das drehbare Gehäuseteil 3 gestützt.
Figtiren 34 und 34A-34D stellen einen anderen Achslageraufbau dar. Der Lageraufbau von Figur 34 ist ähnlich zu dem von Figur 33, insofern, daß die Lagersegmente und ihre Tragekonstruktionen durch proportional größere Aussparungen und Bohrungen, wie in den Zeichnungen gezeigt, definiert werden. Die Tragekonstruktion für die Lagersegmente 932 ist ähnlich der Tragekonstruktion für die Lagersegmente 832. Insbesondere ist, während die Tragekonstruktion für jedes der Lagersegmente 932 identisch ist, die Tragekonstruktion nicht symmetrisch im Hinblick auf jedes Lagersegment. Daher ist das Lager, das in der Figur 34 dargestellt wird, in einer Richtung laufend. Weiterhin ist, da die Tragekonstruktion "verborgene" Öffnungen beinhaltet, das Lager weder extrudierbar, noch in einer einfachen Zweistückform formbar.
Wie in den Zeichnungen gezeigt, beinhaltet die Lagertragekonstruktion eine primäre Tragekonstruktion, die ein Paar an tragekörperähnlichen Teilen 940 umfaßt, welche mit den Lagersegmenten 932 verbunden sind und teilweise durch symmetrisch angeordnete Öffnungen 942 definiert werden. Eine oberflächlich auf einem Kreis liegende Anssparung, die auf der Außenperipherie des Lagers angeordnet ist, definiert eine tertiäre Tragekonstruktion, die ein Paar von durchlaufenden tragekörperähnlichen Elementen 982 umfaßt. Eine sekundäre Tragekonstruktion, die einen Tragekörper und ein Membrannetz 960 zum Verbinden der Tragekörper 940 mit den durchlaufenden Tragekörpern 982 umfaßt, wird durch die Bereitstellung einer Vielzahl von großen, symmetrisch angeordneten Bohrungen 944, der Bereitstellung von kleineren, symmetrisch angeordneten Bohrungen 946 und der Bereitstellung von kleinen, nicht symmetrisch angeordneten Bohrungen 948 definiert. Aufgrund der Bereitstellung von nicht symmetrisch angeordneten Bohrungen 948 ist die Tragekonstruktion flexibler und somit in die Richtung solcher Bohrungen vorbelastet.
Figuren 15-18 stellen ein einheitliches hydrodynamisches Axiallager dar. Wie bereits bemerkt, beinhalten Axiallager einige der gleichen Merkmale, wie Achslager. Zum Beispiel haben die Axiallager ähnlich den Achslagern eine Hauptachse, die als die Mittelachse der Lücke definiert ist, von weicher das Lager ausgebildet wird. Ebenso haben die Lagersegmente eine auf einem Kreis angeordneten Mittellinie, die sich radial von der Hauptachse durch das geometrische Zentrum des Segmentes erstreckt. Wenn das Axiallager symmetrisch zu seiner kreisförmigen Mittellinie ist, so ist es in zwei Richtungen durchlaufbar; wenn das Lager nicht symmetrisch gegenüber seiner Umfangsmittellinien ist, so ist es in einer Richtung durchlaufbar. Jedoch haben die Axiallager durch die Natur ihrer unterschiedlichen Funktion eine leicht unterschiedliche Zusammensetzung. Zum Beispiel beinhaltet das Axiallager, das in den Figuren 15-18 gezeigt wird, eine Vielzahl an Lagersegmenten 132 von im wesentlich identischer Zusammensetzung. Figur 18 zeigt die Umfangstrennlinie CDL und die radiale Trennlinie RDL des Lagersegmentes 132. Die Lagersegmentoberflächen der Lagersegmente 132 liegen in einer Ebene, welche im wesentlichen transversar zu der Achse der Welle ist, die gestützt wird und der Hauptachse des Lagers. Natürlich können, wenn die Segmentoberflächen unter Last durchgebogen werden oder wenn es gewünscht wird, daß das Lager leicht abgeschrägt wird, um so die Welle in dem installierten und statischen Zustand zu kontaktieren, die Oberflächen der Lagersegmente nicht eben sein und etwas abgeschrägt, bezüglich der Hauptachse oder der Achse der Welle, die zu stützen ist, sein.
Eine besonders wichtige Betrachtung in dem Design der Axiallager ist die Verhinderung von Strömungsmittellecken. In großem Umfang wird dieses Ziel durch Designen der Tragekonstruktionen erreicht, so daß unter Last die innere Kante der Lagersegmente nach unten gerichtet durchbiegt (wie in Figur 16 angezeigt) und die äußere Kante nach oben gerichtet durchbiegt. Alle Axiallager, die hierin beschrieben werden, werden auf diese Weise designet. Zum Beispiel ist in dem Lager, das in Figur 16 gezeigt ist, der Tragekörper 134 mit dem Segment 132 an einer Segmenttrageoberfläche 134ps verbunden, welche näher zu der äußeren Kante des Lagersegmentes als zu der inneren Kante des Lagersegmentes ist. Somit wird die Segmenttrageoberfläche 134ps radial nach außen gerichtet von der radialen Linie RDL, die in Figur 18 gezeigt ist, angeordnet. Daher wird das Lager so designet, daß unter Last die innere Kante des Lagers nach unten gerichtet durchbiegt.
Wie oben bemerkt, können die Segmentform und/oder die Durchbiegecharakteristiken gezwungenermaßen verändert werden. Zum Beispiel können die piezoelektrischen Elemente benutzt werden, um gezwungenermaßen die Form oder die Durchbiegecharakteristiken des Lagers zu verändern. Im Falle eines Axiallagers können piezoelektrische Elemente benutzt werden, um eine nach unten gerichtete Durchbiegung der Lagersegmente zu verursachen. Wenn gewünscht, könnten ein piezoelektrischer Elementträger (nicht gezeigt) innerhalb der Tragekonstruktion angeordnet werden.
In der Funktion korrespondiert die nach unten gerichtete Durchbiegung der inneren Kante des Lagersegmentes mit der von der zu tragenden Welle weggerichteten Durchbiegung, und die nach oben gerichtete Durchbiegung der äußeren Kante des Lagersegmentes korrespondiert mit der zu der Welle hingerichteten Durchbiegung. Die durchgebogene Orientierung des Lagersegmentes verhindert entscheidend den Verlust an Strömungsmittel, welcher ansonsten als ein Ergebnis der zentrifugalen Kräfte, die auf das Strömungsmittel wirken, auftritt.
Der Verlust des hydrodynamischen Strömungsmittels kann weiterhin durch Unterstützen des Lagersegmentes so reduziert werden, daß unter Last das Lagersegment deformiert, um eine Schmiermittelrückhaltetasche zu bilden. Für gewöhnlich wird solch eine Unterstützung erreicht, wenn das Lagersegment durch eine Vielzahl von radial oder kreisförmig angeordneten, mit Zwischenraum angebrachten Segmenten unterstützt wird und das Gebiet zwischen den Lagern nicht direkt unterstützt wird, so daß das nicht unterstützte Zentralgebiet des Segmentes dazu tendieren wird, nach außen gerichtet zu deformieren, um so einen Strömungsmittelrückhaltekanal zu bilden. Figur 29, welche unten diskutiert wird, stellt ein Beispiel eines Lagers, das die notwendigen radialen mit Zwischenräumen angeordneten Tragekörper darin hat, dar. Eine größere Tasche wird erhalten, wenn die Tragekörper weiter auseinander, mit Zwischenräumen angeordnet werden. In einer ähnlichen Weise kann ein Kanal in einem Achslager durch Anordnen von axialen oder auf einem Kreis angeordneten, mit einem Zwischenraum versehenen Tragekörperträgern und einem nicht unterstützen Gebiet zwischen den Tragekörpern gebildet werden. Ebenso können piezoelektrische Elemente oder andere separate Einrichtungen benutzt werden, um Strömungsmittelrückhaltetaschen zu bilden oder zu ihrer Bildung verhelfen.
Wie am besten in den Figuren 15 oder 16 gezeigt wird, hat jedes Lagersegment eine abgeschrägte oder schiefe Kante 132b, um seine gesamte Peripherie herum. Der Zweck der Abschrägung ist der reduzierte Ein- und Austritt von Schmiermittelverlusten.
Jedes der Lagersegmente 132 wird durch ein primäres Trageteil getragen, welches in der dargestellten Ausführungsform ein tragekörperähnliches Trageteil 134 umfaßt, das das Segment an einer Lagersegmenttrageoberfläche 134ps trägt. Jeder Tragekörper 134 wird wiederum durch ein sekundäres Trageteil wie einen tragekörpergetragener Tragekörper oder eine Membran 136 getragen. Der Tragekörper oder die Membran 136 wird wiederum durch ein tertiäres Trageteil, wie ein Paar an tragekörperähnlichen Schenkeln 138a, 138b getragen.
Durch Anordnen von Löchern und Öffnungen 142 in dem Tragekörper oder dem Membranteil 136 wird die durchlaufende Membran 136 ein Satz an Tragekörpern 136. Natürlicherweise funktioniert, wenn die Löcher und Öffnungen 142 nicht in der Membran 136 angeordnet werden, die Membran als eine durchlaufende Membran. Alternativ könnte der innere tragekörperähnliche Schenkel 138a durch kurze stumpfseitig ähnliche Tragekörper ersetzt werden oder sogar weggelassen werden, um einen tertiären Träger zu definieren, so daß der sekundäre Träger in einer Auslegerart getragen wird. Schließlich ist, da die Löcher und Öffnungen symmetrisch mit Bezug auf die Hauptachse angeordnet sind, das Lager symmetrisch über die Hauptachse und deshalb in zwei Richtungen laufend.
Wie in den Figuren 15, 17 und 18 gezeigt wird, sind die Löcher oder Öffnungen 142, welche die durchlaufende Membran in getrennte Tragekörper auftrennen, rund. Der Gebrauch von runden Öffnungen ermöglicht die Herstellung des Lagerprototyps, da kreisförmige Öffnungen leicht in das Lagermaterial gebaut werden können. Dies trifft auf alle Lager, die hierin beschrieben werden, zu. Sobald solche kreisförmigen Öffnungen angeordnet werden, kann es ebenso vorteilhaft sein, die Öffnungen, die den Tragekörper oder das Membranteil 136 zu dem unteren Teil der Lagersegmente 132 durchlaufen, auszudehnen, um so die tragekörperähnlichen Teile 134 zu definieren. Dies ist es, warum in Figur 15 der Querschnitt der Segmenttrageoberfläche 134ps und demzufolge die Seitenwände des Tragekörpers 134 eine gekrümmte Erscheinung haben.
Obwohl die Form der Tragekörperteile durch die Bequemlichkeit in der Herstellung bestimmt wird, bewirkt die Form ebenso die Schaffung des individuellen Lagers. Somit ist, obwohl die spezifische Form der Lager, die hierin beschrieben werden, einschließlich dem Axiallager, das in den Figuren 15-18 gezeigt wird, primär an die Leichtigkeit der Herstellung eines Prototyps gerichtet ist, es ebenso herausgefunden worden, ausgezeichnete Ergebnisse für eine spezielle Anwendung zu liefern. Alle Veränderungen in der Form würden natürlich die Ausführungscharakteristiken des Lagers, durch zum Beispiel Verändern der Biege- oder Drehungskennzeichen der Tragekörper, welche das Lagersegment tragen, beeinflussen. Somit müssen, während andere Formen der Tragekörper, Segmente und Membrane natürlich betrachtet werden, sowohl die Leichtigkeit der Herstellung als auch die Wirkung des Tragekörpersegmentes oder der Form des Membrans auf die Lagerausführung berücksichtigt werden.
Die Figur 15a stellt zwei Lager des Typs, der in den Figuren 15-18 in einer abgedichteten Lagereinheit gezeigt werden, dar. Wie darin gezeigt wird, sind die tragekörperähnlichen Schenkel 138 der Lager mit einem statischen Gehäuseteil 2 gesichert. Das rotierende Gehäuseteil 3 beinhaltet eine Laufrinne 3R, die integral damit gebildet wird und drehbar damit verbunden ist, durch Keilnuten, Gewinde oder dergleichen. Die Lagersegmente werden angeordnet, um gegenüberliegende Oberflächen der rotierenden Axiallaufrinne 3R des Gehäuseteiles 3 zu tragen. Die Lager werden von einem hydrodynamischen Strömungsmittel 4 umgeben, und die Abdichtungen 7 dichten das statische Zwei- und das rotierende Dreigehäuseteil bezüglich zueinander ab. Wie oben beschrieben, wird das statische Gehäuseteil 2 gesichert mit und funktioniert als ein Teil des statischen Wellengehäuses, und das drehbare Gehäuseteil 3 wird mit der Welle 5 gesichert und funktioniert als eine Verlängerung der Welle 5. Somit rotiert, wenn die Welle 5 rotiert, das Gehäuseteil 3 relativ zu dem Gehäuseteil 2 und den Lagern, die damit verbunden sind. Auf diese Weise absorbieren die Lager Axialbelastungen, die auf die Welle durch die Wellenlaufrinne wirken. Natürlich ist es möglich, ein einzelnes Axiallager innerhalb des Gehäuses einzuschließen, wenn axiales Unterstützen in eine Richtung ausreichend ist.
Beispiele fur andere axiale Lagerformen werden in den Figuren 21-23 und 38-39 gezeigt. Der Unterschied zwischen diesen Lagern und dem Lageraufbau, der in den Figuren 15-18 gezeigt wird, ist primär in den verschiedenen Konstruktionen des primären Trageteils, dem sekundären Trageteil und dem tertiären Trageteil zu sehen.
Eine solcher anderen Lagerformen wird in den Figuren 21-24 dargestellt. Eine Draufsicht des Lagers wird in der Figur 21 gezeigt; ein Querschnitt des Lagers wird in der Figur 22 gezeigt; eine Bodenansicht des Lagers wird in der Figur 23 gezeigt und eine perspektivische Ansicht des Lagers wird in der Figur 24 gezeigt. Das Lager, das in den Figuren 21-24 gezeigt wird, ist ähnlich zu dem Lager der Figuren 15-18, mit zwei zu bemerkenden Ausnahmen. Erstens, das Lager der Figuren 21-24 beinhaltet einen gewinkelten und abgeschrägten Unterstützungstragekörper 134A im Gegensatz zu einem verükalen Unterstützungstragekörper, wie in der Figur 15. Zweitens beinhaltet das Lager zusätzliche Löcher 144, welche sich durch den Unterstützungstragekörper 136 erstrecken, um eine zylindrische Öffnung durch den abgeschrägten und angewinkelten Tragekörper 134 zu bilden, um so elliptische Öffnungen in dem Unterstützungstragekörper zu bilden. Die elliptischen Öffnungen trennen den Tragekörper in ein Paar von komplexen Bändern, von welchen die Form im Hinblick auf die perspektivische Ansicht der Figur 24 abgeschätzt werden kann. Die Bereitstellung der Öffnungen 144 und die darauffolgende Trennung der abgeschrägten und angewinkelten Tragekörper 134A in komplexe Bänder steigert die Flexibilität der Tragekonstruktion des Lagers, das in den Figuren 21- 24 gezeigt wird, im Vergleich zu den Lagern, die in den Figuren 15-18 gezeigt werden, wesentlich. Somit biegen sich die Segmente 132 des Lagers der Figuren 21-24 durch, um einen hydrodynamischen Keil in Antwort auf eine leichtere Last zu bilden, als die Segmente 132 des Lagers, das in den Figuren 15-18 gezeigt wird, es tun. Daraus folgt, daß das Lager, das in den Figuren 1-24 gezeigt wird, geeigneter zum Tragen von leichten Belastungen ist und das Lager, das in den Figuren 15-18 gezeigt wird, geeigneter zum Tragen von schwereren Belastungen ist.
Weiterhin steigert die Bereitstellung der abgewinkelten und abgeschrägten Unterstützungstragekörper, wie der Tragekörper 134A, mit oder ohne Öffnungen, um den Tragekörper in komplexe Bänder zu trennen, die Flexibilität des Segmentes in vertikaler Richtung, da eine vertikal angewendete Last ein Moment schafft, welches dazu tendiert, den Tragekörper zu veranlassen, sich zum Zentrum hin oder dem inneren Durchmesser des Lagers durchzubiegen und dadurch zentrifugales Lecken des Schmiermittelströmungsmittels auszuschalten.
Die Figur 23A zeigt eine Bodenansicht eines Lagers des Typs, der in den Figuren 21-24 gezeigt wird, in welchem zusätzliche Löcher 146 in der Membran oder dem Unterstützungstragekörper 136 gebildet werden, um die Flexibilität des Tragekörpers oder der Membran 136 noch weiter zu erhöhen. Wie in der Figur 23A gezeigt wird, werden die Löcher 146 nicht symmetrisch im Hinblick auf jedes Lagersegment gebildet. Die Bereitstellung dieser Löcher in solch einer nicht symmetrischen Form resultiert in ein Lager, in welchem die Segmente dazu tendieren, sich leichter in eine Richtung, als in eine andere Richtung durchzubiegen. In anderen Worten, die Lagersegmente werden in eine Richtung durch die Bereitstellung von nicht symmetrischen Öffnungen in der Tragekonstruktion vorbelastet. Natürlicherweise können solche nicht symmetrische angeordnete Öffnungen in jeder der Lagerkonstruktionen, die hierin beschrieben werden, in welchen es gewünscht wird, die Lagersegmente in einer Richtung vorzubelasten, angeordnet werden. Es ist sogar wünschenswert, die nicht symmetrisch angeordneten Öffnungen oder Löcher so anzuordnen, daß nur ausgewählte der Lagersegmente vorbelastet werden.
Figur 25 ist eine Querschnittsansicht eines anderen Lagers. Entsprechend dieser Konstruktion wird das Lagersegment 132 auf einem Segmenttragestumpf 1345 getragen, welcher wiederum auf einem horizontal ausgerichteten Tragekörperteil 134H getragen wird, welches wiederum auf einem invers angewinkelten Tragekörperteil 1341 getragen wird. In anderer Hinsicht ist der Aufbau ähnlich zu dem, der vorher beschriebenen Lager. Aufgrund dieses Aufbaues hat das Lager einen großen Vorteil der Flexibilität in einer Richtung, jedoch ist es extrem starr in der gegenüberliegenden Richtung. Ein piezoelektrisches Element 100 kann zwischen dem horizontalen Tragekörperteil und dem Segment, wie gezeigt, angeordnet werden.
Ein ähnlicher Aufbau wird in der Figur 26 dargestellt. Der Unterschied zwischen dem Lager, das in der Figur 26 dargestellt wird und dem Lager, das in der Figur 25 dargestellt wird, ist, daß das Lager, das in der Figur 26 dargestellt wird, als ein vertikales Tragekörperteil 134V gegenüber einem invers angewinkelten Tragekörperteil 1341 benutzt wird. Die Lager sind in allen anderen Aspekten ähnlich. Die Anwesenheit eines angewinkelten Tragekörpers in dem Lager von Figur 26 tendiert dazu, dem Lager mehr Starrheit in der vertikalen Richtung zu geben.
Figur 26A stellt ein Lager des Typs, der in Figur 26 in einer abgedichteten Lagereinheit dargestellt wird, dar. Wie darin gezeigt wird, sind die kreisförmig angeordneten Schenkel oder Tragekörper des Lagers mit dem statischen Gehäuseteil 2 gesichert. Die Lagersegmente werden angeordnet, um eine rotierende Oberfläche des drehbaren Gehäuseteiles 3 zu tragen. Das Lager wird von einem hydrodynamischen Strömungsmittel 4 umgeben und die Abdichtungen 7 dichten das statische Zwei- und das rotierende Dreigehäuseteil bezüglich zueinander ab. Wie oben beschrieben, wird das statische Gehäuseteil 2 gesichert mit und funktioniert als ein Teil des statischen Wellengehäuses, und das drehbare Gehäuseteil 3 wird mit der Welle 5 gesichert und funktioniert als eine Verlängerung der Welle 5. Somit rotiert, wenn die Welle 5 rotiert, das Gehäuseteil 3 relativ zu dem Gehäuseteil 2 und dem Lager, das damit verbunden ist. Auf diese Weise liefert das Lager axiale Unterstützung für die Welle durch das drehbare Gehäuseteil 3.
Die Figuren 27-28 stellen eine andere Ausführungsform des Lageraufbaues dar.
Wie in den Zeichnungen gezeigt wird, beinhaltet dieses Lager eine Vielzahl von Lagersegmenten 321-326 (gestrichelt in Figur 28 gezeigt). Jedes der Lagersegmente 321-326 wird auf einer Segmenttrageoberfläche 342 einer Lagertragekonstruktion getragen. Die Lagertragekonstruktion beinhaltet ein primäres Lagerteil, das aus einem Paar von verschachtelten Kegelstümpfen zusammengesetzt ist, die von einem sekundären Trageteil getragen werden, welches eine geschlitzt periphere Membran 360 beinhaltet, welche auf einem tertiären Trageteil getragen wird, welches ein Paar an peripheren Tragekörpern 382 beinhaltet. Die peripheren Tragekörper 380 und 382 sind ähnlich zu denen der vorher beschriebenen Aufbauten. Die Membran 360 unterscheidet sich von der Membran der vorher beschriebenen Aufbauten, da die Membran 360 durch die Aussparung, die in dem Boden der Lagertragekonstruktion gebildet ist, radial gespalten ist, welche die verschachtelten Kegelstümpfe bilden. Der innere Kegelstumpf ist im Hinblick auf den äußeren Kegelstumpf so umgedreht, daß die Hauptmittellinien der Kegelstümpfe bei einem Punkt 350 über der Segmenttrageoberfläche 342 verschmelzen und einen Querschnitt haben, welcher ähnlich, wie ein umgedrehtes V, erscheint. Da die Mittellinien der Kegelstümpfe bei einem Punkt 350 oberhalb der Segmentoberfläche sich schneiden, trägt die primäre Tragekonstruktion das Lagersegment zur Drehung um einen Punkt oberhalb der Segmentoberfläche. Dies sichert eine genaue Durchbiegung.
Die Tragekörper 346 und 344, welche das Lagersegment tragen, können zueinander nut dem gleichen Winkel abgewinkelt, zueinander mit unterschiedlichen Winkeln abgewinkelt, ein Tragekörper abgewinkelt und ein Tragekörper nicht abgewinkelt und in die gleiche Richtung abgewinkelt sein. Natürlich stoßen die Veränderungen in dem Winkelgrad des Tragekörpers in der primären Tragekonstruktion die Durchbiegecharakteristiken des Lagers zusammen. Eine Vielzahl an Löchern oder Öffnungen 420, die symmetrisch über die Lagertragekonstruktion angeordnet sind, trennen den verschachtelten Keilstumpf oder umgekehrten V-Aufbau in eine Vielzahl von Unterstützungstragekörpern 344, 346 und trennen den Scheitelpunkt der verschachtelten Kegelstümpfe, um so die Segmenttrageoberflächen 342 zu definieren. Somit wird zum Beispiel das Lagersegment 321 auf einer Segmenttrageoberfläche 342 ein Paar von komplexen Unterstützungstragekörpern 344 und 346 getragen, welche kegelförmig zueinander sind und einen komplexen geometrischen Aufbau haben, der durch die zylindrischen sich erstreckenden Öffnungen, welche durch den verschachtelten Kegelstumpfabschnitt hindurchlaufen, definiert wird. Wie am besten in der Figur 27 gezeigt wird, schneiden sich die Mittellinien der Tragekörper 344 und 346 au einem Punkt 350 oberhalb der Segmentoberfläche, um genauen Drehungsträger zu sichern. Die individuellen Tragekörper 344 und 346 werden auf einer peripheren Membran 360 getragen, welche durch die Aussparung, welche die Kegelstümpfe definiert, gespalten ist. Die Membran wird durch periphere Tragekörper 380, 382 getragen. Wie oben diskutiert, können die peripheren Tragekörper 380, 382 und die periphere Membran 360 kreisförmig gespalten werden, um individuelle Tragekörperträger zu definieren.
Zahlreiche Modifikationen von der Lagertragekonstruktion sind möglich. Zum Beispiel kann die Durchbiegung der Tragekonstruktion durch Verändern des Winkels der Tragekörper, durch Verändern des Ortes der Löcher oder Öffnungen, welche die Schenkel definieren, durch Verändern der Länge von jedem der Tragekörper oder Membrane oder durch Verändern der Breite oder Dicke von jedem der Tragekörper oder Membran modifiziert werden. Um eine Anzahl dieser Möglichkeiten darzustellen, bilden die Figuren 27 und 28 eine unterschiedliche Tragekonstruktion fur jedes der Lagersegmente 321-326 ab. Es wird verständlich sein, daß verschiedene Tragekonstruktionen in einem Einzellager zu Zwecken der Darstellung gezeigt werden. Bei normalem Gebrauch würde jedes der Lagersegmente 323-326 eine ähnliche, obgleich nicht notwendigerweise identische Tragekonstruktion haben, um einheitliche Ausführungen zu sichern.
Die Tragekonstruktion für Lagersegment 322 unterscheidet sich von der des Lagersegmentes 321 aufgrund der Bereitstellung eines Loches oder Öffnung 422, welche sich durch den Tragekörper 346 erstreckt, um so den Tragekörper 346 in eine Vielzahl von Tragekörpern oder Untertragekörpern 346(a) und 346(b) zu trennen. Wenn, ähnlich der Öffnung 422, der Durchmesser und der Ort der Öffnung so ist, daß der Tragekörper komplett getrennt ist, wird der Tragekörper in getrennte Tragekörper aufgeteilt. Auf der anderen Seite wird, wenn die Öffnung nur teilweise den Tragekörper trennt (zum Beispiel Öffnung 423) der Tragekörper in Untertragekörper aufgeteilt. Wie in Figur 27 gezeigt wird, bildet die Öffnung 422 eine elliptische Öffnung in der Seite des Tragekörpers 346 so, daß, wie aus Figur 27 ersichtlich, ein radial äußerer Tragekörper 344 sichtbar ist. Aufgrund dieser Konstruktion wird das Segment 322 durch drei abgewinkelte Bänder oder Tragekörper 344, 346(a) und 346(b) getragen.
Das Lagersegment 323 wird durch vier abgewinkelte Tragekörper oder Bänder 344(a), 344(b), 346(a) und 346(b) getragen. Diese Aufbau wird durch Anordnen eines Loches oder einer Öffnung 423 erreicht, welche sich sowohl durch den Tragekörper 344 als auch durch den Tragekörper 346 erstreckt und die Segmenttrageoberfläche 342 in zwei Abschnitte unterteilt.
Es sollte angemerkt werden, daß mit Bezug auf all die Modifikationen, die hierin diskutiert werden, die Größe der Öffnungen ausgewählt werden sollte, basierend auf dem Grad, in welchem die Tragekörper 344 und 346 in getrennte Tragekörper aufgeteilt werden sollen. In einigen Beispielen kann es wünschenswert sein, die Tragekörperabschnitte komplett zu trennen, in welchem Fall eine größere Öffnung benutzt werden würde. In anderen Beispielen, wie die, die im Hinblick auf die Träger des Lagersegmentes 323 dargestellt werden, ist es wünschenswert, den Tragekörper an einigen Punkten entlang der Seitenwand des Tragekörpers zu unterteilen. Es sollte ebenso angemerkt werden, daß ebenso die Zeichnungen nur die Bereitstellung von einer Öffnung für die Lagersegmenttragekonstruktion zeigen, um die Tragekörper 344 und 346 aufzuteilen. Es ist möglich, daß zwei oder mehrere Öffnungen ähnlich zu denen der Öffnungen 422-426, die in Figur 28 gezeigt werden, geliefert werden könnten, um so die Tragekörper 344, 346 in drei oder mehrere Tragekörper oder Untertragekörper aufzuteilen. Wie immer hängt die Bestimmung des Typs von Träger, der zu verwenden ist, von den gewünschten Ausführungscharakteristiken ab. Für gewöhnlich machen das Aufteilen der Tragekörper in getrennte Tragekörper oder Untertragekörper die Tragekonstruktion mehr flexibel. Durch das Flexiblermachen der Tragekonstruktion in einer Richtung, wie mit der Tragekonstruktion für Lagersegmente 322, 324 und 326, werden die Lagersegmente in einer vorbestimmten Richtung vorbelastet.
Die Tragekonstruktion für Lagersegment 324 ist ähnlich zu der des Lagersegmentes 322, mit Ausnahme, daß die Öffnung 424 sich durch den äußeren Unterstützungstragekörper 344 eher als durch den inneren Unterstützungstragekörper 346 erstrecken. Somit wird, ähnlich zu dem Lagersegment 322, das Lagersegment 324 durch drei abgewinkelte Schenkel getragen.
Die Tragekonstruktion für Lagersegment 325 ist ähnlich zu der des Lagersegmentes 321, mit der Ausnahme, daß eine Öffnung 425 durch den äußeren peripheren Tragekörper 380 und die periphere Membran 360 in einer nicht symmetrischen Position angeordnet ist. Somit wird das Lagersegment 325 in eine vorbestimmte Richtung vorbelastet, das heißt, die Richtung der größten Flexibilität, die durch die Bereitstellung der Offnung 425 verursacht wird.
Die Tragekonstruktion für das Lagersegment 326 ist ähnlich zu der des Lagersegmentes 322, mit der Ausnahme, daß die Öffnung 426, welche den Tragekörper 346 aufteilt, in einer nicht symmetrischen Art angeordnet ist, um so ein Lagersegment 326 in der Richtung der größten Flexibilität vorzubelasten, das heißt, die Richtung des kleineren, flexibleren Tragekörpers.
Natürlicherweise könnte jede Kombination von Tragekonstruktionen, die in Figuren 27, 28 dargestellt werden, verwendet werden, um die gewünschten Ausführungscharakteristiken zu erreichen.
Die Figuren 29-30 stellen eine andere Ausführungsform des Lagers dar. Wie den Zeichnungen gezeigt ist, beinhaltet das Lager eine Vielzahl von Lagersegmenten 521-526 (der Ort wird gestrichelt in Figur 30 gezeigt). Jedes der Lagersegmente 521-526 ist normiert mit und getragen auf einer Lagersegmenttragekonstruktion. Für gewöhnlich beinhaltet die Lagersegmenttragekonstruktion mindestens eine primäre Tragekonstruktion, die einen inneren kreisförmigen Unterstützungstragekörper 546 und einen äußeren kreisförmigen Unterstützungstragekörper 544 beinhaltet, ein sekundäres Trageteil, das eine innere periphere Membran 362 beinhaltet und ein tertiäres Trageteil, das eine äußere periphere Membran 364 und einen inneren peripheren Unterstützungstragekörper 382 und einen äußeren peripheren Unterstützungstragekörper 380 beinhaltet. Wie am besten in der Figur 29 gezeigt wird, werden die kreisförmigen Unterstützungstragekörper 544, 546 teilweise durch einen tiefen kreisförmigen Kanal definiert, der sich von dem Boden des Lagers zu dem Lagersegment erstreckt. Die Unterstützungstragekörper werden weiterhin durch eine Vielzahl von Löchern und Öffnungen 620 definiert, die symmetrisch über die Lagersegment-tragekonstruktion angeordnet sind, welche die Tragekörper 544, 546 von den benachbarten Tragekörpern trennen. Somit wird zum Beispiel das Lagersegment521 auf einem Paar von Tragekörpern 544 und 546 getragen, wobei die Tragekörper im allgemeinen gekrümmte Seitenwände haben. Wie bereits früher erwähnt, beinhaltet die Tragekörpertragekonstruktion ebenfalls Membrane 364, 362 und periphere Tragekörper 380, 382. Zahlreiche Modifikationen von der Lagertragekonstruktion sind möglich. Um eine Zahl dieser Möglichkeiten darzustellen, bilden die Figuren 29 und 30 verschiedene Tragekonstruktionen für jedes der Lagersegmente 521-526. Wie bei der vorangegangen beschriebenen Ausführungsform der Figuren 27-28 sind diese verschiedenen Tragekonstruktionen in einem Einzellager für den Zweck der Darstellung gezeigt. Bei normalem Gebrauch wird es jedes der Lagersegmente 521-526 eine ähnliche, obgleich nicht notwendigerweise identische Tragekonstruktion haben, um einheitliche Ausführungen zu sichern.
Die Tragekonstruktion für das Lagersegment 522 unterscheidet sich von der des Lagersegmentes 521 aufgrund der Bereitstellung eines Loches oder einer Öffnung 622, welche sich durch den inneren kreisförmigen Tragekörper 546 erstreckt, um so den Tragekörper 546 in eine Vielzahl von Tragekörpern 546a und 546b aufzuteilen. Aufgrund dieses Aufbaus wird das Segment 522 durch drei vertikal sich erstreckende Tragekörper oder Bänder 544, 546a, 546b getragen.
Das Lagersegment 523 wird durch vier vertikal sich erstreckende Tragekörper oder Bänder 544a, 544b, 546a und 546b getragen. Diese Konstruktion wird durch Bereitstellen eines Loches oder einer Öffnung 623 erreicht, welche sich sowohl durch den Tragekörper 544, als auch durch den Tragekörper 546 erstreckt. Die dünneren Tragekörper, welche aus dieser Modifikation resultieren, würden natürlicherweise größere Flexibilität haben, als die Tragekonstruktion für Lagersegmente 522 und 521.
Das Lagersegment 524 wird durch fünf relativ dünne, vertikal sich erstreckende Tragekörper oder Bänder getragen. Diese Konstruktion wird durch Anordnen eines Loches oder einer Öffnung 624 erreicht, um den inneren Tragekörper 546 in zwei Tragekörper aufzuteilen und durch Anordnen von zwei Löchern 624, um den äußeren Tragekörper 544 in drei Tragekörper aufzuteilen.
Die Tragekonstruktion für das Lagersegment 525 ist ähnlich zu der des Lagersegmentes 522, mit Ausnahme, daß eine zusätzliche Öffnung 635 nicht symmetrisch den äußeren Tragekörper 544 in zwei Tragekörper aufteilt. Aufgrund der nicht symmetrischen Aufteilung des äußeren Tragekörpers 544 wird das Lagersegment in Richtung der größeren Flexibilität vorbelastet.
Die Tragekonstruktion für das Lagersegment 526 ist ähnlich zu der des Lagersegmentes 522 mit Ausnahme, daß der äußere Tragekörper 544 aufgespalten wird, eher als der innere Tragekörper 546. Weiterhin ist die Öffnung 626 um einiges größer als die Öffnung 622, so daß eine Aussparung auf der äußeren Peripherie des inneren Tragekörpers 546 gebildet wird, um so den inneren Tragekörper 546 um einiges flexibler zu machen.
Natürlicherweise könnte jede Kombination der Tragekonstruktionen, die in den Figuren 29, 30 dargestellt werden, verwendet werden, um die gewünschten Ausführungscharakteristiken zu erreichen.
Die Figuren 29A, 29B, 30A und 30B stellen im Detail ein Axiallager dar, in welchem jedes der Lagersegmente 521A der Tragekonstruktion sehr ähnlich zu der, die in dem Tragelagersegment 521 in den Figuren 29 und 30 benutzt werden, ist. Die Lagerkonstruktion unterscheidet sich insofern, daß der Tragekörper 544A und 546A auf einem Kreis liegen, näher und vertikal kürzer als ihre Gegenspieler in dem Lager, das in den Figuren 29 und 30 dargestellt wird, sind. Natürlicherweise sind kürzere Tragekörper steifer als die vergleichsweise längeren Tragekörper und die verengten Tragekörper sind weniger steif als die vergleichsweise weiteren Tragekörper. Weiterhin ist der Tragekörper 544A radial enger als der Tragekörper 546A; wohingegen in dem Lager, das in den Figuren 29 und 30 dargestellt wird, die Tragekörper 544 und 546 gleiche Breiten haben. Der Unterschied in der radialen Dicke wird kompensiert, da die große Öffnung 620, welche die Umfangsausdehnung der Tragekörper 544A und 546A definiert, so angeordnet ist, daß der Tragekörper 544A entscheidend breiter in der Umfangsrichtung als der Tragekörper 546A ist. Schließlich sollte es bemerkt werden, daß die Öffnungen 620 entscheidend größer als die korrespondierenden Öffnungen 620 in der Lagerkonstruktion der Figur 29 und 30 sind. Natürlicherweise erhöhen die größeren Öffnungen die Flexibilität der Tragekörper, die dadurch definiert wird.
Figur 29C stellt ein Lager von dem Typ dar, der in den Figuren 29A und 29B in einer abgedichteten Lagereinheit dargestellt wird. Wie darin gezeigt, werdeii die Schenkel 380A, 382B des Lagers mit einem statischen Gehäuseteil 2 gesichert. Die Lagersegmente 321A werden angeschlossen, um eine rotierende Oberfläche des rotierenden Gehäuseteiles 3 zu tragen. Das Lager wird von einem hydrodynamischen Strömungsmittel 4 umgeben, und die Dichtungen 7 dichten das statische Zwei- und das rotierende Dreigehäuseteil bezüglich zu einander ab. Wie oben beschrieben wird das statische Gehäuseteil 2 gesichert mit und funktioniert als ein Teil des statischen Wellengehäuses 10, und das drehbare Gehäuseteil 3 wird mit der Welle 5 gesichert und funktioniert als eine Verlängerung der Welle 5. Somit rotiert, wenn die Welle 5 rotiert, das Gehäuseteil 3 relativ zu dem Gehäuseteil 2 und dem Lager, das damit verbunden ist. Auf diese Art wird die Achse der Welle durch das Lager durch das drehbare Gehäuseteil getragen.
Die Figuren 35-37 stellen ein kombiniertes axial- und radialhydrodynamisches Lager dar. Das Lager, das in der Figur 35 dargestellt wird, ist ziemlich ähnlich zu dem Lager, das in der Figur 34 dargestellt wird, und ähnliche Numerierungen werden benutzt, um ähnliche Aufbauten zu kennzeichnen. Ähnlicherweise ist, wie in dem Querschnitt in Figur 37 gezeigt wird, das Lager von den Figuren 36-37 ähnlich zu den Radiallagern, die in den Figuren 4 und 14P gezeigt werden, mit Ausnahme, daß das Lagersegment 1032 und die Lagersegmenttragekonstruktion, welche die Tragekörper und/oder Membrane 1034, 1036 und 1038 beinhalten, durch proportional größere Schlitze und Aussparungen definiert werden. Jedoch unterscheiden sich die Radialaxiallager von den nur Radiallagern darin, daß die Lagersegmentoberfläche 1032pl im Hinblick auf die Hauptachse 1006 angewinkelt wird. Aufgrund ihrer angewinkelten Segmentoberfläche tragen die Lager der Figuren 3537 die Belastungen, die sowohl entlang der Hauptachse 1006 als auch radial von der Achse 1006 wirken. Ein piezoelektrisches Element 100 kann, wie gezeigt wird, angeordnet werden, um selektives Einstellen der Durchbiegecharakteristiken des Lagers zu ermöglichen.
Um durch die abgewinkelte Segmenttragestirnseite 1032ps getragen zu werden, muß die Welle mit einer Laufrille angepaßt werden, welche bei einem Winkel, der komplementär zu dem Winkel von zwei der Segmenttragestirnseiten ist, angewinkelt ist. Das Teil der axialen Last, das Lager und das Teil der radialen Last, die durch das Lager aufgenommen wird, hängen von dem Winkel der Segmentoberfläche 1032ps ab.
Wenn das Segment bei einem Winkel mit Bezug auf die Hauptachse 1006 angewinkelt ist, kann die axiale Last, die auf das Lager angewendet wird, durch die folgende Gleichung bestimmt werden:
Angewendete axiale Last = gesamte axiale Last x (sin ).
Ähnlich kann die radiale Last, die auf das Lager angewendet wird, durch die folgende Gleichung bestimmt werden:
Angewendete radiale Last = gesamte radiale Last x (cos ).
Die Tragekonstruktion für das Lager, das in der Figur 35 gezeigt wird, ist ähnlich zu der Tragekonstruktion für das Lager, das in der Figur 34 gezeigt wird.
Die Tragekonstruktion für das Lager, das in den Figuren 36 und 37 dargestellt wird, beinhaltet eine primäre Tragekonstruktion für die mit Zwischenraum versehenen Lagersegmente 1032, die einen Tragekörper 1034 haben, welcher das Lagersegment 1032 trägt, eine tertiäre Tragekonstruktion, welche ein Paar von auf einem Kreis liegende Tragekörper 1038, welche fortlaufend sein können, umfaßt. Die sekundäre Tragekonstruktion umfaßt eine Membran 1036 oder ein Netz an Tragekörpern 1036 zum Verbinden des Tragekörpers 1034 mit den Tragekörpern 1038. Wie am besten in der Figur 36 gezeigt wird, ist die Tragekonstruktion für jedes aus der Vielzahl der Lagersegmente 1032 nicht symmetrisch. Dementsprechend ist das Lager, das in den Figuren 36 und 37 dargestellt wird, in eine Richtung laufend.
Die Figur 37A stellt ein Lager von dem Typ, der in der Figur 37 in einer abgedichteten Lagereinheit dargestellt ist, dar. Wie darin gezeigt wird, sind die Schenkel 1038 des Lagers mit einem statischen Gehäuseteil zweigesichert. Die Lagersegmente 1032 werden angeschlossen, um eine schräg liegende, rotierende Oberfläche des rotierende Gehäuseteiles 3 zu tragen. Das Lager wird von einem hydrodynamischen Strömungsmittel 4 umrundet, und die Dichtungen 7 dichten das statische Zwei- und das rotierende Dreigehäuseteil in bezug aufeinander ab. Wie oben beschrieben, ist das statische Gehäuseteil 2 gesichert mit und funktioniert als ein Teil des statischen Wellengehäuses, und das drehbare Gehäuseteil 3 wird mit der Welle 5 gesichert und funktioniert als eine Verlängerung der Welle 5. Somit rotiert, wenn die Welle 5 rotiert, das Gehäuseteil 3 relativ zu dem Gehäuseteil 2 und dem Lager, das damit verbunden ist. Auf diese Art trägt das Lager die Welle sowohl axial, als auch radial durch das schräg liegende Gehäuseteil.
Im allgemeinen kann jede der gewöhnlichen Lagekonstruktionen, die in dieser Anmeldung beschrieben werden, in dem Design eines kombinierten Radial-Axiallagers von dem Typ, der in den Figuren 36 und 37 dargestellt wird, verwendet werden. Natürlich müssen, um die kombinierten Radial- und Axiallagercharakteristiken zu erreichen, die Lagersegmentoberfläche bei einem Winkel zwischen 0 und 90º im Hinblick auf die Hauptachse angewinkelt werden. Als weiteres wird der Bedarf, sowohl radialen als auch axialen Lasten standzuhalten, das Design der Lagersegmenttragekonstruktion einschränken.
Eine andere Form eines kombinierten Radial-Axiallagers wird in den Figuren 43 und 43A gezeigt. Wie darin gezeigt wird, ist das Lager durch Zusammenbauen von diskreten Lagerbauteilen gebildet. Im allgemeinen beinhaltet ein kombiniertes Radial-Axiallager von diesem Typ einen Träger, der zwei axiale Stirnseiten hat, eine innere Peripherie und eine äußere Peripherie, die zum Montieren in einem Gehäuse angeordnet sind. Mindestens ein radiales Lager RB wird getragen auf, verbunden mit, oder integral mit der inneren Peripherie des Trägers verbunden, uni einen radialen Wellenträger zu liefern. Eine Anzahl von kreisförmig angeordneten, mit Zwischenraum versehenen Öffnungen werden auf mindestens einer der zwei axialen Stirnseiten des Trägers ausgebildet. Eine Vielzahl von Lagersegmenten sind in diesem Öffnungen angeordnet. Auf diese Art wird eine axiale Stimseite auf dem Lager angeordnet.
In dem speziellen Beispiel, das in den Figuren 43 und 43A dargestellt wird, beinhaltet das Lager zwei radiale Lager RB von dem Typ, der in der Figur 8 gezeigt wird und oben diskutiert wird. Wie bereits oben erwähnt wurde, liefert dieser Typ von Lager ein in zwei Richtungen laufendes Tragen. Natürlich könnte jedes der hydrodynamischen Lager, wie beschrieben, in eine Richtung oder in zwei Richtungen laufend benutzt werden. Wie gezeigt, sind die radialen Lager getrennte Elemente, die durch den Träger 110 getragen werden. Die Lager könnten ebenso integral mit dem Träger 110 geformt werden oder damit verbunden werden. Die Axialsegmente 112 können von dem Typ, der in Verbindung mit der Figur 42, die unten diskutiert wird, beschrieben wird, sein. Insbesondere beinhalten die Segmente ein Segment 114, ein primäres Trageteil 116, ein sekundäres Trageteil 118 und ein tertiäres Trageteil 120. Das primäre Trageteil 116 kann eine Vielzahl von schräg liegenden Schenkeln oder ein einzelnes hohles konisches (oder, noch genauer, Kegelstumpf) geformtes Element sein. Ähnlich können das sekundäre 118 und das tertiäre 120 Trageteil fortlaufend sein oder in individuelle Teile aufgeteilt werden.
Ein weiterer Aspekt ist die Offenbarung der bearbeitbaren Lagerformen. In anderen Worten, Lagerformen, welche durch Bearbeiten eines Stückes aus stark gewandetem Rohr oder ähnlich zylindrischen Achsen durch Benutzen von standardmäßig erhältlichen Bearbeitungstechniken hergestellt werden können. Solche Lager sind gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie aus einem Stück eines starkwandigen Rohres oder einer ähnlichen zylindrischen Achse durch die Bereitstellung von Bohrungen, Schlitzen und Aussparungen geformt werden. Der Vorteil von solchen Lagern ist, daß es leicht ist, Prototypen herzustellen und diese Prototypen nach dem Test zu modifizieren. Natürlicherweise können, wenn die Lager in Massen produziert werden sollen, durch Benutzen von zum Beispiel Presstechnik oder Gießtechniken, verschiedene Herstellungsbetrachtungen verschiedene Formen diktieren. Es ist wichtig zu erkennen, daß Veränderungen in der Form sich auf die Lagerausführung auswirken.
Eine andere Herstellungsbetrachtung ist die Leichtigkeit des Pressens. Natürlicherweise sind die meisten der Lagerkonstruktionen, die beschrieben werden, dazu imstande, durch einige Presstechniken gepreßt zu werden. Jedoch können nur bestimmte Formen in einer einfachen Zwei-Stückform, das heißt, eine Form, welche keine Flocken beinhaltet, spritzgegossen werden. Ein anderer Vorteil der Lager, die beschrieben werden, ist, daß die Lager mit leicht formbaren Formen aufgebaut werden können, welche als Formen definiert werden, welche spritzgegossen werden können, durch Benutzen einer einfachen Zwei-Stückform. Eine einfache formbare äußere Form ist für gewöhnlich durch die Abwesenheit von "verborgenen" Höhlen gekennzeichnet, welche Nocken zum Formen erfordern. Zum Beispiel beinhaltet, im Hinblick auf die radialen Lager, eine leicht formbare äußere Form eine radial sich erstreckende Aussparung in dem inneren und äußeren Durchmesser und einen durchlaufenden axialen Querschnitt. Das Lager, das in Figur 32 und 32A und 32B gezeigt wird, ist ein Beispiel eines leicht formbaren radialen oder Achslagers.
Ähnlich sind leicht formbare Axiallager gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie mit einer einzigen Nahtlinie geformt werden können, so daß zum Beispiel, wenn sie nur von oben oder von unten angeschaut werden, alle Oberflächen sichtbar sind.
Figuren 38A-38C stellen ein leicht formbares Axiallager dar. Das Lager beinhaltet eine Vielzahl an auf einem Kreis liegende mit Zwischenraum versehene Lagersegmente 132m und eine Tragekonstruktion, die jedes der Lagersegmente 132m trägt. Die Tragekonstruktion beinhaltet ein primäres Trageteil, welches auf einem Kreis liegende Tragekörper 134mb und 134ma beinhaltet, ein sekundäres Trageteil, welches einen radial sich erstreckenden Tragekörper 135m beinhaltet und ein tertiäres Trageteil, welches das stumpfähnliche Paar an Tragekörpern 138m beinhaltet. Es sollte bemerkt werden, daß in den Figuren 38A-38C die Dimensionen der Tragekonstruktion um einiges verzerrt sind, um Klarheit zu liefern. Zum Beispiel werden, wie in Figur 38C gezeigt wird, die auf einem Kreis liegenden Tragekörper 134ma und 134mb als extrem dick gezeigt. Solch ein Tragekörperaufban würde einen sehr starren Träger für die Lagersegmente 132m liefern und in der Praxis würde solch ein starrer Träger wahrscheinlich nicht notwendig oder wünschenswert sein.
Die Varianten des speziell formbaren Tragekörperaufbaus, der dargestellt wird, sind möglich. Zum Beispiel könnte eines oder beide der mit Zwischenraum versehenen auf einem Kreis angeordneten Tragekörpersegmente 134ma oder 134mb als ein durchlaufendes auf einem Kreis liegendes Tragekörperelement geformt werden. Zusätzlich könnte das sekundäre Trageteil eine Vielzahl an radial sich erstreckenden Tragekörpern zwischen jedem Lagersegment 132m beinhalten. Weiterhin könnte die primäre Tragekonstruktion modifiziert werden, um drei oder mehr auf einem Kreis angeordnete Tragekörpersegmente zu beinhalten, die jedes Paar an benachbarten Lagersegmenten verbinden und/schräg auf einem Kreis liegende Tragekörpersegmente von verschiedener radialer Breite könnten benutzt werden. Weiterhin könnten stumpfähnliche Tragekörperteile 138m entlang der radial sich erstreckenden Kanten des Tragekörpers 136 angeordnet werden, eher als die auf einem Kreis liegenden sich erstreckenden Enden. Schließlich könnte die Konstruktion ebenfalls durch Verändern der Länge oder der Dicke von jedem der Elemente in der Tragekonstruktion verändert werden, um die Durchbiegungscharakteristiken der Tragekonstruktion zu modifizieren.
Um eine Anzahl von möglichen Trageaufbaukonstruktionen darzustellen, bildet die Figur 38D eine unterschiedliche Tragekonstruktion für jedes der Lagersegmente 321m-326m ab. Insbesondere ist die Figur 38P eine Bodenansicht mit den Modifikationen, die darin dargestellt werden. Es sollte verständlich sein, daß diese verschiedenen Tragekonstruktionen in einem einzelnen Lager zu Zwecken der Darstellung gezeigt werden. Im normalen Gebrauch würde jedes der Lagersegmente 321-326m eine ähnliche, obwohl nicht notwendigerweise identische Tragekonstruktion haben, um eine einheitliche Ausführung zu sichern.
Das Lager für das Lagersegment 322m unterscheidet sich von dem für das Lagersegment 132m darin, daß eine oval geformte Projektion sich von der Hinterseite der Lagersegmentoberfläche erstreckt, um ein starres Tragen für die äußere kreisförmige Kante des Lagersegmentes 321m zu liefern. Aufgrund dieser Konstruktion würde das Lagersegment 321m extrem starr an seinem äußeren kreisförmigen Ende sein.
Der Träger für das Lagersegment 322m ist ähnlich zu dem von 321m, mit der Ausnahme, daß eher als eine einzelne große Projektion zwei kleinere Projektionen 322m sich von dem Boden des Lagers, das der äußeren kreisförmigen Kaute des Lagersegmentes nahe liegt, erstreckt. Ähnlich der Projektion 120m liefert diese zwei Projektionen 122m Starrheit für die äußere kreisförmige Kante des Lagersegmentes 322m. Diese Konstruktion erlaubt jedoch dem Lager, in dem ungetragenen Bereich zwischen den Projektionen sich durchzubiegen.
Das Lagersegment 322m wird durch modifizierte Tragekonstruktion getragen, welche einen durchgehenden kreisförmigen Tragekörper 134ma in dem primären Trageteil beinhaltet. In ähnlicher Weise beinhaltet das Lagersegment 124m einen durchlaufenden inneren kreisförmigen Tragekörper 134mb. Die Bereitstellung von solchen durchlaufenden Tragekörpern erhöht die Steifigkeit der Lagertragekonstruktion.
Die Tragekonstruktion für das Lagersegment 325 wird durch die Bereitstellung von großen Öffnungen 142m in dem inneren Tragekörper 134mb und kleineren Öffnungen 144 in dem äußeren Tragekörper 134ma modifiziert. Die Bereitstellungen dieser Öffnungen erhöhen die Flexibilität der Tragekörper. Natürlicherweise erhöhen die größeren Öffnungen die Flexibilität des Tragekörpers um einen größeren Betrag als die kleinen Öffnungen 144. Varianten dieser Tragekonstruktion beinhalten den Gebrauch von verschieden großen Öffnungen oder eine unterschiedliche Anzahl von Öffnungen, um das Lagersegment 325m in eine vorbestimmte Richtung vorzubelasten.
Das Lagersegment 326m wird durch eine modifizierte Konstruktion getragen, in welcher das primäre Lagerteil eine Membran 134m beinhaltet, eher als ein Paar an Tragekörpern. In dem dargestellten Beispiel wird eine der Membrane mit einer Öffnung 146 ausgestattet, um das Lagersegment 326m in eine vorbestimmte Richtung vorzubelasten. Natürlich ist die Bereitstellung der Öffnung 146m nicht notwendig und wenn gewünscht, könnte eine Anzahl an Öffnungen bereitgestellt werden.
Wie aus diesen Zeichnungen ersichtlich ist, beinhalten die formbaren Lager nicht irgendwelche verborgenen Höhlen, welche den Gebrauch einer komplexen Form und/oder einer Form, die einen ersetzbaren Nocken beinhaltet, notwendig machen würde. Insbesondere kann, da jede Oberfläche des Lageraufbaus direkt sichtbar, entweder in der Draufsicht von Figur 38A oder in der Bodenansicht von Figur 38b ist, das Lager einfach geformt werden, durch Benutzen einer Zweistückform. Insbesondere definiert ein erstes Stück solche Oberflächen, welche direkt sichtbar nur in der Draufsicht der Figur 38A sind. Das zweite Formstück definiert solche Oberflächen, welche nur sichtbar in der Bodenansicht der Figur 38B sind. Oberflächen, die Kanten haben, welche in beiden Figuren 38A und 38B sichtbar sind, können durch Benutzen von entweder einer oder beider Formen geformt werden. In dem dargestellten Lager wird leichte Formbarkeit erreicht, da das sekundäre und tertiäre Trageteil kreisförmig in dem Zwischenraum zwischen den Lagersegmenten angeordnet sind. Die Modifikationen, die in der Figur 33D dargestellt werden, verändern nicht die leichte Formbarkeit des Lagers.
Figur 38E stellt ein Lager von dem Typ, der in den Figuren 38A-38D in einer abgedichteten Lagereinheit gezeigt wird, dar. Wie darin gezeigt wird, wird das Lager mit einem statischen Gehäuseteil 2 gesichert. Die Lagersegmente 232m werden angeordnet, um eine rotierende Oberfläche des rotierenden Gehäuseteiles 3 zu tragen. Das Lager wird von einem hydrodynamischen Strömungsmittel 4 umgeben und die Abdichtungen 7 dichten das statische Zwei- und das rotierende Dreigehäuseteil bezüglich zueinander ab. Wie oben beschrieben, wird das statische Gehäuseteil 2 gesichert mit und funktioniert als ein Teil des statischen Wellengehäuses und das drehbare Gehäuseteil 3 wird mit der Welle 5 gesichert und funktioniert als eine Verlängerung der Welle 5. Somit rotiert, wenn die Welle 5 rotiert, das Gehäuseteil 3 relativ zu dem Gehäuseteil 2 und dem Lager, das damit verbunden ist. Auf diese Art werden Axiallasten auf der Welle durch Lager durch das rotierende Gehäuseteil 3 getragen.
Komplexere Varianten des formbaren Axiallagers, das in den Figuren 38A- 38D dargestellt wird, sind möglich. Insbesondere könnte jede der vorher diskutierten Modifikationen des Lageraufbaues, welcher zum leichten Formen gebracht werden kann, verwendet werden. Zum Beispiel könnte die primären Unterstützungstragekörper durchlaufend sein. Somit erfordert die Bereitstellung von einem leicht formbaren Lager nicht notwendigerweise einen einfachen Lageraufbau. Ein Beispiel eines komplexeren Lageraufbaus wird in den Figuren 39A-39C dargestellt.
Wie in den Figuren 39A-C dargestellt wird, beinhaltet das Lager eine Vielzahl von auf einem Kreis angeordnete mit Zwischenraum versehene Lagersegmente 232m, die von einer Lagersegmenttragekonstruktion getragen werden. Das sekundäre und tertiäre Teil der Tragekonstruktion ist ähnlich zu den korrespondierenden Teilen der Lagertragekonstruktion von Figur 38. Jedoch unterscheidet sich das Lager von Figur 39 von dem Lager von 38 darin, daß in dem Lager von Figur 39 das primäre Trageteil eine Vielzahl von komplexen Tragekörpern 234 beinhaltet. Spezifischer wird jedes Lagersegment durch einen radial äußeren durchlaufenden komplexen kreisförmigen Tragekörper 234ma getragen. Die Segmente werden weiterhin durch die Vielzahl der mit Zwischenraum angeordneten auf einem Kreis liegenden komplexen Tragekörpern 234mb getragen. Die komplexen Formen des durchlaufenden Tragekörpers 234ma und der Tragekörpersegmente 234mb können am besten im Hinblick auf die Figuren 39C verstanden werden, welche einigermaßen schematisch das Profil der komplexen Tragekörper 234 zeigen. Während der Funktion funktionieren die Tragekörper 234ma und 234mb als ein Tragekörpernetz. Somit kann gesehen werden, daß zahlreiche komplexe Axiallagerkonstrukionen geliefert werden können, während die Fähigkeit, das Lager mit einer einfachen Zweistückform, das heißt, leichte Formbarkeit, erhalten bleibt. Natürlicherweise liefert jeder Aufbau eindeutige Durchbiegungscharakteristiken, welche beim Designen der Lager für die optimale Keilbildung berücksichtigt werden müssen.
In bestimmten gas- oder luftgeschmierten Durchbiegungssegmentlagern gibt es Fälle, wo Belastungen oder Geschwindigkeiten die Fähigkeiten eines Luftfilmes übersteigen. In diesen Fällen ist es notwendig, ein Schmiermittel vom flüssigen Typ in den zusammenlaufenden Keil einzuführen, ohne ein flüssiges Reservoir oder ein Bad anzuordnen. Die Figuren 40, 40A, 41 und 41A stellen Lagerkonstruktionen zum Erreichen dieses Zweckes dar. Insbesondere stellen diese Zeichnungen ein selbstschmierendes Durchbiegungssegmentlager dar. Das Lager ist im wesentlichen ein Durchbiegungssegmentlager von dem Typ, der hierin beschrieben wird, welches modifiziert worden ist, um schmierende Plastikmasse in ihren verschiedenen Öffnungen zu beinhalten.
Die Plastikmasse, die in dem Lager verwendet wird, ist eine konventionell gießbare poröse Plastikmasse, welche dazu imstande ist, schmierende Flüssigkeit zu absorbieren, wenn sie in solch einer Flüssigkeit eingeweicht wird. Eine von diesen Plastikmassen wird unter dem Handelsnamen POREX verkauft. Im allgemeinen kann die poröse Plastikmasse aus verschiedenen Plastikmassen durch Einführen von Luft in das Plastikmaterial gebildet werden, um die Poren zu bilden. Insbesondere wird die Flüssigkeit in der porösen Plastikmasse auf eine dochtähnliche Weise absorbiert und auf diesem Platz durch die Plastikmasse gehalten.
Das schmierende Durchbiegungssegmentlager ist durch Hernehmen eines konventionellen Achs-, Axial- oder kombinierten Radial- und Axial- Durchbiegungssegmentlagers des Typs, der oben beschrieben wird, und durch in Formgießen oder Einspritzen der konventionell porösen Plastikmasse um und in die Zwischenräume zwischen den Durchbiegeteilen aufgebaut. Als eine Konsequenz dieser Konstruktion veranlaßt während der Funktion die Bewegung der Welle und die Kompression der Durchbiegeteile die Schmierflüssigkeit, die poröse Plastikmasse, die in der vorderen Kante des zusammenlaufenden Teiles gezeigt ist, zu verlassen. Die Bildung des flüssigkeitsgefüllten Keiles vergrößert wesentlich die Belastung und die Geschwindigkeitsfähigkeit des Lagers. Nachdem die Flüssigkeit an der Segmentoberfläche vorbeigelaufen ist, wird sie durch die poröse Plastikmasse reabsorbiert, nachdem sie die hintere Kante verlassen hat.
Ein weiterer Aspekt ist der Verbindungsaufbau, der ein Standardlagermaterial mit der porösen Plastikmasse kombiniert. Aufgrund dieser Verbindung ist es möglich, aus den einheitlichen Charakteristiken von beiden Materialien Vorteile zu ziehen. Insbesondere stellen konventionelle poröse Plastikmassen schlechte Durchbiegungssegmentlagermaterialien her, da die Poren in der Plastikmasse eigentlich Hohlräume sind, die schädlich für die Entwicklung des sehr dünnen Flüssigkeitsfilmes sind. Auf der anderen Seite sind konventionelle Plastikmassen oder Metallagermaterialien, die keine Poren haben, nicht dazu imstande, Schmiermittel in einem größeren Ansmaß zu absorbieren. Jedoch können durch den Gebrauch von beiden Materialien in einer Weise, wie sie oben beschrieben wird, ein effektives Selbstschmieren des hydrodynamischen Lagers erhalten werden. Weiterhin gibt es synergistische Ergebnisse von dem kombinierten Gebrauch eines Standardlagermateriales und der Schmiermittel absorbierenden porösen Plastikmasse. Zum Beispiel hilft das Durchbiegen der Lageroberfläche beim Hineinzwängen des flüssigen Schmiermittels in die vordere Kante. Weiterhin hilft die Kanalbildung oder das Schmiermittelzurückhalten zur Bildung der Lageroberfläche beim Behalten der Flüssigkeit.
Die Figuren 40 und 41 zeigen zwei Beispiele des selbstschmierenden Durchbiegesegmentlagers. Insbesondere zeigen diese Zeichnungen Lager, die ähnlich zu den Lagern, die oben beschrieben wurden, sind, welche modifiziert worden sind, um die Flüssigkeit absorbierende poröse Plastikmasse, die in die Zwischenräumen zwischen den Durchbiegeteilen gefüllt wird, zu beinhalten. Bis zu einem gewissen Ausmaß wirkt das Lager als ein Skeletteil und das poröse Plastikmassenteil wirkt als ein Schmiermittel zurückhaltendes und sich lösender Schwamm.
Insbesondere zeigen die Figuren 40 und 40A ein selbstschmierendes Lager, das einen unterlagerten Lageraufbau hat, welcher im wesentlichen identisch mit dem Lager, das in den Figuren 32, 32A gezeigt wird, ist. Wie auch immer, der Lageraufbau von Figur 40 wird so modifiziert, daß poröse Plastikmasse die Öffnungen zwischen den Lagern und den Öffnungen innerhalb der Tragekonstruktion füllt, welche durchlaufend mit den Zwischenräumen zwischen den Lagersegmenten 732 sind. Natürlicherweise könnte die Zwischenräume unter den Lagersegmenten mit poröser Plastikmasse genauso aufgefüllt werden. Jedoch so lange es keine Kommunikation zwischen der porösen Plastikmasse und der Lagersegmentoberfläche gibt, würde die Bereitstellung solcher poröser Plastikmassenbereiche fruchtlos sein.
Ähnlich zeigen die Figuren 41 und 41A ein Lager, das eine Konstruktion hat, die virtuell identisch mit der Konstruktion des kombinierten Radial- und Axiallagers, das in den Figuren 36 und 37 gezeigt wird, ist. Jedoch wird die poröse Plastikmasse wiederum in die Lücken oder Zwischenräume innerhalb der Tragekonstruktion zwischen dem Ende zwischen den Segmenten eingespritzt. Wiederum resultiert das Einspritzen der porösen Plastikmasse, wie dargestellt, in einem Lager, das einen durchlaufenden inneren Durchmesser hat. Ähnlich dem Lager von Figur 40 verändern die Materialcharakteristiken entlang des inneren Durchmessers sich entscheidend.
Insbesondere beinhaltet, ähnlich wie in dem Lager von Figur 40, der innere Durchmesser des Lagers von Figur 41, keiltragende Lagersegmentoberflächen und auf einem Kreis liegende mit Zwischenraum versehene Schmiermittel Freisetzungs- und Absorbierungs-und Zurückhalteteile. Während der Funktion veranlaßt die Bewegung der Welle und die Kompression der Durchbiegeteile die schmierende Flüssigkeit, die poröse Plastikmasse zu verlassen und in die vordere Kante des zusammenlaufenden Keiles eingeführt zu werden. Die Bildung des flüssigkeitsgefüllten Keiles erhöht wesentlich die Belastung und die Geschwindigkeitsfähigkeit des Lagers.
Die Herstellung des selbstschmierenden Durchbiegesegmentlagers beinhaltet drei allgemeine Schritte. Erstens, das Basislager oder das Skeletteil wird aus Standardlagermaterial gebildet. Zweitens, die poröse Plastikmasse wird in die gewünschten Zwischenräume in dem Lageraufbau eingespritzt. Zu Zwecken der Herstellungsbequemlichkeit ist die Plastikmasse in dem Lager ohne Schmiermittel. Schließlich wird das Lager mit der porösen Plastikmasse, die in die gewünschten Zwischenräume eingespritzt wird, mit flüssigem Schmiermittel geladen. Für das genaue Beladen der Plastikmasse mit flüssigem Schmiermittel ist es notwendig, das Schmiermittel von einer Seite aus einzudochten. Das Vermischen in der Flüssigkeit führt zu einem ungefüllten internen Anteil. Dies wird durch das Nichterlauben der Poren, von einer Seite zu lüften, verursacht. In der Figur 40 ist der Grundlageraufbau ein kombinierter Radial- und Axialaufbau, ähnlich zu dem, der in der Figur 36 gezeigt ist. Die poröse Plastikmasse füllt die Lücken innerhalb der Tragekonstruktion. Die Bereitstellung der porösen Plastikmasse gehört zu einem Verbindungslager, das eine durchlaufende innere Durchmesseroberfläche hat. Jedoch kreuzen die Durchbiegecharakteristiken die Oberfläche sehr stark. Insbesondere sind die Durchbiegesegmente, welche aus Standardlagermaterialien, wie Metall oder nicht poröse Plastikmassen gebildet werden, zum Durchbiegen und Bilden eines Flüssigkeiles geeignet. Auf der anderen Seite sind die porösen Plastikmassenanteile für die Kompression geeignet, um so das Schmiermittel an der vorderen Kante der Lagersegmente zu lösen und das Schmiermittel an der hinteren Kante der Lagersegmente zu absorbieren.
Wie im Hinblick auf jedes der dargestellten Beispiele, die oben beschrieben werden, bemerkt wird, können die Lager gebildet werden, um für ein Keilverhältnis von 1:2 bis 1:5 zu liefern, wobei die deformierbare Lageroberfläche die Form hat, welche modifiziert werden kann, wobei sechs Freiheitsgrade des Segmentes erlaubt sind und worin eine Stoßdämpfertyp ähnliche Dämpfungswirkung geliefert wird. Die Lager sind typischerweise eine einheitliche Konstruktion
Aufgrund des Keiles, der durch die Durchbiegung des Lagersegmentes gebildet wird und der Fähigkeit des Segmentes, mit sechs Freiheitsgraden sich zu bewegen, weist das Lager außergewöhnliche Ausführungscharakteristiken auf. Insbesondere können die Lagerdimensionen und die Durchbiegevariablen, die die Anzahl, die Größe, die Form, den Ort und die Materialcharakteristiken der Elemente, die in dem Einheitslager definiert werden, beinhalten, für jede spezifischen Anwendung zugeschnitten werden, um eine breite Vielfalt an Belastungen zu tragen. Von diesen Variablen ist die Form der Trageteile besonders wichtig. Die Auswirkungen der Form der Trageteile auf die Durchbiegekennzeichen der Tragekonstruktion können abgeschätzt werden, wenn die Variablenformen für das Moment der Trägheit bh³/12 (englische Einheiten) (die Hauptkomponente des Teilabschnittumrechnungsfaktors für den senkrechten Teilabschnitt z = I/c = bh²/6) in einem Beispiel benutzt werden. Weiterhin erlaubt die Fähigkeit des Segmentes mit sechs Freiheitsgraden sich zu bewegen, dem Lager den Wellenversatz zu kompensieren und zu korrigieren. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß die Lager eine selbstkorrigierende Charakteristik haben, die aus der Tendenz des Lagers resultiert, zu seinem nicht durchgebogenen Zustand aufgrund der Steifigkeit des Lagers zurückzukehren. Natürlich ist die Steifigkeit des Lagers primär eine Funktion der Form der Tragekonstruktion und in einem geringeren Ausmaß der anderen Durchbiegevariablen, einschließlich der Anzahl, der Größe, dem Ort und den Materialcharakteristiken der Elemente, die durch die Aussparungen und Einschnitte oder Schlitze, die in den Einheitselementen gebildet sind, definiert werden. Steifere Lager haben eine größere selbstkorrigierende Tendenz, aber sie sind auch weniger dazu imstande, den Wellenversatz einzustellen.
Teste haben gezeigt, daß die Lager, die beschrieben werden, wesentlich verbesserte Ausführung aufweisen, sogar Vergleich zu dem Aufbau, der in dem vorherigen Patent Nr. US-A-4 496 251 des vorliegenden Erfinders offenbart wird. In einem zurückliegenden Test wurden die Achslager, die beschrieben wurden, in einem Radiallager mit einer radialen Umhüllung von 2.31 mm (0.091") benutzt. Nach innen gerichtete Durchbiegungen des Lagersegmentes waren 0.0076 mm (0.0003"), welche eine ausgezeichnete Stabilität und eine Lagerausführung lieferten. Eine vergleichbare Anordnung, die die Anordnung, die in dem vorherigen Patent Nr. US-A 4 496 251 gezeigt wird, benutzt, würde einen radialen Zwischenraum von 7.6 mm (0.30") erforderlich machen.
In den konventionell hydrodynamischen Achslagern ist es typischerweise notwendig, eine Flüssigfilmaussparung zwischen der Lagersegmentoberfläche und dem Wellenteil, das zu tragen ist, anzuordnen. Dies erfordert extrem enge Herstellungstoleranzen, welche ein Hindernis für hohe Volumenproduktion sein können.
Die Lager, die beschrieben werden, können so geschaffen werden, um dem Bedarf für solche engen Herstellungstoleranzen zu vorzubeugen. Insbesondere ist es möglich, durch Anordnen von passenden Bohrungen, Aussparungen und Einschnitten oder Schlitzen, ein Lager zu definieren, das virtuell jede gewünschte Ausführungscharakteristik hat. Eine von solchen Charakteristiken ist die Steifigkeit oder Federcharakteristik des Lagersegmentes in Richtung der Last, das heißt, in die radiale Richtung (radiale Steifigkeit) im Hinblick auf die Achsiager und in die axiale Richtung (axiale Steifigkeit) im Hinblick auf die Axiallager. Es ist in der Lagertechnik bekannt, daß der Strömungsmittelfilm zwischen der Welle und dem Lager als eine Feder gebildet werden kann, da er eine berechenbare radiale oder axiale Strömungsmittelsteifigkeit oder Federcharakteristik hat. Dies ist sowohl für kompressible als auch inkompressible Strömungsmittel wahr, jedoch ist es insbesondere im Hinblick auf gasförmige Strömungsmittelschmiermittel nützlich. Die Strömungsmittelfilmsteifigkeit und die Lagersteifigkeit wirken gegensätzlich zueinander, so daß, wenn die Strömungsmittelfilmsteifigkeit oder die Federcharakteristik die Lagersteifigkeit oder die Federsteifigkeit übersteigen, das Lager sich in die Richtung der Strömungsmittelfilmsteifigkeit (das heißt, radiale Richtung für Achslager und axiale Richtung für Axiallager) durchbiegen, bis die Steifigkeit des Strömungsmittels und das Lager im Gleichgewicht sind. Somit ist herausgefunden worden, daß wenn ein Achslager so designet wird, daß die radiale Steifigkeit des Lagers geringer als die radiale Steifigkeit des Strömungsmittelfilmes ist, es nicht notwendig ist, einen exakten Zwischenraum zwischen der Welle und dem Lager zu liefern, da die radiale Steifigkeit des Strömungsmittelfilmes automatisch und schnell durch die Rotation der Welle eine passende radiale Durchbiegung des Achslagers verursacht. Die virtuelle schnelle Keilbildung resultiert in einer virtuellen schnellen Bildung des geschützten Strömungsmittelfilmes, wodurch der Schaden an der keilbildenden Oberfläche, welcher typischerweise auftritt bei langsamen Geschwindigkeiten, während die Bildung des Strömungsmittelfilmes verhindert wird.
Die radiale Steifigkeit ist natürlich primär eine Funktion des Abschnittes oder des Biegungsmodules der Tragekonstruktion, welche von der Form der Tragekonstruktion abhängen. Die radiale Steifigkeit des Segmentes hängt ebenfalls von der Länge der Schlitze oder Einschnitte ab, die in dem Lager gebildet werden. Dasselbe trifft auf die Axiallager zu, außer, natürlicherweise, daß die axiale Steifigkeit des Lagers kritisch ist. Dementsprechend ist es möglich, eine gute Ausführung ohne die engen Herstellungstoleranzen, die typischerweise bei hydrodynamischen Lagern erforderlich sind, zu erreichen.
Zum Beispiel können die Lager so aufgebaut werden, daß sie einen Festsitz haben, wenn sie auf die Welle installiert werden, so daß, sobald das Lager auf die Welle aufgezwängt wird, die Segmente sich leicht durchbiegen, um so eine zusammenlaufende Keilform während der stationär angeordneten Position zu bilden. Der Kontakt zwischen dem Lagersegment und der Welle ist an der hinteren Kante. Bei einem schnellen Start tritt der Strömungsmittelfilm in den Keil ein und baut einen Strömungsmitteldruck auf, der die Trennung der Welle und des Segmentes verursacht. Somit können die Lager so designet und dimensioniert werden, daß die hintere Kante des Lagers in Kontakt mit dem Wellenteil ist, das zu tragen ist, wenn die Welle in Ruhestellung ist.
Die Axiallager können ebenfalls designet werden, um einen statisch belasteten Keil zu liefern. Um einen statisch belasteten Keil zu liefern, wird die Tragekonstruktion für die Lager so designet, daß die Lagersegmente auf der Welle von der radial inneren Kreiskante des Lagersegmentes zu der radial äußeren Kreiskante des Lagersegmentes abfallen. Weiterhin wird die Tragekonstruktion so designet, daß das Lagersegment auf der Welle von der radial sich erstreckenden vorderen Kante zu der hinteren Kante abfällt. Auf diese Art wird ein statisch belasteter Keil, der einem optimalen Keil sich annähert, gebildet. Weiterhin fällt das Segment auf der Welle bei der äußeren Kreiskante ab, um so die gewünschte Strömungsmittelzurückhaltecharakteristik zu liefern. Die Steifigkeit der Tragekonstruktion kann ebenfalls so geschaffen werden, daß ein passender Zwischenraum zwischen den Segmenten und der Welle schnell bei der Rotation der Welle geschaffen wird.
Alternativ kann das Lager so aufgebaut werden, daß das gesamte Lagersegment das Wellenteil, das zu tragen ist, kontaktiert, wenn die Welle im Ruhezustand ist. Dieser Aspekt ist insbesondere bei hoher Volumenproduktion der Lager und bei Lagern, die gasschmierende Strömungsmittel benutzen, nützlich, da er eine größere Variation an Bearbeitungstoleranzen ermöglicht. In einem Beispiel kann eine 0.070 mm (0.003 inch) Variation geschaffen werden, um ein geringfügiges Zusammenpressen auf dem Keil zu haben, wohingegen konventionell bearbeitete bekannte Gaslager eine Toleranz erfordern, welche nur durch den Gebrauch von weit verbreiteten und teuren Bearbeitungstechniken, wie Mikroinchbearbeitung über Ätzen, erhalten wird.
hydrodynamische radiale Lager, die entlang der Linien der vorher diskutierten hydrodynamischen Lager konstruiert sind, können so konstruiert werden, um angeschlossen zu werden, um mit der rotierenden Welle für die Bewegung mit der Welle oder relativ zu einer statischen Trageoberfläche in dem Gehäuse gesichert zu werden. Die gewöhnliche Zusammenstellung eines Lagers, das bereitgestellt wird, um an der rotierenden Welle eingebaut zu werden, ist ähnlich dem der gewöhnlichen Lager, die oben diskutiert werden, jedoch mit einer radial umgekehrten Konstruktion. Wegen der umgekehrten Orientierung des Trägers gibt es natürlicherweise Unterschiede in der Konstruktion. Zum Beispiel werden die Laufrinnensegmentteile der Lager, welche mit der Welle rotieren, auf einer radial nach innen gerichteten Tragekonstruktion getragen. Die Tragekonstruktion trägt die Lagersegmente für die Durchbiegung, die radial nach innen und nach außen gerichtet ist, um einen hydrodynamischen Keil im Hinblick auf das glatte Teil des Gehäuses zu erschaffen. Wenn das Lager mit der Welle rotiert, wirkt die zentrifugale Kraft auf die Lagersegmente so, das die Lagersegmente nach außen gerichtet gegen die glatte Oberfläche des Gehäuses gezwungen werden.
Ein Beispiel einer solche Lagerkonstruktion wird in Figur 44 gezeigt. Dieses Lager ist grundsätzlich eine radial umgekehrte Version des Lagers von dem Figuren 4-6. Das Lager 130 beinhaltet einen Außendurchmesser, welcher im wesentlichen kreisförmig ist, jedoch in eine Vielzahl von auf einem Kreis liegenden Lagersegmenten 131 aufteilt. Die Lagersegmente, die gezeigt werden, sind relativ dick, aus zwei Gründen. Erstens verhindert die Dicke die Deformierung des Lagersegmentes 131. Zweitens erhöht die Dicke die Masse der Lagersegmente 131 so, daß, wenn die Welle rotiert, die Zentrifugalkraft dazu tendiert, die Lagersegmente 131 nach außen gerichtet zu ziehen, ansteigend ist. Wegen der Tendenz der Segmente 131, nach außen gebogen zu werden, können die Lager so dimensioniert werden, um einen Abstand mit dem Gehäuse zu haben. Natürlich könnten, wenn gewünscht, die Lagersegmente 131 dünner sein, um so die Deformation des Segmentes zu erlauben und/oder den Effekt der zentrifugalen Kraft einzuschränken.
Die vorangegangenen Betrachtungen beziehen sich auf jedes Lager, das beschrieben wird, welches designet wird, um auf der Welle zu montiert zu werden. Der Unterschied zwischen den verschiedenen Lagern dieses Typs erstreckt sich auf die Tragekonstruktionen, die benutzt werden, um die Lagersegmente zu tragen. Für gewöhnlich kann jede der vorher beschriebenen radialen Lagertragekonstruktionen für den Gebrauch als eine Tragekonstruktion für die Lagersegmente 131 eingebaut werden. Jedoch gibt es Unterschiede, die auf der inversen Orientierung der Träger basieren. In der Lagerkonstruktion, die in Figur 44 gezeigt wird, werden die Segmente 131 auf einem primären Trageteil 132 getragen, welches eine Vielzahl von ersten stumpfähnlichen oder radialen Tragekörpern 132a, kreisförmigen Tragekörpern 132b und zweite stumpfähnliche oder radiale Tragekörper 132c beinhaltet. Das primäre Trageteil 132 und die Lagersegmente 131 werden auf einer durchlaufenden Membran 133 getragen, welche als ein sekundäres Trageteil funktionieren. Wie gezeigt, ist die Membran 133 sehr dünn in radialer Richtung (und somit flexibel in dieser Richtung) und ist zwischen den Unterstützungstragekörpern oder Schenkeln 134 ausgedehnt, welche als ein tertiäres Trageteil funktionieren. Wie mit dem Lager der Figuren 4-6 könnte die Membran 133 in eine Vielzahl von axial sich erstreckenden Tragekörpern durch Liefern von radialen Einschnitten durch die Membran aufgeteilt werden. In der Ausführungsform, die in den Figuren 43A und 43B gezeigt wird, sind die Unterstützungstragekörper oder Schenkel 134 durchlaufend kreisförmige Teile und sind relativ steif, so daß die dünne Membran 133 in einer trampolinähnlichen Form getragen wird. Wie bei den anderen Lagern, die hierin beschrieben werden, könnten die Trageschenkel eine unterschiedliche Konstruktion haben. Die Konstruktion des Lagers, das in der Figur 43 gezeigt wird, ist für das Tragen in einseitig laufender Richtung geschaffen. Insbesondere trägt die Anordnung der Tragekonstruktion, die in der Figur 44 aufgezeigt wird, die Segmente zur exakten Durchbiegung nur, wenn das Lager in die Richtung, die angezeigt wird, gedreht wird. Bei solch einer Rotation biegt die vordere Kante (die Kante, die am weitesten von der Tragekonstruktion weg ist) nach innen gerichtet sich von dem Gehäuse weg und die hintere Kante sich nach außen gerichtet zu dem Gehäuse hin, um so einen hydrodynamischen Keil zwischen den Lagersegmenten und dem Gehäuse zu bilden.
Ein anderes Lager, welches hergenommen wird, um für die Rotation mit der Welle eingebaut zu werden, wird in Figur 45 gezeigt. Das Lager ist die radial umgekehrte Version des Lagers, das in Figur 32 gezeigt wird. Das Lager ist ähnlich zu dem, das in Verbindung mit Figur 44 gezeigt wird. Der Unterschied zwischen den zwei Konstruktionen erstreckt sich hauptsächlich auf die Konstruktion der Tragekonstruktion. Zum Beispiel beinhaltet die Konstruktion in der Figur 45 axial sich erstreckende Tragekörper oder Schenkelteile 134, eher als die durchlaufenden kreisförmigen Schenkel des Lagers von Figur 44. Ebenso beinhaltet der primäre Träger eine symmetrische Anordnung der angewinkelten Tragekörper 132d und 132e. Aufgrund der symmetrischen Konstruktion dieses Lagers ist in zwei Richtung laufend. Das Lager ist ebenfalls leicht formbar, da es keine "verborgenen" Öffnungen hat.
Bei der Rotation des Lagers im Hinblick auf das Gehäuse biegt sich die Tragekonstruktion so durch, daß ein hydrodynamischer Keil zwischen dem Segment und dem Gehäuse gebildet wird.
In einer ähnlichen Weise kann jeder der gewöhnlichen Lagerkonstruktionen, die oben dargestellt werden, für den Gebrauch als ein Lager, das auf der Wellenrotation im Hinblick auf eine fixierte Oberfläche angeordnet ist, verwendet werden. Für gewöhnlich ist es nur notwendig, das die Konstruktion entlang der Linie, die oben diskutiert wird, umgekehrt wird.
Im allgemeinen kann jedes der Lager, das oben beschrieben wird, jede Kombination von solchen Lager in einem abgedichteten Gehäuse des Typs, der hierin offenbart wird, eingeschlossen sein. Normalerweise wird bei Designen eines abgedichteten Lagerzusammenbaus jedes Lager sein eigenes Gehäuse oder Basisteil, das mit den statischen Teilen des Gehäuses gesichert ist, haben, und die Segmente werden angeordnet sein, um eine Oberfläche, welche drehbar mit der Welle gesichert ist, zu tragen.
Natürlicherweise können andere Typen von hydrodynamischen Lagern innerhalb des abgedichteten Gehäuses eingeschlossen werden. Zum Beispiel ist es denkbar, daß die Lagersegmente, welche in dem US-Patent Nr. 4 676 668 offenbart werden, besonders gut geeignet für den Gebrauch in einem abgedichteten Lagereinschluß sind.
Figur 42 zeigt eine Konstruktion, in welcher das statische Gehäuseteil 2 als der Träger für individuelle Segmente 420 funktioniert. Die Oberfläche der Segmente 420 sind passend gemacht, um eine planare Oberfläche des drehbaren Gehäuseteils 3 zu tragen. Wiederum rotiert das drehbare Gehäuseteil 3 mit der Welle 5 relativ zu dem statischen Gehäuseteil 2. Auf diese Art tragen die Segmente 420 axiale Belastungen, die auf die Welle durch das rotierende Gehäuseteil wirken.
In kleinen Mengen werden die Lager, die hierin offenbart werden, vorzugsweise durch elektrisches Entladungsbearbeiten oder Laserschneideverfahren konstruiert. Die doppelte Linien, die in den Zeichnungen gezeigt werden, sind die eigentlichen Wege des Drahtes oder des Tragekörpers, welcher typischerweise 0.50-1.52 mm (0.002-0.060") im Durchmesser sind. Das Schmiermittel, das in die Pfade fließt, die elektrisch entladungsbearbeitet sind, wirkt als ein Strömungsmitteldämpfer, der jede Vibration und Instabilität bei resonanten Frequenzen reduziert. In dieser Situation, die oben beschrieben wird, wo eine ständig durchlaufende Membran gebildet wird, nimmt die Dämpfung die Form eines Stoßdämpfers an, der hohe Dämpfungscharakteristiken aufweist. Eine entscheidende Betrachtung im Design ist, daß die Tragekonstruktionslänge und die Richtung orientiert sind, um die nach innen gerichtete Durchbiegung, die in der Figur 3 gezeigt wird, zu liefern. Ebenso resultieren sehr kleine Durchbiegungen der Segmente selber in der Richtung der Last, wie in Figur 9 gezeigt, in exzentrischer Veränderung, welche weiterhin die Lagerausführung verbessert. Es soll benierkt werden, daß bei Ausstellungen, Aufbau der Maschinenelemente, der Abstand zwischen dem Zentrum des Lagers und dem Zentrum der Welle die Exzentrizität des Lagers genannt wird. Diese Terminologie ist bekannt für jene, die im Lagerdesign bewandert sind. Mit der neuen Lösung des Veränderns oder Modifizierens der Steifigkeit des Lageraufbaus oder der Konstruktion und insbesondere das Lager einer besonderen Lageranwendung anzupassen, wird leicht die optimale Ausführung erhalten. Zurückliegende Computeranalysen haben demonstriert, daß virtuell jede Steiflieit oder Durchbiegung ausgeführt werden kann.
Wie oben bemerkt wird, sind, wenn das Herstellen von geringer Anzahl oder von Prototypen der Lager durchgeführt wird, die Lager vorzugsweise durch elektrisches Entladungsbearbeiten oder Laserschneideverfahren hergestellt. Solche geringen Zahlen oder Prototypen werden für gewöhnlich aus Metall aufgebaut. Jedoch sind, wenn höhere Stückzahlproduktionen eines besonderen Lagers gefragt sind, andere Verfahren der Herstellung, wie Einspritzpressen, Gießen, gepulvertes Metallschalengießen und Extrusion wirtschaftlicher. In Verbindung mit solchen Herstellungsverfahren kann es wirtschaftlicher sein, Plastikmassen, Keramiken, gepulverte Metalle oder Zusammensetzungen zu verwenden, um Lager zu bilden. Es wird angenommen, das Verfahren, wie Einspritzpressen, Gießen, gepulvertes Metallschalengießen mit Sintern und Extrusion ausreichend bekannt sind, so daß die Abläufe nicht detailliert hierin beschrieben werden müssen. Es wird ebenso angenommen, daß sobald ein Prototyplager aufgebaut ist, das Verfahren zur Herstellung einer Form oder dergleichen für die Massenproduktion dieses Lagers wohl bekannt für solche, die aus der Preßgießtechnik kommen, sind. Weiterhin ist es zu verstehen, daß nur bestimmte Typen von Lagern geeignet sind, um in hoher Stückzahl durch Extrusion hergestellt zu werden. Für gewöhnlich sind dies die Lager, welche nur durch die Bereitstellung der kreisförmigen Aussparungen und radialen und kreisförmigen Einschnitte oder Schlitze, welche sich axial durch das gesamte Lager erstrecken, gebildet werden. In anderen Worten, diese Lager haben einen konstanten oder andererseits verpreßbaren Querschnitt.
Ein Anlagengußverfahren ist gefunden worden, um besonders nützlich in der Herstellung der Zwischenquantitäten, das heißt weniger als 5000 Lager zu sein. Entsprechend dieses Herstellungsverfahrens ist der erste Schritt des Anlagegießverfahrens das Herstellen eines Prototyplagers. Wie bereits oben diskutiert und detailliert unten beschrieben wird, kann der Prototyp auf jede Art hergestellt werden, jedoch wird er vorzugsweise durch Bearbeiten eines Stückes aus einem dickwandigen Rohr oder ähnlicher zylindrischer Achse hergestellt. Bei größeren Lagern wird die zylindrische Achse typischerweise durch Benutzen einer Drehbank zum Bilden der Stimseite und der kreisförmigen Aussparungen und einer Anlage zum Bilden der axialen und radialen Bohrungen bearbeitet. Beim Bearbeiten kleinerer zylindrischer Achsen sind Techniken, wie Wasserstrahlschneiden, Laser und drahtelektrische Entladungstechniken für gewöhnlich geeigneter. Jedoch werden in jeder Anwendung die Achsen typischerweise bearbeitet und gefräst, um die größeren Aussparungen zu bilden.
Nachdem der Prototyp des Lagers gebildet ist, kann es wünschenswert sein, den Prototyp zu testen, um herauszufinden, ob das Lager in der vorgeschriebenen Weise funktioniert. Als ein Ergebnis eines solchen Testes kann es notwendig sein, den Prototyp zu modifizieren und zu verfeinern, um die gewünschten Ergebnisse zu erhalten.
Sobald ein zufriedenstellender Prototyp erreicht worden ist, wird eine Gummiform des Prototyps hergestellt. Typischerweise beinhaltet dieser Schritt das Einhüllen des Prototyps in geschmolzenen Gummi und das Erlauben, daß der Gummi ausgehältet wird, um eine Gummiform des Prototyps zu bilden. Der Gummi, der den Prototyp einhüllt, wird dann aufgespalten und der Prototyp wird entfernt, um eine offene Gummiform zu erhalten.
Sobald die Gunnmform erhalten wird, wird sie benutzt, um eine Wachsgießung zu bilden. Dieser Schritt beinhaltet typischerweise das Abgießen von geschmolzenem Wachs in die Gummiform und das Erlauben, daß das Wachs ausgehärtet wird, um einen Wachsabguß des Lagers zu bilden.
Nachdem der Wachsabguß erhalten wird, wird er benutzt, um eine Gipsform zu bilden. Dieser Schritt beinhaltet typischerweise das Umhüllen des Wachsformlings mit Gips und dem Gips zu erlauben, auszuhärten um den Wachsformling, um so eine Gipsform zu erhalten.
Die Gipsform kann dann benutzt werden, um ein Lager zu bilden. Insbesondere wird geschmolzenes Lagermaterial wie Bronze in die Gipsform eingegossen, um so den Wachsformling zu schmelzen und aus der Form zu entfernen. Somit wird die Gipsform mit geschmolzenem Lagermaterial gefüllt und das geschmolzene Wachs wird aus der Gipsform entfernt.
Nachdem das geschmolzene Lagermaterial ausgehärtet ist, wird die Gipsform um das Lager herum entfernt und ein Lager wird erhalten.
Da dieses Verfahren der Herstellung den Verlust eines Wachsformlings beinhaltet, ist es als Anlagengießen oder Verlustgießen bekannt.
Trotz der Tatsache, daß die Anlage oder das Verlustgießverfahren, das oben beschrieben wird, den Verlust eines Wachsformlings und die Herstellung von sowohl einer Gummi- als auch einer Gipsform beinhalten und es ziemlich arbeitsintensiv ist, hat es sich als kosteneffektiv erwiesen, wenn mittelhohe Quantitäten, das heißt weniger als 5000 Einheiten, von einem besonderen Lager erforderlich sind. Die Kosteneffektivität dieses Verfahrens für niedrigere Quantitätlagererfordernisse ist aufgrund der Tatsache, daß die Formen, die in diesen Verfahren benutzt werden, weit weniger teuer als das Herstellen von komplexen Formen, die für Einspritzgießen oder gepulvertes Metallgießen erforderlich sind, sind.
Wie oben bemerkt, ist der erste Schritt des Anlagengießverfahrens, anstelle von jedem Verfahren zur Herstellung von Lagern, die oben beschrieben werden, die Herstellung eines Prototyplagers. Die relativ komplexen Achs- und Axiallager können durch Benutzen von einfachen Herstellungstechniken gebildet werden. Ähnliche Techniken werden sowohl für Axial- als auch Achslager benutzt.
Mit dem Vorangegangenen in Erinnerung wird angenommen, das Verfahren zur Herstellung eines einfachen Achslagers durch den Gebrauch von elektrischem Entladungsherstellen und Bearbeiten ausreichend zu beschreiben. Es wird geglaubt, daß eine Beschreibung von solchen Herstellungen die Leichtigkeit demonstriert, mit welcher die relativ komplexen Lagerformen erreicht werden können.
Jedes Lager hat anfänglich die Form eines zylindrischen Rohlings, der eine zylindrische Bohrung, wie gezeigt in den Figuren 11a und 11b, hat. Dieser Rohling wird dann bearbeitet, um eine radialschmierende Strömungsmittelaussparung zu liefern, wie in den Figuren 12A und 120 gezeigt. Für bestimmte Anwendungen ist es wünschenswert, den Rohling weiterhin zu bearbeiten, um Stirnseitenaussparungen zu beinhalten, welche vorzugsweise symmetrisch auf den radialen Stirnseiten des Lagers angeordnet sind, wie sie in Figur 13 und 13B gezeigt werden. Die Bereitstellung von solchen Stirnseitenaussparungen resultiert ultimativ in einem Lager, welches leicht torsionsdurchbiegbar ist. Während die Aussparung, die in den Figuren 13A und 130 gezeigt wird, kreisförmig ist, ist es möglich, kegelförmige Aussparungen, wie in den Figuren 14A und 14B gezeigt wird, anzuordnen. Wie unten ersichtlich werden wird, führt dies zu einem Lager, welches verbesserte Durchbiegecharakteristiken aufgrund der angewinkelten Ausführung der Unterstützungstragekörper aufweist. In diesem Zusammenhang sollte bemerkt werden, daß es zu bevorzugen ist, daß die Unterstützungstragekörper, wie in der Figur 14A gezeigt wird, entlang der Linie, welche bei einem Punkt nahe liegend der Mittellinie der Welle, zusammenlaufen, kegelförmig sind. Dies sichert, daß die Flexibilität über der Wellenmittellinie durch Schaffen eines Zentrums der Wirkung für das gesamte System auftritt, so daß die Segmente auf Wellenversatz eingestellt werden können. Aufgrund ihres Wesens veranlassen das Kegelformen der Unterstützungstragekörper das Lager dazu, in einer Weise, die ähnlich zu einem sphärischen Lager ist, durch Konzentrieren der Tragekräfte auf einen einzigen Punkt, über welchen die Welle drehbar in alle Richtung gelagert werden kann, um jede Versetzung zu korrigieren, zu wirken. Die Pfeile in Figur 14A stellen die Linien der Wirkung der Durchbiegung dar.
Die Lager, welche Querschnitte von dem Typ, der in den Figuren 12A und 14A gezeigt wird, haben, sind insbesondere wirkungsvoll beim Zurückhalten des hydrodynamischen Strömungsmittels. Dies ist, da das Lagersegment nahe den axialen Enden des Lagersegmentes getragen wird und das zentrale Teil des Lagersegmentes nicht direkt getragen wird. Aufgrund dieser Konstruktion wird das Lagersegment getragen, um unter Last zu deformieren, um eine strömungsmittelzurückhaltende konkave Tasche zu bilden, das heißt, das zentrale Teil des Lagersegmentes biegt sich radial nach außen gerichtet durch. Dies senkt das Strömungsmittellecken wesentlich. Natürlicherweise hängt der Grad der Taschenbildung von den relativen Dimensionen des Lagersegmentes und der Tragekonstruktion ab. Eine größere strömungsmittelzurückhaltende Tasche könnte durch Anordnen einer dünneren Lagersegmentoberfläche und durch Tragen der Segmentoberfläche an den extremen axialen Enden des Lagersegmentes erreicht werden.
Nachdem der zylindrische Rohling genau bearbeitet wird, wie es in den Figuren 12A und 120, den Figuren 13A und 13B oder den Figuren 14A und 14B gezeigt wird, werden radiale und/oder kreisförmige Schlitze oder Aussparungen entlang der radialen Stirnseite des bearbeiteten Rohlings gebildet, um die Lagersegmente, die Tragekörperunterstützungen und das Gehäuse zu definieren. Die Figuren 14C und 14D stellen solche Aussparungen, die in dem bearbeiteten Rohling von den Figuren 14A und 140 gebildet werden, dar. Wenn niedrige Stückzahlen des Lagers oder der Prototypen des Lagers zum Gebrauch in der Konstruktion einer Form hergestellt werden, werden die Einschnitte und Schlitze vorzugsweise durch elektrisches Entladungsherstellen oder den Gebrauch eines Lasers gebildet.
Das Bearbeiten des zylindrischen Rohlings kann, um die Zusammensetzungen, die in den Figuren 12A und 12B, den Figuren 13A und 13B, den Figuren 14A und 14B dargestellt werden, oder eine ähnliche Form zu erreichen, durch konventionelle Bearbeitungswerkzeuge, wie Drehbank oder dergleichen, durchgeführt werden.
Obwohl die vorangegangene Diskussion besonders auf Achslager gerichtet ist, sind die Prinzipien genauso auf Axiallager anwendbar. Zum Beispiel kann das Axiallager, das in den Figuren 15-18 gezeigt wird, durch Bearbeiten eines Abschnittes eines dickwandigen Rohres gebildet werden, um radial innere und äußere Aussparungen, Stirnseitenaussparungen, axiale Bohrungen, radiale Einschnitte und Abrundungen zu erhalten, um die Lagersegmente und die Tragekonstruktion zu definieren.
Die Ausführungscharakteristiken der Lager resultieren aus der relativen Form, Größe, Ort und Materialcharakteristiken der Lagersegmente und der Tragekörperunterstützung, die durch die Bohrungen und Einschnitte oder Schlitze, die in dem bearbeiteten Rohling gebildet werden, definiert werden. Diese Parameter sind weitestgehend durch die Dimensionen und den Ort der radial kreisförmigen Bohrungen, Einschnitte oder Schlitze, die in dem Lager gebildet werden, in Verbindung mit der Form des bearbeiteten Rohlings, in welchem die Bohrungen oder Schlitze gebildet werden, um das Lager zu erreichen, definiert.
Wie oben bemerkt, werden, während die Konstruktion der Lager mit Bezug auf den Bearbeitungsablauf am verständlichsten ist, größere Quantitäten vorzugsweise durch das Anlagengießverfahren hergestellt und noch größere Umfangsproduktionen der Lager könnten wirtschaftlicher durch das Spritzpressen, Gießen, gepulvertes Metallschalengießen, Extrusion oder dergleichen, durchgeführt werden.
Beim Pressen einer großen Anzahl von Lagern aus einem rohrähnlichen zylindrischen Rohling, können radialschmierende Strömungsmittelaussparungen, wie in Figuren 12A und 120 gezeigt, entlang der Länge des rohrähnlichen zylindrischen Rohlings vor dem Pressen angeordnet werden. Jedoch können, wenn die stirnseitenaussparungen in dem Lager gewünscht werden, diese individuell definiert werden, nachdem die individuellen Lager aus dem gepreßten und bearbeiteten Rohling geschnitten werden. Aus diesem Grund könnte das Pressen nicht ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von Lagern sein, welche Stirnseitenaussparungen erfordern, um die Torsionsflexibilität zu erhöhen.

Claims

1. Ein abgedichtetes hydrodynamisches Lager, wobei das Lager umfaßt: ein abgedichtetes Gehäuse (10), welches ein statisches Gehäuseteil (2) umfaßt, das an dem Gehäuse befestigt und nicht drehbar damit ist, ein drehbares Gehäuseteil (3), das an einer Welle (5) angebracht ist und sich damit dreht, und eine Vielzahl von Dichtungen (7), um eine strömungsmitteldichte Abdichtung zwischen dem statischen Gehäuseteil und dem rotierenden Gehäuseteil zu schaffen, um so den Innenraum des Gehäuses abzudichten;

ein hydrodynamisches Lager, das an einem von dem statischen Gehäuseteil (2) und dem drehbaren Gehäuseteil (3) befestigt ist, wobei das hydrodynamische Lager umfaßt: eine Vielzahl von unterteilten Lagersegmenten (12) und eine Tragekonstruktion (14, 16), die die Lagersegmente (12) trägt; wobei

jede Abdichtung ein Ferroströmungsmittel (4) umfaßt, die durch ein magnetisches Feld beeinflußt wird, um so eine Strömungsmittelbarriere zwischen dem statischen Gehäuseteil (2) und dem drehbaren Gehäuseteil (3) zu bilden.

2. Das abgedichtete hydrodynamische Lager nach Anspruch 1, welches umfaßt: ein einheitliches zylindrisches Teil, das eine radial innenliegende Oberfläche, eine radial außenliegende Oberfläche und zwei ebene axiale Oberflächen hat, wobei das zylindrische Teil mit einer Vielzahl von radialen Einschnitten, die in der planar-axialen Oberfläche des Teiles gebildet sind, und mit mindestens einer zylindrischen Aussparung, die sich von der radial innenliegenden Oberfläche radial nach außen erstreckt, und mit eine zylindrischen Aussparung gebildet ist, die sich von der radial außenliegenden Oberfläche radial nach innen erstreckt;

wobei die radialen Einschnitte und zylindrischen Aussparungen zusammen die Vielzahl von am Umfang unter Abstand angeordneten Lagersegmenten und eine einheitliche Tragekonstruktion bilden, die mindestens ein integriertes tragekörperähnliches Teil umfaßt, das jedes Segment trägt, worin jedes Segment sich kreisförmig und radial erstreckende Kanten und eine axiale an der Welle angreifende Stirnseitenoberfläche umfaßt, wobei eine der sich radial erstreckenden Kanten eines jeden Segmentes eine vordere Kante (15) und eine andere sich radial erstreckende Kante von jedem Segment eine hintere Kante (17) umfaßt, wobei eine Stirnseite (13) des Segments unter der Wirkung von Reibung und Druck auf die Oberfläche in der Lage ist, sich relativ zu dem Trägerteil hin- und herzubewegen, wobei die hintere und die vordere Kante der Stirnseitenoberfläche des Segmentes so verlaufen, daß sie eine sich verjüngenden Keilform bilden.

3. Das abgedichtete hydrodynamische Lager nach Anspruch 1, worin jedes der Segmente umfaßt:

ein im wesentlichen ebenes an der Last angreifendes Stirnseitenteil, die Tragekonstruktion, die einheitlich ist, und mindestens einen von einer Vielzahl von tragekörperähnlichen Teilen, und eine Membran, von der mindestens ein Teil sich im wesentlichen parallel zu dem Stirnseitenteil der Vielzahl von Lagersegmenten erstreckt, wobei das Stirnseitenteil eine an der Last angreifende Oberfläche zum wirksamen Tragen eines gegenüberliegenden, relativ dazu beweglichen Teiles der Welle hat, wobei die Stirnseitenteile in der Lage sind, sich unter der Wirkung von Reibung und Druck auf die an der Last angreifende Stirnseitenoberfläche relativ zu dem axialen Teil der Welle zu bewegen, um eine sich verjüngende Keilform zu bilden, um wirksam das Wellenteil als Lager zu tragen, wobei die Tragekonstruktion die Lagersegmente für zumindest eine der axialen Abweichung und der Torsionsdrehung trägt.

4. Das abgedichtete hydrodynamische Lager nach Anspruch 1, worin jedes der Lagersegmente auf einer flexiblen Membran getragen ist, wobei die Membran es dem Segment ermöglicht, sich in jede Richtung zu bewegen, um die Keilbildung zu optimieren und wobei die Membran eine Strömungsmitteldämpfung in mindestens einer Richtung liefert.

5. Das abgedichtete hydrodynamische Lager nach Anspruch 1, worin die Tragekonstruktion so aufgebaut ist, daß sie die Segmente für eine Bewegung in sechs Freiheitsgraden in optimaler Weise trägt, sodaß unter normaler Last die hintere Kante des Segmentes zu dem Wellenteil hin ausgelenkt wird und die vordere Kante von jedem Segment von dem Wellenteil weg ausgelenkt wird, so daß die hintere Kante näher als die vordere Kante an dem Wellenteil ist.

6. Das abgedichtete hydrodynamische Lager nach Anspruch 5, worin die Lagersegmente mit den Tragekonstruktionen einheitlich sind.

7. Das abgedichtete hydrodynamische Lager nach Anspruch 1, worin die Tragekonstruktion die Lagersegmente so trägt, daß die Lagersegmente eine vorbestimmte Steifigkeit haben, wobei ein Strömungsmittelfilm zwischen den Lagersegment-Stirnseiten und dem Wellenteil angeordnet ist, wobei der Strömungsmittelfilm eine charakeristische Steifigkeit hat, worin die Steifigkeit des Srömungsmittelfilmes größer als die Steifigkeit der Lagersegmente ist, sodaß der Srömungsmittelfilm eine Auslenkungen der Lagersegmente bei einer Drehung des Wellenteiles verursacht.

8. Das aLgedichtete hydrodynamische Lager nach Anspruch 1, wobei das hydrodynamische Lager umfaßt:

eine Vielzahl an Wellen-Trägersegmenten, die um eine Achse herum unter Abstand angeordnet sind; wobei jedes Wellen-Trägersegment eine im wesentlichen ebene Wellenträger-Segmentoberfläche hat, welche in einer Ebene liegt, die im wesentlichen quer zu der Achse ist, um welche die Segmente herum unter Abstand angeordnet sind; wenigstens ein Segment-Tragkörper, welcher jedes der Wellen-Trageteile trägt, wobei jeder Segmenttragkörper sich transversal von der wellentragenden Segmentoberfläche weg und parallel zu der Achse erstreckt; mindestens ein Tragkörper-Trageteil, wobei dieses Tragkörper-Trageteil einen von einer Vielzahl von Tragkörpern und ein Membran umfaßt, wobei das Tragkörper-Trageteil so aufgebaut ist, daß es jeden der segmenttragenden Tragkörper für eine Bewegung mit sechs Freiheitsgraden trägt, um so einen optimalen hydrodynamischen Keil unter normaler Last zu bilden; und ein zusätzliches Trageteil, das so angeordnet ist, daß es das Tragkörper- Trageteil zur Bewegung in sechs Freiheitsgraden trägt, um so einen optimalen hydrodynamischen Keil unter normaler Last zu bilden.

9. Das abgedichtete hydrodynamische Lager nach Anspruch 1, das ein einheitliches Teil zum Tragen der drehenden Welle umfaßt, wobei das Teil die Vielzahl von Wellenträgersegmenten und die Segment-Tragekonstruktion umfaßt, wobei die Wellen-Tragekonstruktion jedes Wellen- Tragesegment zur Bewegung mit sechs Freiheitsgraden trägt, um so die Bildung eines hydrodynamischen Keils unter Last zu optimieren; mindestens ein piezo-elektrisches Element und eine Stromversorgungseinrichtung zur Versorgung des piezo-elektrischen Elementes mit Strom, um so Veränderungen in der Form des piezo-elektrischen Elementes zu verursachen; wobei das piezo-elektrische Element so angeordnet ist, daß Veränderungen in seiner Form Veränderungen in der Orientierung von mindestens einem der Wellen-Tragesegmenten und Tragekonstruktion verursacht.

10. Das aLgedichtete hydrodynamische Lager nach Anspruch 9, worin die Segment-Tragekonstrurtion einen ersten Trageabschnitt, einen zweiten Trageabschnitt und einen dritten Trageabschnitt umfaßt.

11. Das abgedichtete hydrodynamische Lager nach Anspruch 1, worin die Lagersegmant- Tragekonstruktion umfaßt: mindestens ein Tragkörperteil, das jedes aus der Vielzahl der Lagersegmente trägt; eine kontinuierliche Membran, das jedes erste Tragkörperteil trägt und eine Vielzahl von Tragkörpern, die die fortlaufende Membran tragen.

12. Das Lager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das weiterhin umfaßt: mindestens ein piezo-elektrisches Element, wobei das piezo-elektrische Element eine Form hat, welche veränderbar ist, und das piezo-elektrische Element so angeordnet ist, daß, wenn es seine Form ändert, die Orientierung von mindestens einem der Lagersegmente sich verändert.

13. Das abgedichtete hydrodynamische Lager nach Anspruch worin die Lagersegment-Tragekonstruktion umfaßt: eine Vielzahl an ersten Tragkörperteilen, wobei jedes erste Tragkörperteil eines der Vielzahl an Lagersegmenten trägt; eine Vielzahl an zweiten Tragkörperteilen, wobei jedes zweite Tragkörperteil ein erstes Tragkörperteil trägt;

und mindestens ein Trageteil, das die Vielzahl an zweiten Tragkörperteilen trägt.

14. Das abgedichtete hydrodynamische Lager nach Anspruch 1, worin die Vielzahl an Lagersegmenten an dem statischen Gehäuseteil befestigt ist, und jedes der Lagersegmente eine Segmentoberfläche, einen ersten Trageabschnitt, einen zweiten Trageabschnitt und einen dritten Trageabschnitt umfaßt.

15. Das Lager nach Anspruch 4, worin das erste Trageteil ein hohles kegelstumpfgeförmiges Teil ist.

16. Das Lager nach Anspruch 4, worin der erste Tageabschnitt eine Vielzahl von konisch abgeschrägten Beinen beinhaltet, die sich auf einen Punkt hin verjüngen, der über der Segmentoberfläche liegt.

17. Das abgedichtete hydrodynamische Lager nach einem der vorangagangenen Ansprüche, worin das statische Gehäuseteil zwei axiale Enden hat, jedes axiale Ende eine radial innenliegenden Kante und das drehbare Gehäuseteil zwei axiale Enden hat, jedes axiale Ende eine radial außenliegende Oberfläche hat, wobei die radial außenliegenden Oberflächen der Enden des drehbaren Gehäuseteiles von den radial innenliegenden Oberflächen der Enden des statischen Gehäuseteiles unter Abstand angeordnet sind, um so einen radialen Spalt bei gegenüberliegenden axialen Enden des aLgedichteten Körpers zu definieren;

wobei die Vielzahl der Dichtungen einen Magneten, der an einer der radial innenliegenden Kanten des Endes von dem statischen Gehäuseteil und den radial außenliegenden Kanten des Endes des drehbaren Gehäuseteiles augeordnet ist, und eine Eisenströmungsmittel umfaßt, die im wesentlichen den radialen Spalt füllt, wobei das magnetische Feld der Magnete das Feroströmungsmittel dazu veranlaßt, eine Srömungsmittelbarriere über den radialen Spalt zu bilden.