DE844383C

DE844383C - Schwebelager

Info

Publication number: DE844383C
Application number: DEG3968A
Authority: DE
Inventors: Paul Gerard; Henri Seranne
Original assignee: GENDRON FRERES SA
Current assignee: GENDRON FRERES SA
Priority date: 1950-01-24
Filing date: 1950-09-30
Publication date: 1952-07-21
Also published as: US2660484A; FR1009069A; NL152774A; GB676925A; CH297118A

Description

Schwebelager Es sind bereits reibungslose Lager bekannt, die mit über den Lagerflächenumfang verteilt angeordneten Kammern versehen sind, denen von außen ein Druckmittel zugeführt wird, welches zwischen der Lagerfläche und dem gelagerten Teil wieder nach außen entweicht. Vorzugsweise wird das aus den Kammern ausströmende Druckmittel durch zwischen den Kammern angeordnete Längsnuten aus dem Lager abgeführt.
Ein solches Lager arbeitet besonders günstig, wenn das den Kammern zugeführte Druckmittel aus einer Flüssigkeit besteht, d. h. aus einem Fluidum mit geringer Zusammendrückbarkeit, wobei selbst bei verhältnismäßig tiefen und infolgedessen ein erhebliches Volumen an Fluidum aufnehmenden Kammern die Welle reibungslos gelagert ist, ohne ungedämpfte Schwingungen entstehen zu - lassen, und zwar selbst bei sehr großen Geschwindigkeiten und wenn sie einer beträchtlichen Belastung unterworfen wird.
Dagegen können bei den erwähnten Vorrichtungen erhebliche ungedämpfte Schwingungen auftreten, wenn das zugeführte Fluidum durch ein verdichtetes Gas gebildet wird, insbesondere durch Druckluft, d: h. durch ein stark zusammendrückbares Fluidum, wobei diese Schwingungen mit der Zunahme der Belastung der Lager außerordentlich störend werden.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Schwebelager der vorstehend beschriebenen Art, d. h. mit einer Speisung des Lagers durch ein unter Druck zugeführtes und durch zwischen den Speisezonen vorgesehene, merklich in der Längsrichtung verlaufende Nuten abgeführtes Fluidum, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Speisezonen aus Rillen geringen Querschnitts bestehen, die ein Netz bilden, wobei diese Netze durch die erwähnten, merklich in der Längsrichtung verlaufenden Abflußnuten voneinander getrennt sind.
Bei dem Lager der Erfindung verteilt sich der Druck des zugeführten Fluidums durch die das Netz bildenden Rillen gleichmäßig in der ganzen Speisezone um dieser Art einen Film zu bilden, der die Welle tragen kann; ohne ungedämpfte Schwingungen zu erzeugen; und zwar selbst wenn diese Welle einer bedeutenden Belastung ausgesetzt ist, welche erhebliche Flächendrücke erzeugt.
Das Lager der Erfindung kann mit einem beliebigen Druckmittel, jedoch vorzugsweise.. mit verdichteten Gasen und insbesondere mit Druckluft gespeist werden, wobei die durch die neue Ausbildung der Speisezonen bedingten Vorteile in diesem Fäll besonders deutlich hervortreten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Rillen derart angeordnet, daß sie gebogene; die Speisezone begrenzende Rechtecke bilden, wobei weitere Rillen vorzugsweise im Innern dieser Rechtecke vorgesehen sind, um die Gesamtheit dieser durch die Rechtecke begrenzten Zone gleichmäßig zu speisen. Es ist insbesondere vorgesehen, gewisse, Rillen kreuzförmig anzuordnen, um die Tragzonen gleichmäßig zu speisen. , Gemäß einer weiteren' Ausführungsföcm sind die Tragzonen nur auf einem Teil des Umfangs des Lagers angeordnet, nämlich auf dem, gegen welchen sich die Welle unter Einwirkung dieser Resultierenden zu legen sucht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ordnet man die mit einem Fluidum unter Drück gespeisten Zonen an dem ganzen Umfang des Lagers an; wobei sie wohl-,-verstanden durch Längsnuten voneinander getrennt sind, wobei jedoch diese Zonen so gespeist werden, daß der in den die Resultierende der äußeren Kräfte aufnehmenden Zonen. heFFscbende Druck größer.. ist, . -Es ist insbesondere vorgesehen, entweder die erwähnten Zonen in besonderer Weise auszubilden, oder sie so zu speisen, daß der Druck des Fluidums -in diesen Zonen größer als der in den-anderen gespeisten Zonen i§t.
Die verschiedenen Speisezonen und/oder Abführzonen können natürlich nach Belieben entweder auf der Außenfläche der Welle oder auf der Innenfläche des das Lager bildenden und diese Welle umgebenden zylindrischen Teiles- vorgesehen werden.
In den Zeichnungen (Fig. 8 bis 21) sind einige Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar sind Fig. i und 2 ein Querschnitt bzw. ein Axialschnitt eines Lagers bekannter Bauart; Fig. 3 zeigt die Kurven der radialen Verschiebung einer in einem Lager der Bauart der Fig. i und 2 gelagerten Welle in Abhängigkeit von der Zeit sowie die Kurve der Drücke in der gleichen Zeit; falls das das Lager speisende Fluidum durch eine Flüssigkeit gebildet wird; Fig. 4 zeigt die gleichen Kurven für den Fall, daß das das Lager speisende Fluidum durch ein Gas gebildet -wird, Fig. 5 ist ein Teilschnitt eines Lagers der Bauart der Fig. i ; Fig.6 ist ein Teilschnitt eines Schwebelagers, bei welchem jede der mit einem Druckfluidum gespeisten Kammern durch eine einfache Düse ersetzt ist; Fig. 7 zeigt eine Kurve der Drücke in einem Lager nach der Bauart der Fig. 6; Fig.8 zeigt einen Teilschnitt eines erfindungsgemäßen Lagers; ' Fig. 9 ist eine teilweise Abwicklung des Lagers der Fig: 8 ; Fig. io zeigt eine Kurve der Drücke in einem solchen Lager; Fig. ii bis 15 zeigen verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Lagers; Fig. 16 und 17 zeigen im Schnitt ein erfindungsgemäßes Lager, wobei Fig.16 ein Querschnitt längs der durch die Linie 16-i6 der Fig. 17 gehenden Ebene ist, während Fig. 17 einen durch die durch die Linie 17-17 der Fig. 16 gehende Ebene bestimmten Axialschnitt darstellt; Fig, i8 zeigt eine Abwicklung des Lagers der Fig. 16 und 1,7; Fig. i9 ist eine zur Hälfte geschnittene und zur Hälfte in Seitenansicht gesehene Darstellung eines erfindungsgemäßen aufrecht stehenden Lagers; Fig. 2o und 21 zeigen ein Lager zur Lagerung einer Welle, welche auf diesem Lager ruht, anstatt von ihm umfaßt zu werden.
In den Fig. i bis 5 sieht man bei i ein Lager, dessen innerer Umfang eine gewisse Zahl (fünf in dem dargestellten Beispiel) von Kammern 2 aufweist, welche über Einschnürungen 3 mit einem Druckmittel gespeist werden; bei 4 sind die Längsnuten zur Abführung dargestellt. Das Druckmittel tritt in das Lager bei 5 ein und gelangt zunächst in eine ringförmige Kammer 6. Ein zylindrisches Filter 7 ist in,dieser ringförmigen Kammer vorgesehen, von welcher die erwähnten Einschnürungen 3 ausgehen. Die Abführung des Druckmittels erfolgt durch,die Nuten 4, welche mit Abflußöffnungen 8 in Verbindung stehen.
In Fig. 2 sieht man beispielshalber eine Ausführungsforni, bei der die den eigentlichen Lagerkörper bildende zylindrische Muffe aus drei Teilen besteht, nämlich einem mittleren Ring 9, in welchem die Einschnürungen 3, die Speisezonen 2 und die Abflußnuten 4 angebracht sind, und zwei Kragen io und ii, welche auf beiden Seiten auf diesen zylindrischen Ring 9 aufgeschoben und mit diesem verschweißt sind, wie bei 12 angedeutet. Die in dem Ring 9 angebrachten Nuten 4 setzen sich in den Kragen io und ii fort. Geeignete Schultern sind sowohl zwischen dem Ring 9 und dem Kragen ii; wie auf diesen Kragen selbst vorgesehen, wobei diese Schultern eine obere und eine untere Zone der ringförmigen Kammer 6 bestimmen, zwischen welchen das Filter 7 angeordnet ist, das, wie bei 13 angegeben, an die Kragen angeschweißt ist.
Es sei angenommen, daß das den Kammern 2 zugeführte Druckmittel durch eine Flüssigkeit gebildet wird. In Fig. 3 ist eine Kurve d dargestellt, welche eine beliebige Gesetzmäßigkeit für die zeitliche Verschiebung der Welle in einer bestimmten Querrichtung, z: B. unter der Einwirkung der äußeren Kräfte, zeigt. Diese Verstellungen bewirken eine Veränderung der Resultierenden der auf die Welle durch das Lager ausgeübten Drücke. Die Kurve p zeigt die Veränderungen dieser Resultierenden in Abhängigkeit von der Zeit. Aus den Kurven d und p geht hervor, daß keine Verzögerung zwischen den Verstellungen der Welle und den durch diese erzeugten Druckschwankungen besteht. Wenn dagegen das das Lager speisende Druckmittel durch ein Gas (mit großer volumetrischer Zusammendrückbarkeit) gebildet wird, wird die Kurve der Drücke p1 gegenüber der Verstellungskurve dl verzögert, wobei diese zeitlichen Verschiebungen eine ungedämpfte periodische Bewegung der Welle in dem Lager selbst bei Abwesenheit jeder äußeren Kraft hervorrufen. Es ist verständlich, daß, da das die Kammern 2 vollfüllende Druckmittel zusammendrückbar ist, die Vergrößerung des Druckes unter der Einwirkung der Verschiebungen notwendigerweise eine Verzögerung erleidet, was der Welle gestattet, sich augenblicklich gegenüber dem Lager zu verschieben, wodurch unerwünschte Schwingungen auftreten.
Man könnte meinen, daß eine Lösung dadurch gefunden werden kann, daß man die Kammern 2 vollständig fortfallen läßt und sie durch Düsen 14 ersetzt, wie auf Fig. 6 dargestellt. Wie man jedoch in Fig. 7 sieht, würde die Kurve der Drücke dann eine in der Achse der Düse 14 liegende Spitze besitzen.
Erfindungsgemäß läßt man die Kammern 2 nicht fortfallen, sondern ersetzt sie durch ein Netz von Rillen 15 (Fig. 8, 9 und io). Bei dieser Anordnung (Fig. io) weist die Kurve der Drücke einen zu dem Umfang des Lagers konzentrischen abgeflachten Teil auf, wodurch die Welle eine tadellose Stabilität erhält. Die Anordnung der Rillen 15 kann in jeder Speisezone in weiten Grenzen verändert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
In Fig. 9 bildet die Rille 15 ein Rechteck, welches durch eine mittlere Rille 15a vervollständigt wird, welche die Langseiten dieses Rechtecks miteinander verbindet, wobei die Düse 14 in der Mitte dieser Rille 15a mündet.
Fig. ri bis 15 zeigen eine Abwicklung der Oberfläche eines Schwebelagers. Fig. i i zeigt ein erfindungsgemäßes Lager, bei welchem das Netz durch eine rechteckige Rille 15 gebildet wird, wobei die Düse 14 in der .fitte dieses Rechtecks mündet. Bei dieser Anordnung verbreitet sich das verdichtete Gas in einer Schicht um die Düse herum in dem durch das Rechteck bestimmten Raum, aus welchem es unter Entspannung aus den Abführnuten austritt.
In Fig. 12 sind die Rillen 15 kreuzförmig in den Diagonalen der Speisezonen angeordnet und an ihren Enden verjüngt.
In Fig. 13 sind die Rillen 15 ebenfalls kreuzförmig angeordnet, jedoch längs der Mittellinie dieser Zone. In Fig. 14 sind die Rillen ebenfalls kreuzförmig in derselben Weise wie in Fig. 12 angeordnet; das Kreuz wird jedoch durch zwei Rillen 151 vervollständigt, welche die Enden der Schenkel des Kreuzes miteinander verbinden.
In 1, ig. 15 wird das Netz durch eine rechteckige Rille 15 gebildet, welche wie bei Fig.9 durch eine mittlere Rille 1511 vervollständigt wird, die jedoch in einer zu der Richtung der Rille 15a der Fig. 9 senkrechten Richtung angeordnet ist.
In Fig. 16 bis 18 ist beispielshalber eine vollständige Ausführung eines erfindungsgemäßen, mit Luft arbeitenden Lagers dargestellt.
In diesen Figuren sieht man bei i den Lagerkörper, bei 2 die am Umfang angeordneten Speisezonen, fünf in dem dargestellten Beispiel, welche durch die Buchstaben A, B, C, D, E bezeichnet sind, und bei 3 die die Zonen 2 mit Druckfluidum speisenden Kanäle. Bei 4 sind die Längsnuten zur Abführung des Druckmittels angedeutet, welche mit den Buchstaben a, b, c, d, e bezeichnet sind. 5 bezeichnet die Zuführung des Druckmittels. 6 ist die ringförmige Kammer und 7 der in dieser Kammer eingeschaltete Filter. Bei dieser Ausführungsform ist außer der ringförmigen Kammer 6 eine Reihe von ringförmigen Nuten 1, 11, 111, TV vorgesehen, wobei die Nut II unmittelbar mit der erwähnten ringförmigen Kammer 6 in Verbindung steht. Diese Nuten stellen die Verbindung zwischen gewissen Speisezonen und Abflußnuten über Kanäle 3 her. Die in dem Lager i gelagerte Welle ist bei 17 dargestellt.
In Fig. 18 sieht man die Abwicklung der Speisezonen A-E und der Abflußnuten 11-e. Die gestrichelt gezeichneten, mit I-IV bezeichneten Längsstreifen stellen die erwähnten ringförmigen Nuten dar. Die unteren Speisezonen A und B, welche den Ausgleich der Schwerkraft bewirken sollen, müssen mit einem stärkeren Druck gespeist werden als die anderen Zonen. Hierzu stehen diese beiden Zonen Ä und B parallel mit der unmittelbar durch die Kammer 6 gespeisten Ringnut 11 in Verbindung, während die anderen Speisezonen erst nach diesen Zonen A und B und in Reihe mit diesen gespeist werden. Diese Reihenschaltung wird auf folgende Weise erhalten: Das aus der Speisezone A beiderseits derselben durch die Nuten c und d abgeführte Druckmittel wird in die Speisezonen C bzw. D durch die Ringnuten IV und III geführt. In ähnlicher Weise wird das aus der Zone B durch die Nuten d und e abgeführte Druckmittel über die Ringnuten III und I in die Zonen D bzw. E geführt.
Die Abführung des Druckmittels erfolgt aus der Zone 6 durch die Nut a. Die Abführung des aus der Zone F. kommenden Druckmittels erfolgt durch die Nut b. Schließlich erfolgt die Abführung des aus der Zone D kommenden Druckmittels gleichzeitig durch die Nuten a und b, welche unmittelbar bei 18 bzw. i9 ins Freie münden.
Die Welle (Fig. 17) kann einen Bund 23 tragen, so daß das an den Rändern der Speisezonen infolge von Undichtigkeiten austretende Druckmittel zwischen dem Ende des Lagers und dem Bund 23 eine Schicht bildet, welche die unmittelbare Berührung des Bundes mit dem Lager verhindert, wobei der Druck in dieser Ringzone selbsttätig zunimmt, wenn das Spiel abnimmt.
In Fig. i9 sieht man ein erfindungsgemäßes Schwenklager i, welches als Drucklager benutzt wird und zur Lagerung eines aufrecht stehenden Rotors 17 bestimmt ist. Aus der linken Hälfte dieser Figur geht hervor, daß bei diesem Beispiel die Rillen 15 in den Diagonalen der Speisezonen angeordnet sind, jedoch auf der Außenfläche des Schwenkzapfens i und nicht mehr an der Innenfläche des Lagers wie bisher.
Die durch den Pfeil F dargestellte Zufuhr des Druckmittels erfolgt durch das Innere des Schwenkzapfens i, welcher bei dieser Ausführungsform hohl ist, während seine Abführung in der Richtung des Pfeils F' durch jede Abführnut 4 erfolgt. Das axiale Schweben des Rotors wird durch eine Druckschicht 211 erzielt, welche zwischen der Endfläche des Schwenkzapfens i un-l dem Boden des Rotors 17 angeordnet ist. Diese Schicht wird durch das Fluidum aufrechterhalten, welches durch eine Bohrung 22 strömt. Man kann schließlich zur Verbesserung der Wirksamkeit der axialen Tragvorrichtung in der einen oder der anderen der die Schicht 21 begrenzenden ebenen Flächen ein den oben beschriebenen Netzen ähnliches Rillennetz anordnen.
Bei der in Fig. 2o und 21 dargestellten Ausführung ist die Welle 17 nicht von dem Lager i umgeben, sondern ruht auf diesem mit nur einem Teil ihres Umfangs. Die Rillen 15 sind in dieser Abwandlung auf dem Lager kreuzförmig und in den Diagonalen der Zuführungskammer angeordnet. Die Rillen werden durch Bohrungen 3 gespeist, die ihrerseits durch einen Kanal 2o gespeist werden, än den bei 5 der Zuführungsstutzen des Druckmittels angeschlossen ist. Schließlich kann man bei 4 eine Längsnut zur Abführung des Druckmittels anbringen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:, i. Schwebelager mit einer gewissen Anzahl von Speisezonen, die ein Druckmittel erhalten, welches durch merklich in der Längsrichtung zwischen diesen Zonen angeordnete Nuten abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisezonen durch eine Mehrzahl von ein Netz bildenden Rillen (15) geringen Querschnitts gebildet werden, wobei diese Netze voneinander durch Abführnuten (4) getrennt sind.
2. Schwebelager nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Rillennetz (15) die Form von sogenannten Schmiernuten hat.
3. Schwebelager nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz (15) die Form einer längs dem Umfang der Zone angeordneten Rille hat, wobei Mittel vorgesehen sind, um diese Rille mit einem Druckmittel zu speisen.
4. Schwebelager nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (15) so angeordnet sind, daß sie gebogene Rechtecke bilden, welche die Speisezonen begrenzen; wobei andere Rillen im Innern dieser Rechtecke vorgesehen sind, um die Gesamtheit der durch diese Rechtecke begrenzten Zonen gleichmäßig zu speisen.
5. Schwebelager nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß gewisse Rillen kreuzförmig angeordnet sind, um die Tragzonen zu speisen. -
6. Schwebelager nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Druckmittel gespeisten Zonen so angeordnet sind, daß die Symmetrieebene der Gesamtheit der Tragzonen merklich die Resultierende der äußeren, auf die Welle (17) wirkenden Kräfte enthält, insbesondere der Schwerkraft.
7. Schwebelager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragzonen nur auf einem Teil des Umfangs des Lagers angeordnet sind, gegen welchen die Welle (17) sich unter der Einwirkung dieser Resultierenden zu legen sucht. B.
Schwebelager nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Druckmittel gespeisten Zonen um den Umfang des Lagers herum angeordnet sind, wobei diese Zonen durch in der Längsrichtung angeordnete Nuten (4) voneinander getrennt sind und so gespeist werden, daß der in den der Resultierenden der äußeren Kräfte entgegenwirkenden Zonen herrschende Druck stärker wird. g.
Schwebelager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragzonen in der Nähe ihres Mittelpunktes gespeist werden (Fig. i i). io.
Schwebelager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (15) des Speisenetzes von einer Quelle eines Fluidums unter Druck über eine geeignete Bohrung (3) gespeist werden. ii.
Schwebelager nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß diese Rillen (15) durch diametral gegenüberliegende Nuten gespeist werden.
12. Schwebelager nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Speisezonen und/oder Abführzonen auf der Außenfläche der von dem Lager getragenen Welle (17) angeordnet sind.
13. Schwebelager nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Speisezonen und/oder Abführzonen auf der Innenfläche des zylindrischen Teiles vorgesehen sind, welcher dieses Lager bildet und die in diesem gelagerte Welle umgibt.
14. Schwebelager nach Anspruch i bis ii, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager die Welle (17) nicht vollständig umgibt, sondern diese nur auf einem Teil ihres Umfangs trägt (Fig. 20).
15. Schwebelager nach Anspruch i bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel ein verdichtetes Gas ist.