Lager Vorliegende Erfindung betrifft ein Lager, durch welches der gelagerte Teil mit Hilfe eines Films aus Druckmedium getragen wird. Derartige Lager sind seit mehreren Jahren bekannt. Der Aufbau ist aber solcher Art, dass der gelagerte Teil, beispiels weise ein Läufer, auf gegenüberstehenden Seiten im wesentlichen dem gleichen Druck ausgesetzt wird, so dass die resultierende Tragfähigkeit des Lagers gering wird.
Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Erzielung einer solchen Lagerkonstruktion, dass die Druckkräfte auf gegenüberstehenden Seiten eines Läufers zusammen einen bedeutenden resultierenden Druck ergeben, der den schwingenden Bewegungen des Läufers im Lager entgegenwirkt.
Das Lager gemäss der Erfindung umfasst wenig stens eine Fläche, die mit wenigstens einer Fläche eines gelagerten Teils oder Abstützteils, zusammen wirkt und von der letztgenannten Fläche normaler weise getrennt gehalten wird, und zwar mit Hilfe eines Films aus strömendem Druckmedium, welches durch einen Zuführungsgang im Lager zugeführt wird, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lager eine Druckverteilungskammer und eine daran anschlie ssende Lagerfläche aufweist, welch letztere der Fläche des gelagerten Teils oder Abstützteils mit einem Spiel folgt, das wenigstens im innern Bereich der Lager fläche höchstens 0,1 mm beträgt, wobei die Dicke des Zwischenraumes,
der mittels der Druckvertei lungskammer zwischen dem Lager und dem gelager ten Teil oder Abstützteil gebildet ist, um 25 bis 100% grösser ist als der genannte Wert des Spiels zwischen der Lagerfläche und dem gelagerten Teil oder Abstützteil, und dass der Zwischenraum zwischen der Lagerfläche und dem gelagerten Teil oder Ab stützteil mit der Aussenluft oder der Einlassseite einer Evakuierungseinrichtung kommuniziert.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entfernt sich die erwähnte Lagerfläche an ihrem äusseren Teil etwas von der Fläche des gelagerten Teils oder Abstützteils derart, dass eine Ejektorwirkung an der genannten Lagerfläche er zeugt wird zwecks Minderung des, Druckes in der Kammer, wenn das Spiel zwischen ihr und dem gelagerten Teil oder Abstützteil momentan ver grössert wird.
Zweckmässig ist die Mündung des Zuführungs- durchgangs mit einer Kante versehen, die vorgesehen ist, um eine drosselnde Wirkung zu erzeugen, im Falle, d'ass der gelagerte Teil oder Abstützteil sich der genannten Mündung nähert.
Die beigefügten Zeichnungen veranschaulichen einige Ausführungsbeispiele gemäss der Erfindung. Es zeigen: Fig. 1 und 2 schematisch verschiedene Entwick lungsstadien eines Lagers, Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch ein Lager für einen sphärischen Läufer, Fig. 4 einen Teil des genannten Schnitts, in grö sserem Massstabe, Fig. 5 eine Seitenansicht der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung, Fig. 6 eine Teilansicht der Läuferoberfläche, Fig. 7 in Seitenansicht ein Lager für einen Läu fer mit senkrechter Drehachse,
Fig. 8 einen Schnitt, der durch eine Diametral ebene eines abgeänderten Läufers gelegt ist, Fig. 9 in Draufsicht einen zylindrischen Läufer mit sphärischen Stirnseiten, . Fig. 10 und 11 in Draufsicht bzw. Stirnansicht ein Achslager und Fig. 12 eine Stirnansicht eines abgeänderten Achs lagers. Das Prinzip, auf dem die Erfindung beruht, kann von der Strahlpumpe hergeleitet werden, bei welcher das Arbeitsmedium ein Vakuum oder einen Unter druck erzeugt, mit Hilfe dessen das zu befördernde Medium in Bewegung versetzt wird.
Fig. 1 zeigt eine Strahlpumpe, bei der ein Strahl rohr 1 für das Arbeitsmedium von einem Durchgang 2 für das zu befördernde Medium umschlossen ist. Das Rohr 1 und der Durchgang 2 münden in einen schichtenförmigen Raum 3, welcher dem gemein samen Abflussdurchgang der Strahlpumpe entspricht. Im Raum 3 ist die Strömungsrichtung radial, und ein Ausfluss 4 desselben soll, wenn keine besonderen Massnahmen getroffen werden, eine runde kreisring förmige Öffnung sein. Die Wandung des Durch gangs 2 ist mit einer Scheibe 5 verbunden, und die untere Wand des Raumes 3 ist mit 6 bezeichnet.
Durch die Vereinigung des Rohres 1, des Durch gangs 2 und der Scheibe 5, welche letztere gemäss dem Beispiel eine runde Scheibe ist, zu einer Ein heit, die im Verhältnis zur Wand 6 beweglich ist, deren Ausdehnung nicht auf die Strömungsverhält nisse einwirkt, wenn sie nur die Scheibe 5 ringsherum überragt, wird ein Druckmediumlager erzielt, bei dem die genannte zusammengebaute Einheit vom Druck im Raum 3 getragen und auf der Wand 6 schwim mend gehalten werden kann.
Das in Fig.2 gezeigte Lagerorgan ist für seine Aufgabe weiter spezialisiert worden. Das Rohr ge mäss Fig. 1 ist durch einen Zuführungskanal 10 für das Arbeitsmedium oder Druckmedium ersetzt und der Durchgang 2 weggelassen worden. Der Raum 3 ist nach oben durch eine Scheibe 12 begrenzt, welche die Scheibe 5 gemäss Fig. 1 ersetzt. Durch die ge nannte Änderung des Lagerorgans kann die Ejektor- wirkung der Strahlpumpe für die Erzeugung eines Unterdrucks im Raum 3 ausgenutzt werden.
Wenn das Lagerorgan 10, 12 belastet wird, ver kleinert sich der Raum 3, und eine gewisse drosselnde Wirkung im Raum 3 wird erzielt. Die Tragfähigkeit des Lagers ist A . P, wo A die Area der Scheibe 12 und P der Mittelwert des Druckes im Raum 3 ist. Die Fähigkeit, kurzdauernde Stossbeanspruchungen aufzunehmen, dürfte, wie dies mehrere Proben gezeigt haben, mindestens zweimal grösser sein als die statische Tragfähigkeit, was sich daraus erklären lässt, dass die Toleranz zwischen der Lagerfläche 12 und der Wand 6, das heisst die Tiefe des Raumes 2, geringer als 0,1 mm gehalten werden kann. Der Druckmedium verbrauch ist bemerkenswert gering.
Die Ejektorwirkung tritt ein, wenn die Toleranz zwischen der Scheibe 12 und der Wand 6 zunimmt, beispielsweise bei fest angebrachtem Lagerorgan und belasteter Wand 6. Der Mediumstrom vom Kanal 10 aus verbreitet sich wie ein Film. über die Wand 6 mit radialer Teilchenbewegung. Unter der Voraus setzung, dass der Mediumstrom die ringförmige Aus trittsmündung 14 an der Kante der Scheibe 12 voll ständig füllt, wird die Oberseite der Wand 6 nicht dem Atmosphärendruck ausgesetzt, sondern nur dem statischen und kinematischen senkrechten Druck, der unterhalb der Mündung des Kanals 10 herrscht.
Der Atmosphärendruck wirkt auf der Unterseite der Wand 6, und die Wand wird demnach in einer opti malen Lage nach dem Lagerorgan zu gezogen. Es können zwei im Verhältnis zu einem Rotations körper diametral angebrachte Lagerorgane abwech selnd und automatisch den erforderlichen Lagerdruck liefern, ohne dass dem Druck des einen Lagerorgans von den Druckkräften des anderen entgegengewirkt wird, beispielsweise bei einer oszillierenden Welle.
Die Lagerscheibe 12 und die Wand 6 können konvex oder konkav mit sphärischer, zylindrischer, konischer oder anderer Form, die sich für einen Rotationskörper eignet, sein.
Bei der in Fig. 3 bis 6 gezeigten Vorrichtung ist ein sphärischer Läufer 21 in einer Lagerschale 22 gelagert, die einen Durchgang 23 für Druckluft ent hält. Andere gasförmige oder flüssige Druckmedien, z. B. Dampf, Wasser oder dergleichen, sind auch verwendbar. Die Druckluft strömt vom Durchgang 23 in eine schichtenförmige Druckverteilungskammer 24 im Teil 22, die zwischen der Lagerschale und dem Läufer einen Zwischenraum von höchstens 0,2 mm Dicke oder weniger freilässt. Oberhalb der genannten Kammer 24 ist der Läufer von einer an die Kammer anschliessenden ringförmigen Lagerfläche 25 in der Lagerschale 22 umschlossen, welche Fläche sich mit Spiel an die Fläche des Läufers anschmiegt.
Dieses Spiel ist wenigstens im untern (innern) Bereich der Fläche 25 höchstens 0,1 mm. Die Dicke des durch die Druckverteilungskammer 24 gebildeten Zwischen raum soll 25 bis 100 ä grösser sein als der genannte Wert des Spiels zwischen der Lagerfläche 25 und der Fläche des Läufers 21. Die Fläche 25 wird an ihrem oberen Teil vorteilhaft etwas erweitert ausge bildet, so dass sie sich ein wenig von der sphärischen Fläche entfernt, wie dies besonders aus Fig. 4 hervor geht, gemäss welcher Figur angenommen wird, dass der Läufer auf der zugeführten Druckluft schwimmt.
Eine geeignete Abwägung zwischen Luftdruck, Spiel und Läufergewicht ist vorhanden, wenn derjenige Luftfilm, der sich vom Durchgang 23 aus über die Läuferkalotte in der Kammer 24 verbreitet, im we sentlichen zwischen der Lagerfläche 25 und dem Läu fer hinausdringen kann. Wenn für einen Augenblick das Spiel an einer Stelle bei der Fläche 25 zu gering ist, sammelt sich die Luft in dem dazugehörigen Teil der Kammer 24, und der Druck steigt.
Sollte ander seits das Spiel für einen Augenblick zu gross werden, so entsteht eine Ejektorwirkung an der Lagerfläche 25, so dass ein Teil der in der Kammer 24 gespeicher ten Luft vom Luftfilm aus der Kammer entfernt wird, wodurch im grossen und ganzen unabhängig vom Druck in der Luftfilmschicht ein Unterdruck in der Kammer entsteht. Der Läufer wird hierdurch schnell in eine stabile Lage zurückgebracht.
Gemäss Fig. 3 bis 6 ist das Lager 22 mit Antriebs organen für den Läufer 21 versehen. Bei der Ver wendung des Läufers für Gyroskopkompasse und dergleichen ist der Läufer mit einer durchgehenden, festen oder freilaufenden Achse 27 versehen. Dies ist auch dann der Fall, wenn zwei oder mehr Läufer in Verbundbetrieb sind.
Fig. 3 zeigt eine Antriebsdüse 30 mit einer vor geschalteten Regelklappe 31 für die Zuführung von Druckluft am unteren Teil des Läufers in der Kam mer 24. Hierbei wird eine Drehung des Läufers 21 im Uhrzeigersinne erzielt. Der Läufer kann eine ebene oder geriffelte Oberfläche haben, oder er kann mit anderen geeigneten Vertiefungen ausgebildet sein über die ganze Oberfläche oder längs einer schmalen, ring förmigen Zone zum Zusammenwirken mit der Düse oder den Düsen, für den Fall, dass mehrere Düsen in die Kammer 24 münden oder oberhalb des Lagers 22 angebracht sind, wie dies bei 32 und 33 gezeigt ist.
Diese letzteren Düsen sind gemäss dem Beispiel je für sich regelbar und in einer Druckkammer 34 an geordnet, der über einen Kanal 35 Druckluft zuge führt wird. Die Kammer 34 ist mit einer Be schleunigungskappe 36 verbunden, die den oberen Teil des Läufers umschliesst und an derjenigen Seite des Läufers, der eine Aufwärtsbewegung hat, mit dem Lager 22 zusammengefügt ist.
Die Kappe 36 befindet sich in einem solchen Abstand vom Läufer, dass die Luftströme von dem Lager 22 und den Düsen 33 und 32 aus dazu gebracht werden, der Oberfläche des Läufers zu folgen, um die Luftreibung zu vermindern.
In Fig.6 gezeigte Vertiefungen 40 für Düsen antrieb bestehen aus Bohrungen, die in gleichen Ab ständen voneinander angeordnet sind. Die Vertiefun gen 40 können auch in der Form Zahnlücken oder Schalen ausgebildet werden.
Die Form des Läufers ist nicht auf die sphärische begrenzt, sondern der Läufer kann mit einem Quer schnitt durch die Rotorachse ausgeführt werden, der elliptisch, rhomboidisch oder aus ungleichförmigen, in verschiedenen radialen Abständen von der Läu ferachse gelegenen und so ausgebildeten Rotations flächen zusammengesetzt ist, dass für jede dieser Flächen eine Lagerfläche 25 oder dergleichen an eine Druckverteilungskammer angeschlossen werden kann.
Gemäss dem oben beschriebenen Beispiel besteht das Lager aus. einem schalenförmigen Körper, der ungefähr die Hälfte des. Läufers umschliesst. Es ist aber ohne weiteres möglich, das Lager im wesent lichen den ganzen Läufer umschliessen zu lassen. Hierbei wird eine Lagerschale angebracht, die den oberen Teil des Läufers umschliesst und die identisch so wie das Lager 22 ausgeführt sein kann. Ein ring förmiger freier Spalt zwischen den beiden Lagerteilen 22 dient als Ausflussöffnung für die Druckluft.
Es dürfte klar sein, dass der Läufer dazu gebracht werden kann, sich um eine Achse mit beliebiger Neigung zu drehen, also auch um eine senkrechte Achse, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Der Läufer wird in der gleichen Weise getragen wie im Zusammen hang mit Fig. 3 beschrieben, wo. der Durchgang 23 gegebenenfalls zugeschlossen werden kann, während für die Aufrechterhaltung des Druckes in der Kam mer 24 lediglich die Düse 30 genügt.
Fig. 7 zeigt vier Düsen 43 mit horizontaler Strah leneinrichtung, welche in der Tangentenrichtung einer Kreislinie mit dem Radius ungefähr gleich dem hal ben Radius des. Läufers angeordnet sind. Die Druck kammer 24 und die Lagerfläche 25 sind so ausge bildet wie im Zusammenhang mit Fig. 3 angegeben ist. In derjenigen Ringzone, die an den Düsenmün dungen vorbeigeht, ist der Läufer mit Vertiefungen der vorher genannten Art ausgebildet.
Anstatt der Beschleunigungskappe 36 kann hier eine sphärische Haube 44 verwendet werden, die an das Lager 22 angeschlossen und an ihrem höchsten Teil mit einer Ausflussöffnung 45 versehen ist. Gegebenenfalls kann der Auslauf 45 der Haube an eine Evakuie- rungsvorrichtung angeschlossen werden.
Es besteht auch die Möglichkeit, allein oder in Verbindung mit den oben angegebenen Antriebsorga nen den Läufer mit Hilfe eines, 'Drehfeldes anzu treiben. Ein solcher durch Magnetfeld angetriebener Läufer ist von besonderer Bedeutung in Fällen, in denen man gewisse genau feststellbare, extrem hohe Drehzahlen bekommen will, beispielsweise beim Photographieren kurzdauernder Vorgänge.
Wenn der Läufer zur Rotation um eine senkrechte Achse oder um eine Achse mit starker Neigung ein gerichtet ist, hat die Ausgestaltung des Läufers ober halb der Lagerschale keine Bedeutung für die eigent liche Lagerung. Dem oberen Teil des Läufers kann eine beliebig geeignete Form gegeben werden, oder dieser Teil kann völlig entbehrt werden. Der untere in der Lagerschale befindliche Läuferteil kann durch eine Rotationsfläche mit von der sphärischen Fläche abweichender Form begrenzt sein.
Bei Verwendung einer entsprechenden erfindungsgemässen Lagerung bei magnetischen Kompassen oder ferngesteuerten Nebenkompassen kann die Magnetnadel oder das richtungsangebende Organ beispielsweise an einer Halbkugel oder an einem noch kleineren oder grö sseren Teil einer Kugel angebracht oder darin einge gossen sein.
Es besteht ausserdem die Möglichkeit, die Kompassrose in der gleichen Weise wie die Halbkugel zu lagern, nämlich dadurch, dass dieselbe wie die Krempe eines umgekehrten Hutes ausgebil det wird, dessen Kopf in der gleichen Weise wie die Halbkugel in der Lagerschale gelagert ist und mit einer zentral gelegenen Durchströmungsöffnung für das Druckmedium ausgebildet ist, die" so gewählt ist, dass ein Teil des zur Lagerschale geleiteten Druck mediums zur Lagerung des Hutkopfes ausgenutzt wird,
während der Rest des Druckmediums. in den Hutkopf einströmt und zur Lagerung darin des richtungsanzeigenden Teils des Kompasses, das heisst der Halbkugel oder dergleichen, benutzt wird, wobei der Hutkopf seinerseits inwendig als eine Lager schale von demselben Typ wie die im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebene ausgestaltet ist,
jedoch nur mit einem zentral angebrachten Druckmediumdurch- gang. Die Halbkugel und die Kompassrose werden zur Erzielung eines guten Gleichgewichts mit tieflie gendem Schwerpunkt ausgeführt.
Der Läufer kann auch als Reaktionsturbine be trieben werden, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Ein Läufer 50 ist hier hohl und mit zum Radius ge neigten Kanälen 51 versehen. Druckluft von der Kammer 24 aus speist im Läufer befindliche Hohl räume 53, von wo die Luft durch die Kanäle 51 ausströmt, wobei ein Drehmoment am Läufer hervor gerufen wird. Auch in diesem Fall kann der oberhalb des Lagers 22 befindliche Teil des Läufers zur Ver grösserung des Druckgefälles und Verminderung des Luftwiderstandes von einer Evakuierungshaube um schlossen sein.
Fig.9 zeigt einen zylindrischen Läufer 55 mit dazugehörigem Lager 56, welch letzteres. mit einem spaltförmigen Luftzuführungsdurchgang 57 versehen ist, der sich längs dem Läufer an dessen unterstem Teil erstreckt.
Endpartien 58 des Läufers sind gemäss dem Beispiel sphärisch mit dem gleichen Radius wie der zylindrische Läufer und mittels Lagerschalen mit im wesentlichen halbkugeligem Lagerraum, die als Längslager dienen, wie der oben beschriebene sphäri sche Läufer gelagert. Diese Längslager oder das Lager 56 können mit Antriebsdüsen der oben be schriebenen Art versehen werden. Der Läufer 55 gemäss Fig. 9 eignet sich besonders als Träger einer Reihe Spiegel von kleinen Abmessungen, welche am Umfang des Läufers gleichmässig verteilt sind und innerhalb der zylindrischen Fläche liegen. Bei Ver wendung von durchscheinendem Material können die Spiegel in die Masse eingegossen werden.
Eines der Endlager 58 oder beide können aber völlig entbehrt werden, und der Lagerraum kann, wie in Fig. 10 und 11 gezeigt, im wesentlichen halb zylindrisch mit nach aussen offenen Endpartien, aus gebildet sein.
Fig. 10 zeigt ein Lager bzw. einen Lagerteil 60 in Draufsicht, wo das Druckmedium durch eine schlitzförmige Öffnung 61 hindurch in eine Druck verteilungskammer 62 eintritt. Anstatt einer schlitz- förmigen Öffnung kann eine Reihe kleinerer Öffnun gen zur Druckmediumzuführung verwendet werden. Das. gleiche gilt für den Durchgang 57 gemäss Fig. 9.
Die genannte Kammer 62 ist in der Querrichtung der Achse durch Lagerflächen 64 begrenzt. Die Kam mer 62 und Lagerflächen 63 sind nach demselben Prinzip wie die Kammer 24 und die Lagerfläche 25 gemäss Fig. 3 ausgeführt, während die Flächen 64 mit kleiner Toleranz der Zylinderfläche der Achse folgen, wann die Achse sich in schwimmendem Zu stand befindet.
In Fig. 11, welche den oben beschrie benen Lagerteil 60 in Stirnansicht zeigt, ist das Lager durch einen oberen Lagerteil 66 ergänzt, der mit dem in Fig. 10 veranschaulichten identisch ist, so dass eine Achse 65 mit Ausnahme zweier Auslauf kanäle für die Druckluft von den Lagerorganen um schlossen ist. Wenn die Achse aus ihrer neutralen Lage verrückt wird, nimmt die Druckkraft von dem einen Lagerteil aus zu, und die Druckkraft von dem anderen Lagerteil aus nimmt ab oder wird,
in über- einstimmung mit den früheren Angaben, durch Saug wirkung ersetzt. Die beiden Lagerteile 60 und 66 werden mit Hilfe von z. B. Jochen oder anderen Gestenteilen in gegenseitiger Lage gehalten.
Gemäss Fig. 12 ist eine Achse 67 in einem aus vier Lagerteilen 68 zusammengesetzten Lager ge lagert. Die Anzahl und der Umhüllungswinkel der Lagerteile können nach Wunsch gewählt werden. Es dürfte ohne weiteres klar sein, dass die Antriebs organe in der gleichen Weise wie bei den oben beschriebenen sphärischen Lagern in einem Achs lager angeordnet werden können, wodurch das Druck medium zweifältig ausgenutzt wird.
Es leuchtet ein, dass ein sphärisches Lager auch aus mehreren Lagerteilen bestehen kann, nicht nur aus zwei, wie oben angegeben. Schliesslich sei hervor gehoben, dass ein gemäss der Erfindung gelagerter Läufer ohne Verwendung der oben beschriebenen Antriebsdüsen betrieben werden kann. Dies geschieht z. B. lediglich durch eine gewisse Neigung der Lager schale, so d'ass die Toleranz an der Lagerfläche 2 5 auf der einen Seite des Läufers grösser wird als auf der gegenüberstehenden Seite. Fig.3 zeigt Stell schrauben 70 an der Unterseite des Lagers 22, mittels derer das Lager in gewünschter Richtung und in ge wünschtem Grade schräggestellt werden kann.
Druck luft braucht hierbei nur durch den zentral ange brachten Durchgang 23 zugeführt zu werden, so dass der Druck in der Druckverteilungskammer 24 auf rechterhalten wird.
Der Boden des Druckverteilungsraumes der La gerschale, gemäss Fig. 3 des Raumes 24 und gemäss Fig. J O des Raumes 62, kann mit dünnen Streifen oder dergleichen versehen werden, die im wesent lichen in der Strömungsrichtung des Luftfilms laufen und sich gegebenenfalls an der Oberfläche des Läu fers anschmiegen, wenn der Läufer bei abgeschalteter Druckluft im Lager ruht.
Die Streifen teilen die Druckverteilungskammer in eine Anzahl Abschnitte auf, die je mit einer Druckluftzuführungsstelle in offener Verbindung stehen und mittels der gedrossel ten Durchgänge, die zwischen den Streifen und der Oberfläche des Läufers entstehen, miteinander kom munizieren. Hierdurch werden die lageralen Luft ströme, die bei etwaigen Schwingungen der Läufer achse hervorgerufen werden, gebremst, und die Trag fähigkeit des Lagers nimmt zu. Solche Streifen sind in Fig. 10 mit 72 bezeichnet. Die Streifen sind an der Lagerfläche 63 angeschlossen.
Die Luftströme werden in dieser Weise in der Querrichtung der Welle ge- steuert. Im Falle, dass der Druckverteilungsraum mit sehr kleiner Tiefe ausgeführt wird, können die Strei fen entbehrt und der Boden des Raumes gaufriert oder geriffelt oder sonstwie als eine Fläche mit grosser Luftreibung ausgeführt werden.
Um zu verhindern, dass das in der Druckver- telungskammer vorhandene Druckmedium durch den Zuführungsdurchgang zurückgetrieben wird, z. B. infolge einer momentanen Druckerhöhung in der Kammer bei etwaigen Schwingungen des Rotors oder Läufers, kann der genannte Durchgang mit einem Rückschlageventil versehen werden. Anstatt eines solchen Ventils kann die Mündung des. Zuführungs durchgangs mit einer Kante versehen sein, die eine drosselnde Wirkung erzeugt, wenn der gelagerte Teil sich der genannten Mündung nähert.
Der Läufer und das Lager können selbstverständ lich aus beliebigem geeignetem Material hergestellt werden, da zwischen ihnen im Betrieb des Läufers kein Oberflächenkontakt vorhanden ist. Vom ferti gungstechnischen Standpunkt ist giessbares Material vorzuziehen.
Ein Anwendungsbereich, für den sich die Vor richtung gemäss der Erfindung besonders eignet, ist das Studium und die praktische Verwendung von Ultraschallerscheinungen.
Obschon nicht im vorstehenden erwähnt, ist es klar, dass die Lager bei ihren Ausläufen für das Trieb medium an eine Evakuierungsvorrichtung angeschlos sen werden können, während die Zuführungsdurch gänge mit der Aussenluft kommunizieren können. Hierbei können selbstverständlich zwischen der Ein lauf- und der Ablaufseite des Triebmediums im Lager keine grösseren Druckdifferenzen als 1 kglcm2 erreicht werden, was aber in den meisten Fällen zur Erzielung der gewünschten Wirkung genügt. Der Begriff Druckmedium soll demgemäss auch Me dien umfassen, deren Druck den Atmosphärendruck nicht übersteigt.
Im Zusammenhang mit der in Fig. 10 gezeigten Vorrichtung sei erwähnt, dass die Achse etwa durch eine ortsfeste Schiene ersetzt sein kann und die Lager hälfte als eine Kufe längs der Schiene gleitend ange bracht sein kann. Durch Verwendung zweier zuein ander parallelen Schienen sowie mehrerer auf diesen angeordneten Kufen der genannten Art, als ein Unter gestell für eine Transportvorrichtung montiert, welche mit einer Druckquelle für Druckmediumzuführung an die Kufen versehen ist, ergibt sich ein Schlitten, der längs den Schienen mit minimaler Reibung, nämlich nur Luftreibung, beweglich ist.
Wenn es sich nur um eine gegenseitige Längs bewegung zwischen dem Lager (Kufe) und der Schiene handelt, kann diese letztgenannte mit einer zweckdienlichen Querschnittsform mit ebener, kon vexer oder konkaver oberer Fläche ausgeführt wer den.
Bearing The present invention relates to a bearing by which the stored part is supported by means of a film of printing medium. Such bearings have been known for several years. The structure is such that the supported part, for example a runner, is subjected to essentially the same pressure on opposite sides, so that the resulting load-bearing capacity of the bearing is low.
One purpose of the present invention is to achieve a bearing construction such that the compressive forces on opposite sides of a rotor together give a significant resultant pressure which counteracts the oscillating movements of the rotor in the bearing.
The bearing according to the invention comprises at least one surface which interacts with at least one surface of a stored part or support part and is normally kept separate from the last-mentioned surface, namely with the aid of a film of flowing pressure medium, which through a feed passage in the Bearing is supplied, and is characterized in that the bearing has a pressure distribution chamber and an adjoining bearing surface, the latter following the surface of the stored part or support part with a clearance that is at least 0.1 mm in the inner area of the bearing surface , where the thickness of the gap,
which is formed by means of the Druckvertei distribution chamber between the bearing and the stored part or support part is 25 to 100% greater than the stated value of the play between the bearing surface and the stored part or support part, and that the space between the bearing surface and the The stored part or support part communicates with the outside air or the inlet side of an evacuation device.
According to a preferred embodiment of the invention, the mentioned bearing surface on its outer part is somewhat removed from the surface of the mounted part or support part in such a way that an ejector effect is generated on the said bearing surface for the purpose of reducing the pressure in the chamber when the play between it and the stored part or support part is currently enlarged.
The mouth of the feed passage is expediently provided with an edge which is provided in order to produce a throttling effect in the event that the mounted part or support part approaches the said mouth.
The accompanying drawings illustrate some embodiments according to the invention. 1 and 2 show schematically different development stages of a bearing, FIG. 3 a vertical section through a bearing for a spherical rotor, FIG. 4 a part of the mentioned section, on a larger scale, FIG. 5 a side view of the in Fig. 3 device shown, Fig. 6 is a partial view of the rotor surface, Fig. 7 is a side view of a bearing for a Läu fer with a vertical axis of rotation,
Fig. 8 is a section through a diametrical plane of a modified runner, Fig. 9 is a plan view of a cylindrical runner with spherical end faces. Fig. 10 and 11 in plan view and front view of an axle bearing and Fig. 12 is a front view of a modified axle bearing. The principle on which the invention is based can be derived from the jet pump, in which the working medium generates a vacuum or a negative pressure, with the aid of which the medium to be conveyed is set in motion.
Fig. 1 shows a jet pump in which a jet pipe 1 for the working medium is enclosed by a passage 2 for the medium to be conveyed. The pipe 1 and the passage 2 open into a layered space 3, which corresponds to the common outflow passage of the jet pump. In space 3, the direction of flow is radial, and an outflow 4 of the same should, if no special measures are taken, be a round, annular opening. The wall of the passage 2 is connected to a disk 5, and the lower wall of the space 3 is denoted by 6.
By combining the tube 1, the passage 2 and the disc 5, the latter according to the example being a round disc, to a unit that is movable in relation to the wall 6, the expansion of which does not affect the flow conditions when it protrudes only around the disc 5, a pressure medium storage is achieved in which said assembled unit can be supported by the pressure in the space 3 and kept floating on the wall 6.
The bearing member shown in Figure 2 has been further specialized for its task. The pipe ge according to FIG. 1 is replaced by a feed channel 10 for the working medium or pressure medium and the passage 2 has been omitted. The space 3 is delimited at the top by a disk 12 which replaces the disk 5 according to FIG. 1. As a result of the change in the bearing element mentioned, the ejector effect of the jet pump can be used to generate a negative pressure in space 3.
When the bearing member 10, 12 is loaded, the space 3 is reduced ver, and a certain throttling effect in the space 3 is achieved. The bearing capacity is A. P, where A is the area of disk 12 and P is the mean value of the pressure in space 3. As several samples have shown, the ability to absorb brief impact loads should be at least twice greater than the static load-bearing capacity, which can be explained by the fact that the tolerance between the bearing surface 12 and the wall 6, i.e. the depth of the room 2 , can be kept less than 0.1 mm. The print media consumption is remarkably low.
The ejector effect occurs when the tolerance between the disk 12 and the wall 6 increases, for example when the bearing member is firmly attached and the wall 6 is loaded. The medium flow from the channel 10 spreads like a film. over the wall 6 with radial particle movement. Provided that the medium flow completely fills the annular outlet opening 14 at the edge of the disk 12, the top of the wall 6 is not exposed to atmospheric pressure, but only to the static and kinematic vertical pressure below the opening of the channel 10 prevails.
The atmospheric pressure acts on the underside of the wall 6, and the wall is therefore drawn in an opti paint position after the bearing member. It can alternately and automatically deliver the required bearing pressure two in relation to a rotating body diametrically mounted bearing elements without the pressure of one bearing element being counteracted by the pressure forces of the other, for example in the case of an oscillating shaft.
The bearing disk 12 and the wall 6 can be convex or concave with a spherical, cylindrical, conical or other shape that is suitable for a body of revolution.
In the device shown in Fig. 3 to 6, a spherical rotor 21 is mounted in a bearing shell 22 which holds a passage 23 for compressed air ent. Other gaseous or liquid pressure media, e.g. B. steam, water or the like are also usable. The compressed air flows from the passage 23 into a layered pressure distribution chamber 24 in the part 22, which leaves a gap of at most 0.2 mm thick or less between the bearing shell and the rotor. Above said chamber 24, the runner is enclosed in the bearing shell 22 by an annular bearing surface 25 adjoining the chamber, which surface clings to the surface of the runner with play.
At least in the lower (inner) area of the surface 25, this play is at most 0.1 mm. The thickness of the space formed by the pressure distribution chamber 24 should be 25 to 100 ä greater than the stated value of the play between the bearing surface 25 and the surface of the rotor 21. The surface 25 is advantageously somewhat expanded at its upper part, so that it moves a little away from the spherical surface, as can be seen particularly from FIG. 4, according to which figure it is assumed that the runner floats on the supplied compressed air.
A suitable balance between air pressure, play and runner weight is present when that film of air that spreads from the passage 23 over the runner dome in the chamber 24, we sentlichen between the bearing surface 25 and the runner can penetrate fer. If for a moment there is too little play at one point on surface 25, the air will collect in the associated part of chamber 24 and the pressure will rise.
On the other hand, if the game becomes too big for a moment, an ejector effect occurs on the bearing surface 25, so that part of the air stored in the chamber 24 is removed from the chamber by the air film, which is largely independent of the pressure in the air film layer creates a negative pressure in the chamber. This quickly brings the runner back into a stable position.
According to Fig. 3 to 6, the bearing 22 is provided with drive organs for the rotor 21. When using the runner for gyroscope compasses and the like, the runner is provided with a continuous, fixed or free-running axle 27. This is also the case when two or more runners are in parallel operation.
Fig. 3 shows a drive nozzle 30 with an upstream control valve 31 for the supply of compressed air to the lower part of the rotor in the Kam mer 24. Here, a rotation of the rotor 21 is achieved in the clockwise direction. The runner can have a flat or corrugated surface, or it can be formed with other suitable depressions over the entire surface or along a narrow, annular zone for cooperation with the nozzle or nozzles in the event that several nozzles are in the chamber 24 open or are attached above the bearing 22, as shown at 32 and 33.
These latter nozzles can be regulated according to the example and are arranged in a pressure chamber 34, which is supplied via a channel 35 with compressed air. The chamber 34 is connected to an acceleration cap 36 which encloses the upper part of the runner and is joined to the bearing 22 on that side of the runner which has an upward movement.
The cap 36 is located at such a distance from the runner that the air currents from the bearing 22 and the nozzles 33 and 32 are caused to follow the surface of the runner in order to reduce air friction.
In Figure 6 shown depressions 40 for nozzles drive consist of bores which are arranged from each other in equal positions. The recesses 40 can also be in the form of tooth gaps or shells.
The shape of the rotor is not limited to the spherical, but the rotor can be designed with a cross-section through the rotor axis, which is elliptical, rhomboid or composed of non-uniform, at different radial distances from the rotor axis and thus formed rotational surfaces, that for each of these surfaces a bearing surface 25 or the like can be connected to a pressure distribution chamber.
According to the example described above, the bearing consists of. a bowl-shaped body that encloses approximately half of the runner. However, it is easily possible to have the camp essentially enclose the entire runner. Here, a bearing shell is attached which surrounds the upper part of the rotor and which can be designed identically to the bearing 22. A ring-shaped free gap between the two bearing parts 22 serves as an outflow opening for the compressed air.
It should be clear that the rotor can be made to rotate about an axis with any inclination, that is to say also about a vertical axis, as shown in FIG. 7. The runner is worn in the same way as described in connection with FIG. 3, where. the passage 23 can be closed if necessary, while the nozzle 30 is sufficient for maintaining the pressure in the chamber 24.
Fig. 7 shows four nozzles 43 with horizontal Strah leneinrichtung, which are arranged in the tangent direction of a circular line with the radius approximately equal to the hal ben radius of the. Runner. The pressure chamber 24 and the bearing surface 25 are so out forms as is indicated in connection with FIG. In that ring zone that passes the nozzle mouths, the runner is formed with depressions of the aforementioned type.
Instead of the acceleration cap 36, a spherical hood 44 can be used here, which is connected to the bearing 22 and is provided with an outflow opening 45 at its highest part. If necessary, the outlet 45 of the hood can be connected to an evacuation device.
It is also possible to drive the rotor with the help of a 'rotating field, alone or in conjunction with the drive organs specified above. Such a rotor driven by a magnetic field is of particular importance in cases in which one wants to get certain precisely determinable, extremely high speeds, for example when photographing short-term processes.
If the runner is directed to rotate about a vertical axis or an axis with a steep incline, the design of the runner above the bearing shell has no significance for the actual storage. Any suitable shape can be given to the upper part of the runner, or this part can be dispensed with entirely. The lower rotor part located in the bearing shell can be limited by a surface of rotation with a shape deviating from the spherical surface.
When using a corresponding storage according to the invention in magnetic compasses or remote-controlled secondary compasses, the magnetic needle or the direction-indicating organ can be attached or cast into a hemisphere or an even smaller or larger part of a sphere.
There is also the possibility to store the compass rose in the same way as the hemisphere, namely in that the same as the brim of an inverted hat is ausgebil det, the head of which is mounted in the same way as the hemisphere in the bearing shell and with a centrally located through-flow opening is formed for the pressure medium, which "is selected so that part of the pressure medium directed to the bearing shell is used to support the hat head,
while the rest of the print media. flows into the hat head and is used for mounting therein the direction-indicating part of the compass, i.e. the hemisphere or the like, the hat head in turn being designed internally as a bearing shell of the same type as that described in connection with FIG.
however, only with a centrally attached print medium passage. The hemisphere and the compass rose are designed with a low center of gravity to achieve a good balance.
The rotor can also be operated as a reaction turbine, as shown in FIG. A runner 50 is hollow here and provided with channels 51 inclined to the radius. Compressed air from the chamber 24 feeds hollow spaces 53 in the rotor, from where the air flows out through the channels 51, a torque being generated on the rotor. In this case, too, the part of the rotor located above the bearing 22 can be enclosed by an evacuation hood to increase the pressure gradient and reduce the air resistance.
9 shows a cylindrical rotor 55 with an associated bearing 56, the latter. is provided with a gap-shaped air supply passage 57 which extends along the runner at its lowermost part.
End portions 58 of the runner are spherical according to the example with the same radius as the cylindrical runner and by means of bearing shells with a substantially hemispherical storage space that serve as longitudinal bearings, such as the spherical runner described above. This longitudinal bearing or the bearing 56 can be provided with drive nozzles of the type described above be. The rotor 55 according to FIG. 9 is particularly suitable as a carrier for a row of small mirrors which are evenly distributed around the circumference of the rotor and lie within the cylindrical surface. When using translucent material, the mirrors can be cast into the mass.
One of the end bearings 58 or both can, however, be dispensed with entirely, and the storage space can, as shown in FIGS. 10 and 11, be formed from essentially semi-cylindrical with outwardly open end portions.
Fig. 10 shows a bearing or a bearing part 60 in plan view, where the pressure medium enters a pressure distribution chamber 62 through a slot-shaped opening 61. Instead of a slit-shaped opening, a number of smaller openings can be used to feed the print medium. The. the same applies to the passage 57 according to FIG. 9.
Said chamber 62 is delimited in the transverse direction of the axis by bearing surfaces 64. The Kam mer 62 and bearing surfaces 63 are designed on the same principle as the chamber 24 and the bearing surface 25 according to FIG. 3, while the surfaces 64 follow the cylinder surface of the axis with a small tolerance when the axis is in a floating state.
In Fig. 11, which shows the above-described enclosed bearing part 60 in an end view, the bearing is supplemented by an upper bearing part 66, which is identical to that illustrated in Fig. 10, so that an axis 65 with the exception of two outlet channels for the compressed air is enclosed by the camp organs. When the axle is displaced from its neutral position, the compressive force from one bearing part increases and the compressive force from the other bearing part decreases or becomes,
in accordance with the earlier information, replaced by suction. The two bearing parts 60 and 66 are with the help of z. B. yokes or other gesture parts held in mutual position.
According to FIG. 12, an axis 67 is stored in a bearing composed of four bearing parts 68. The number and the wrap angle of the bearing parts can be selected as desired. It should be readily clear that the drive organs can be arranged in the same way as in the case of the spherical bearings described above in an axle bearing, whereby the pressure medium is used twice.
It is clear that a spherical bearing can consist of several bearing parts, not just two, as stated above. Finally, it should be emphasized that a rotor mounted according to the invention can be operated without using the drive nozzles described above. This happens e.g. B. shell only by a certain inclination of the bearing, so d'ass the tolerance on the bearing surface 2 5 on one side of the rotor is greater than on the opposite side. 3 shows adjusting screws 70 on the underside of the bearing 22, by means of which the bearing can be tilted in the desired direction and to the desired degree.
Compressed air only needs to be supplied through the centrally located passage 23 so that the pressure in the pressure distribution chamber 24 is maintained.
The bottom of the pressure distribution space of the bearing shell, according to FIG. 3 of the space 24 and according to FIG. JO of the space 62, can be provided with thin strips or the like, which run in the wesent union in the direction of flow of the air film and possibly on the surface of the Runner snugly when the runner is resting in the bearing with the compressed air switched off.
The strips divide the pressure distribution chamber into a number of sections, each of which is in open communication with a compressed air supply point and communicates with one another by means of the throttled passages that arise between the strips and the surface of the rotor. This slows down the air currents in the bearing, which are caused by any vibrations in the rotor axis, and the bearing capacity increases. Such strips are designated by 72 in FIG. The strips are connected to the bearing surface 63.
The air flows are controlled in this way in the transverse direction of the shaft. In the event that the pressure distribution space is designed with a very small depth, the strips can be dispensed with and the floor of the space can be embossed or fluted or otherwise designed as a surface with high air friction.
In order to prevent the pressure medium present in the pressure distribution chamber from being driven back through the supply passage, e.g. B. as a result of a momentary increase in pressure in the chamber in the event of any vibrations of the rotor or rotor, said passage can be provided with a check valve. Instead of such a valve, the mouth of the feed passage can be provided with an edge which produces a throttling effect when the stored part approaches the said mouth.
The rotor and the bearing can of course be made of any suitable material, since there is no surface contact between them during operation of the rotor. From a manufacturing point of view, castable material is preferable.
One area of application for which the device according to the invention is particularly suitable is the study and practical use of ultrasound phenomena.
Although not mentioned above, it is clear that the bearings can be connected to an evacuation device at their outlets for the driving medium, while the supply passages can communicate with the outside air. Of course, no pressure differences greater than 1 kglcm2 can be achieved between the inlet and outlet side of the drive medium in the camp, but this is sufficient in most cases to achieve the desired effect. The term pressure medium should accordingly also include media whose pressure does not exceed atmospheric pressure.
In connection with the device shown in Fig. 10, it should be mentioned that the axis can be replaced by a fixed rail and the bearing half can be slidably attached as a runner along the rail. By using two zuein other parallel rails and several runners of the type mentioned arranged on these, mounted as a sub-frame for a transport device, which is provided with a pressure source for pressure medium supply to the runners, results in a carriage that runs along the rails with minimal friction , namely only air friction, is movable.
If it is only a mutual longitudinal movement between the bearing (runner) and the rail, this latter can be executed with an appropriate cross-sectional shape with a flat, convex or concave upper surface who the.