Die Erfindung betrifft ein selbstdruckerzeugendes Axial Gasschwebelager mit einem hinsichtlich eines Widerlagerkörpers um eine Achse drehbaren Lagerkörper, die je einander eine Lagerfläche zukehren, wobei eine der Lagerflächen mit einer Anzahl im wesentlichen in radialer Richtung verlaufender Rillen und mit Dichtungszonen versehen ist.
Bekannte selbstdruckerzeugende Axial-Gasschwebelager erzeugen beim Hochlaufen aus dem Stillstand und beim Auslaufen zum Stillstand, d. h. bei geringen Drehzahlen des Lagerkörpers, zwischen Lager- und Widerlagerkörper einen Gasdruck, der zu gering ist, um die Trennung zwischen beiden unter Last aufrechtzuerhalten. Der Lagerkörper löst sich nämlich erst bei einem bestimmten Druck bzw. Drehzahl vom Widerlagerkörper ab. Es tritt daher in den genannten Betriebsphasen des Schwebelagers Reibung und Verschleiss der Lagerflächen auf, und die Lebensdauer des Lagers ist dadurch gering. Es ist daher notwendig, sehr verschleissfeste Werkstoffe zu verwenden; diese sind aber teuer und schwer bearbeitbar.
Es ist auch möglich, das Lager so zu bemessen, dass der Lagerkörper sich bereits bei einer sehr geringen Drehzahl vom Widerlagerkörper löst; dies erfordert jedoch eine ausserordentlich präzise und daher teure Herstellung.
Die Erfindung bezweckt, die genannten Nachteile zu umgehen und ein Axial-Gasschwebelager der eingangs definierten Gattung zu schaffen, bei dem in allen Betriebsphasen keine Reibung und kein Verschleiss auftreten und teure Werkstoffe und eine Sonderanfertigung vermeidbar sind. Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass der Widerlagerkörper mit mindestens einem in eine Dichtungszone ausmündenden, mit einem Druckgas speisbaren Zufuhrkanal versehen ist.
Wenn das Schwebelager keine Wellendurchführung aufweist, verläuft ein Zufuhrkanal vorteilhaft im wesentlichen koaxial zur Drehachse des Lagerkörpers.
Sind mehrere Zufuhrkanäle vorgesehen, so kann zumindest ein Teil davon auf einem zur Drehachse konzentrischen Kreis liegen.
Wenn das Lager eine Wellendurchführung aufweist, kann jeder Zufuhrkanal in die Dichtungszone zwischen je zwei Rillen ausmünden.
Der Erfindungsgegenstand wird anhand einiger Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Schwebelager gemäss der Erfindung;
Fig. la ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes Lager;
Fig. 2 eine Draufsicht in der Richtung II-II in Fig. 1;
Fig. 3 einen Querschnitt eines Schwebelagers mit einer Wellendurchführung;
Fig. 4 eine Draufsicht in der Richtung IV-IV in Fig. 3;
Fig. 5 eine Draufsicht auf den Widerlagerkörper eines Fischgrätenlagers gemäss der Erfindung;
Fig. 6 eine Draufsicht auf den Widerlagerkörper eines Stufen- oder Keillagers;
Fig. 7a einen Querschnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 6 im Falle eines Stufenlagers;
Fig. 7b einen Querschnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 6 im Falle eines Keillagers.
Das Lager gemäss Fig. 1, 2 weist einen Lagerkörper 1 auf, der um eine Achse 2 hinsichtlich eines Widerlagerkörpers 3 drehbar ist. D@@@feil deutet die Drehrichtung des Lagerkörpers an. Die Lagerfläche 4 des Widerlagerkörpers 3 weist in bekannter Weise eine Anzahl Spiralrillen 5 und Dichtungszonen 6 auf, d. h. Zonen der Lagerfläche 4, in denen sich beim Betrieb des Lagers ein kleiner Spalt 7 zwischen dieser Lagerfläche und dem Lagerkörper bildet. Der Widerlagerkörper ist mit einem zur Drehachse 2 koaxial verlaufenden Zufuhrkanal 8 versehen, der in die Lagerfläche 4 ausmündet. Der Zufuhrkanal 8 ist über ein Ventil 9 mit einer Quelle 10 mit Druckgas, z. B. Druckluft, verbunden. Der Zufuhrkanal 8 weist an der Ausmündung in der Lagerfläche eine Vergrösserung 11 auf.
Vor dem Hochlaufen des Lagerkörpers aus dem Stillstand wird das Ventil 9 geöffnet, so dass Druckgas aus der Quelle 10 zwischen dem Lagerkörper 1 und Widerlagerkörper 3 geleitet wird und diese durch einen Spalt 7 voneinander getrennt werden. Die Ventilstellung wird so gewählt. dass der resultierende Spalt 7 eine ausreichende Breite aufweist, um Reibung und Verschleiss beim Hochlaufen zu vermeiden. Nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl des Lagerkörpers, wobei der vom Lager im Spalt selbst erzeugte Druck gross genug ist, um Berührungsfreiheit zwischen Lager- und Widerlagerkörper zu gewährleisten, kann das Ventil geschlossen werden. Kurz vor dem Schliessen des Ventils wird der Spalt somit gebildet durch die Kombination der Wirkung des von aussen zugeführten und des selbsterzeugten Druckes. Der beschriebene Vorgang ereignet sich auch beim Auslaufen zum Stillstand des Lagerkörpers.
In diesem Fall wird, sobald die Drehzahl des Lagerkörpers auf einen Wert gesunken ist, wobei der selbsterzeugte Druck eine Trennung zwischen Lagerkörper und Widerlagerkörper nicht mehr gewährleistet, das Ventil 9 geöffnet. so dass Druckgas in den Spalt 7 strömt und die Trennung aufrechterhält, bis der Lagerkörper zum Stillstand gekommen ist. Daraufhin wird das Ventil 9 wieder geschlossen. Die Betätigung des Ventils geschieht in Abhängigkeit der Drehzahl des Lagerkörpers 1.
Dazu ist das Ventil 9 mit einem Regler 9 verbunden, dessen Eingangssignal der Drehzahl des Lagerkörpers entspricht und dessen Ausgangssignal die Stellgrösse des Ventils bestimmt.
Fig. la zeigt ein Schwebelager. wobei nicht der Widerlagerkörper 12, sondern der Lagerkörper 13 mit Spiralrillen 13 versehen ist.
Die Anordnung des Zufuhrkanals 14 ist dieselbe wie für die Fig. 1, 2 beschrieben; dasselbe gilt für die Arbeitsweise des Schwebelagers.
Die Fig. 3, 4 zeigen ein Schwebelager mit einem Widerlagerkörper 15 mit einer Bohrung 16 für die Durchführung einer Welle 17, die einen Lagerkörper in der Form eines Bundes 18 aufweist. Der Widerlagerkörper ist mit einer Anzahl gleichmässig über seine Lagerfläche 19 verteilte Spiralrillen 20 versehen.
Der Widerlagerkörper ist mit einer Anzahl Zufuhrkanälen 21 versehen, dessen Mündungen auf einem zur Drehachse des Lagerkörpers konzentrischen Kreis liegen, der sich zwischen der Bohrung 16 und dem Ende 22 einer jeden Spiralrille 20 erstreckt. Alle Zufuhrkanäle münden einerseits an der Lagerfläche 19 des Widerlagerkörpers aus. andererseits in einem Sammelraum 23, der im Widerlagerkörper gebildet ist. Der Raum 23 ist über eine Leitung 24 und ein Ventil 25 mit einer Quelle 26 eines Druckgases verbunden. Die Arbeitsweise des Lagers beim Hochlaufen, Normalbetrieb und Auslaufen ist dieselbe wie oben für die Fig. 1, 2 beschrieben.
Fig. 5 zeigt einen Widerlagerkörper 30 eines Schwebelagers in der Ausführungsform eines Fischgrätenlagers. Der Widerlagerkörper 30 ist mit einer Bohrung 31 für eine Welle 32 versehen. Jede Spiralrille 33 (von denen nur einige gezeichnet sind) in der Lagerfläche 34 des Widerlagerkörpers besteht aus zwei Teilrillen 35 und 36, die in entgegengesetzter Richtung verlaufen. Die Punkte der Richtungsänderung der Teilrillen sind mit 37 und 38 bezeichnet. Die Spiralrillen 33 fangen am Rand der Bohrung 31 an. Zwischen je zwei Spiralrillen befindet sich ein Zufuhrkanal 39 für Druckgas, der in die Lagerfläche 34 ausmündet. Die Mündungen aller Zufuhrkanäle liegen auf einem Kreis, der die Punkte 37, 38 der Richtungsänderung der Teilrillen enthält.
Alle Zufuhrkanäle sind mit einem Raum im Widerlagerkörper verbunden, der über ein Ventil mit einer Quelle für Druckgas verbunden ist, wie schon oben für die Fig. 3, 4 beschrieben und gezeigt. Die Lage des Kreises ist nicht auf die beschriebene beschränkt; der Kreis kann auch einen anderen, z. B. kleineren Radius zum Mittelpunkt des Widerlagerkörpers haben. Die Arbeitsweise des Fischgrätenlagers ist dieselbe wie bereits für die Fig. 1 und 2 erklärt.
Fig. 6 zeigt einen Widerlagerkörper eines Schwebelagers in der Ausführung eines Stufenlagers oder eines Keillagers. In der Ausführungsform eines Stufenlagers (Fig. 7a) ist eine Lagerfläche 45 des Widerlagerkörpers 46 mit einer Anzahl radial verlaufender Rillen 47 versehen. Wie ersichtlich, weist jede Rille 47 zwei Teilrillen 48 und 49 unterschiedlicher Tiefe auf. Jede Dichtungszone 50 zwischen zwei Rillen ist mit einem Zufuhrkanal 51 für Druckgas versehen. Auch die Zufuhrkanäle 51 sind über einen Sammelraum und ein Ventil mit einer Quelle für Druckfluid verbunden, wie oben für Fig. 3, 4 beschrieben und gezeigt.
Fig. 7b zeigt die Form der Rillen im Widerlagerkörper für ein Keillager. Hier schliesst sich bei jeder Rille 55 eine schmale Teilrille 56 einer breiteren, schräglaufenden Teilrille 57 an. In jede Dichtungszone 58 endet ein Zufuhrkanal 59 für Druckgas. Die Mündungen der Zufuhrkanäle liegen auf einem zum Mittelpunkt des Lagers konzentrischen Kreis. Auch diese Zufuhrkanäle 59 sind über einen Sammelraum und ein Ventil mit einer (nicht gezeichneten) Druckgasquelle verbunden.
The invention relates to a self-pressure generating axial floating gas bearing with a bearing body rotatable about an axis with respect to an abutment body, each facing a bearing surface, one of the bearing surfaces being provided with a number of grooves extending essentially in the radial direction and with sealing zones.
Known self-pressure generating thrust gas floating bearings generate when starting from a standstill and when coasting to a standstill, d. H. At low speeds of the bearing body, a gas pressure between the bearing and abutment body which is too low to maintain the separation between the two under load. The bearing body is only released from the abutment body at a certain pressure or speed. There is therefore friction and wear of the bearing surfaces in the mentioned operating phases of the floating bearing, and the service life of the bearing is therefore short. It is therefore necessary to use very wear-resistant materials; but these are expensive and difficult to process.
It is also possible to dimension the bearing in such a way that the bearing body detaches itself from the abutment body at a very low speed; however, this requires extremely precise and therefore expensive manufacture.
The aim of the invention is to circumvent the disadvantages mentioned and to create an axial gas float bearing of the type defined at the beginning, in which no friction and no wear occur in all operating phases and expensive materials and a custom-made product can be avoided. According to the invention, this is achieved in that the abutment body is provided with at least one feed channel which opens into a sealing zone and can be fed with a compressed gas.
If the floating bearing does not have a shaft leadthrough, a supply channel advantageously runs essentially coaxially to the axis of rotation of the bearing body.
If several supply channels are provided, at least some of them can lie on a circle concentric to the axis of rotation.
If the bearing has a shaft leadthrough, each feed channel can open into the sealing zone between two grooves.
The subject matter of the invention is explained using a few exemplary embodiments. It shows:
1 shows a cross section through a floating bearing according to the invention;
Fig. La shows a modified bearing compared to Fig. 1;
Fig. 2 is a plan view in the direction II-II in Fig. 1;
3 shows a cross section of a floating bearing with a shaft leadthrough;
Fig. 4 is a plan view in the direction IV-IV in Fig. 3;
5 shows a plan view of the abutment body of a herringbone bearing according to the invention;
6 shows a plan view of the abutment body of a step or wedge bearing;
7a shows a cross section along the line VII-VII in FIG. 6 in the case of a stepped bearing;
7b shows a cross section along the line VII-VII in FIG. 6 in the case of a wedge bearing.
The bearing according to FIGS. 1, 2 has a bearing body 1 which is rotatable about an axis 2 with respect to an abutment body 3. D @@@ feil indicates the direction of rotation of the bearing body. The bearing surface 4 of the abutment body 3 has in a known manner a number of spiral grooves 5 and sealing zones 6, d. H. Zones of the bearing surface 4 in which a small gap 7 is formed between this bearing surface and the bearing body during operation of the bearing. The abutment body is provided with a feed channel 8 which runs coaxially with respect to the axis of rotation 2 and opens out into the bearing surface 4. The supply channel 8 is connected via a valve 9 to a source 10 of pressurized gas, e.g. B. compressed air connected. The feed channel 8 has an enlargement 11 at the opening in the bearing surface.
Before the bearing body starts up from standstill, the valve 9 is opened so that pressurized gas from the source 10 is passed between the bearing body 1 and the abutment body 3 and these are separated from one another by a gap 7. The valve position is selected in this way. that the resulting gap 7 has a sufficient width to avoid friction and wear when running up. After the bearing body has reached a certain speed, with the pressure generated by the bearing in the gap itself being large enough to ensure freedom from contact between the bearing and abutment body, the valve can be closed. Shortly before the valve closes, the gap is thus formed by the combination of the effect of the pressure supplied from the outside and the self-generated pressure. The process described also occurs when the bearing body runs out to a standstill.
In this case, as soon as the speed of the bearing body has dropped to a value, the self-generated pressure no longer ensuring a separation between the bearing body and the abutment body, the valve 9 is opened. so that compressed gas flows into the gap 7 and the separation is maintained until the bearing body has come to a standstill. The valve 9 is then closed again. The valve is actuated depending on the speed of the bearing body 1.
For this purpose the valve 9 is connected to a controller 9, the input signal of which corresponds to the speed of the bearing body and the output signal of which determines the manipulated variable of the valve.
Fig. La shows a floating bearing. wherein not the abutment body 12, but the bearing body 13 is provided with spiral grooves 13.
The arrangement of the supply channel 14 is the same as that described for FIGS. 1, 2; the same applies to the operation of the floating bearing.
3, 4 show a floating bearing with an abutment body 15 with a bore 16 for the implementation of a shaft 17 which has a bearing body in the form of a collar 18. The abutment body is provided with a number of spiral grooves 20 evenly distributed over its bearing surface 19.
The abutment body is provided with a number of supply channels 21, the mouths of which lie on a circle which is concentric to the axis of rotation of the bearing body and which extends between the bore 16 and the end 22 of each spiral groove 20. All supply channels open out on the one hand on the bearing surface 19 of the abutment body. on the other hand in a collecting space 23 which is formed in the abutment body. The space 23 is connected via a line 24 and a valve 25 to a source 26 of a compressed gas. The operation of the bearing during run-up, normal operation and run-down is the same as described above for FIGS. 1, 2.
Fig. 5 shows an abutment body 30 of a floating bearing in the embodiment of a herringbone bearing. The abutment body 30 is provided with a bore 31 for a shaft 32. Each spiral groove 33 (only a few of which are drawn) in the bearing surface 34 of the abutment body consists of two partial grooves 35 and 36 which run in opposite directions. The points of change in direction of the partial grooves are denoted by 37 and 38. The spiral grooves 33 begin at the edge of the bore 31. Between every two spiral grooves there is a supply channel 39 for compressed gas which opens into the bearing surface 34. The mouths of all supply channels lie on a circle which contains the points 37, 38 of the change in direction of the partial grooves.
All supply channels are connected to a space in the abutment body which is connected via a valve to a source for pressurized gas, as already described and shown above for FIGS. 3, 4. The position of the circle is not limited to that described; the circle can also be another, e.g. B. have a smaller radius to the center of the abutment body. The operation of the herringbone bearing is the same as that already explained for FIGS. 1 and 2.
Fig. 6 shows an abutment body of a floating bearing in the form of a step bearing or a wedge bearing. In the embodiment of a stepped bearing (FIG. 7 a), a bearing surface 45 of the abutment body 46 is provided with a number of radially extending grooves 47. As can be seen, each groove 47 has two partial grooves 48 and 49 of different depths. Each sealing zone 50 between two grooves is provided with a supply channel 51 for compressed gas. The supply channels 51 are also connected to a source for pressurized fluid via a collecting space and a valve, as described and shown above for FIGS.
Fig. 7b shows the shape of the grooves in the abutment body for a wedge bearing. Here, with each groove 55, a narrow partial groove 56 adjoins a wider, inclined partial groove 57. A supply channel 59 for pressurized gas ends in each sealing zone 58. The mouths of the supply channels lie on a circle concentric to the center of the bearing. These supply channels 59 are also connected to a pressure gas source (not shown) via a collecting space and a valve.