DE10310637A1

DE10310637A1 - Folienlager und Spindelvorrichtung mit Folienlager

Info

Publication number: DE10310637A1
Application number: DE10310637A
Authority: DE
Inventors: Hidehiko Nishijima; Yoshio Fujikawa
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2003-09-18
Also published as: US6848828B2; US20030169951A1

Abstract

Ein Folienlager wird zur Verfügung gestellt, welches einen einfachen Aufbau, eine große Belastbarkeit und eine starke Dämpfung aufweist und es somit erlaubt, eine Radialwelle mit einer im Verhältnis zu konventionellen Lagern starken Unwucht stabil bei hohen Geschwindigkeiten zu betreiben. Eine Spindelvorrichtung, die ein solches Folienlager verwendet und die derart ausgeführt ist, dass der erlaubte Betrag der Unwucht erhöht ist und die weiterhin in Leichtbauweise ausgeführt ist, wird ebenso vorgeschlagen. Die Folienträger 504 und 505 beinhalten ein elastisches Bauteil 2, das aus einem Drahtnetz, welches durch Flechten von Drähten ausgebildet wurde, hergestellt wurde sowie eine dünne Lagerfolie 3, die vom elastischen Bauteil 2 gelagert wird und eine elastische Lageroberfläche S bildet. Die jeweiligen Folienlager 504 und 505 werden zumindest als Ersatz für die Radiallager 504 in der Spindelvorrichtung verwendet. Die Spindelvorrichtung weist eine Radialwelle 4 mit einer Kopfaufnahme 501a auf, an der ein Zerstäuberkopf montiert ist, sowie ein Radiallager 504 und Längslager 505 zur drehfesten Lagerung der Radialwelle 4.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Folienlager, wobei es sich dabei um einen Typ von Fluidlager handelt, der in unterschiedlichen Maschinen und Anlagen verwendet wird, und insbesondere auf Folienlager zur Lagerung einer Radialwelle, wie sie in Maschinen und Anlagen verwendet wird, die eine hohe Drehgeschwindigkeit der Radialwelle benötigen, wie insbesondere Turbomaschinen, einschließlich Turbokompressoren, Expansionsturbinen und Gasturbinen, sowie elektrostatischen Lackiervorrichtungen vom Typ eines Drehzerstäubers und bezieht sich weiterhin auf eine Spindelvorrichtung mit einem Filmlager und einer Radialwelle, an der ein Zerstäuberkopf angebracht ist, beispielsweise eine Hochgeschwindigkeitsspindelvorrichtung für einen Rotationszerstäuber zur Zerstäubung eines flüssigen Mediums durch Zentrifugalkräfte.

Beschreibung des Stands der Technik

Rotationszerstäuber zur Zerstäubung eines flüssigen Mediums durch Zentrifugalkräfte, bei denen das flüssige Medium einem scheibenförmigen Zerstäuberkopf, der sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, zugeführt wird, sind allgemein bekannt und werden in elektrostatischen Lackiermaschinen vom Rotationszerstäubertyp zur Zerstäubung von Lackiermaterial, in Pulverisierungsmaschinen, in Sprühtrocknern oder ähnlichem verwendet. Eine Pulverisierungsmaschine ist eine Anlage, bei der ein geschmolzenes Metall oder ähnliches in einer Atmosphäre, die reich an inertem Gas ist, zerstäubt und schnell abgekühlt wird, um zerstäubte Metallpartikel zu erhalten. Sprühtrockner werden zur Herstellung von Pulver durch Zerstäubung einer Lösung in einem heißen Düsenstrahl verwendet, wobei die Lösung Nährstoffe oder Arzneimittel enthält, um fein zerteilte Partikel zu erhalten.
Im Folgenden wird auf eine elektrostatische Lackiermaschine vom Typ eines Rotationszerstäubers Bezug genommen, um den für die Erfindung relevanten Stand der Technik zu würdigen. Bei einer elektrostatischen Lackiermaschine vom Typ eines Rotationszerstäubers wird ein Lackiermaterial dem Zerstäuberkopf zugeführt, während sich eine Radialwelle, bei der an einem Ende ein Zerstäuberkopf befestigt ist, mit hoher Geschwindigkeit dreht, so dass das Lackiermaterial durch Zentrifugalkräfte zerstäubt wird. Zur drehbaren Lagerung der Radialwelle wurden bislang Kugellager als Lager verwendet. Die Verwendung von Kugellagern brachte jedoch Probleme bezüglich einer Verringerung der Lebensdauer aufgrund der hohen Drehgeschwindigkeit der Radialwelle in einer Atmosphäre, die reich an gasförmigen Lösemitteln ist, mit sich. Ebenso traten Probleme aufgrund der Verschmutzung des Lackiermaterials durch Schmiermittel, das aus den Lagern austritt, auf. Um diese Probleme zu lösen wurden bereits Luftlager vorgeschlagen und werden auch in der Praxis anstelle von Kugellagern verwendet.
Einige der Spindelvorrichtungen, die für elektrostatische Lackiermaschinen verwendet werden, und die Luftlager verwenden, sind in den Fig. 16 und 17 dargestellt. Die in Fig. 16 dargestellte Spindelvorrichtung stellt einen Typ dar, bei dem extern unter Druck gesetzte Luftlager verwendet werden, die von einer externen Quelle mit komprimierter Luft versorgt werden, und die beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 9-173913 beschrieben ist. Darin ist beschrieben, dass die Spindelvorrichtung ein Gehäuse 561 mit einer sich darin ausgebildeten in Axialrichtung erstreckenden Bohrung 561a aufweist, in der eine Radialwelle 567 befestigt ist, an dessen rückwärtigen Ende ein Turbinenrotor 568 befestigt ist, und der eine Rotationskraft erzeugt. Die Radialwelle 567 wird im Betrieb durch eine Lagerlücke 566 aufgenommen.
Ein radiales Luftlager 569 ist zwischen dem Umfang der Radialwelle 567 und Luftzuführdüsen 564 vorgesehen, und ein Luftlängslager 570 ist zwischen dem Turbinenrotor 568 und den Luftzuführdüsen 565 ausgebildet. Wenn bei diesem Aufbau komprimierte Luft durch Luftzuführdüsen 564 und 565 dem Lagerspalt zugeführt wird, werden die Radialwelle 567 und der Turbinenrotor 568 durch den Druck der komprimierten Luft und ohne einen Kontakt relativ gegenüber dem Gehäuse 561 schwimmend gelagert. Auf diese Weise erfüllen die extern unter Druck gesetzten Luftlager, einschließlich der Luftradiallager 569 und der Luftlängslager 570, ihre ihnen innewohnende Funktion.
Gleichzeitig sind eine Mehrzahl von Turbinenschaufeln 579 am äußeren Umfang des Turbinenrotors 568 angeordnet, welcher sich am rückwärtigen Ende der Radialwelle 567 befindet, wobei das Gehäuse 561 eine Zuführöffnung 580 für komprimierte Luft aufweist, die mit einem Luftkompressor 581 in Verbindung steht, um die komprimierte Luft den Turbinenschaufeln 579 in einer im Wesentlichen tangential zum Turbinenrotor 568 verlaufenden Richtung zuzuführen. Sofern und solange bei diesem Aufbau den Turbinenschaufeln 579 über die Zuführöffnungen 580 für komprimierte Luft vom Kompressor 581 komprimierte Luft zugeführt wird, wirkt auf die Turbinenschaufeln 579 eine in Drehrichtung wirkende Kraft ein und somit kann die dann schwimmend gelagerte Radialwelle 567 mit hohen Geschwindigkeiten betrieben werden.
Ein Lackzerstäuberkopf 573 ist an einem vorderseitigen Ende der Radialwelle 567 befestigt und kann sich gemeinsam mit dieser drehen. Das Lackiermaterial, das von der Zerstäuberdüse 577 versprüht wird, wird über eine Ausgabeöffnung 578 der inneren Umfangsfläche einer napfartig geformten Führungsplatte 574 zugeführt und anschließend durch Zentrifugalkräfte, die von der hohen Drehgeschwindigkeit des Zerstäuberkopfs 573 herrühren, nach außen hin zerstäubt. Sofern in diesem Fall der Zerstäuberkopf 573 elektrostatisch geladen ist, kann das Lackiermaterial, während es unter Kontakt mit der inneren Radialfläche der Führungsplatte 574 fließt, negativ aufgeladen werden und anschließend mittels elektrostatischer Kräfte auf einem zu lackierenden Gegenstand, der elektrisch geerdet ist, abgeschieden werden.
Fig. 17 stellt eine Spindelvorrichtung dar, welche Luftradiallager in Form selbsttätiger Luftachslager in der Art eines Segmentlagers verwendet, wie sie beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 56-163775 beschrieben sind. Ein Querschnitt durch ein solches selbsttätiges Luftachslager entlang der in Fig. 17 eingezeichneten Linie VIII-VIII, ist in Fig. 18 dargestellt.
Die in Fig. 17 dargestellte Spindelvorrichtung weist ein frontseitiges und ein rückseitiges Gehäuse 102 und 103 mit einem im Wesentlichen hohlzyindrischen Aufbau auf, welche mittels Bolzen 104 koaxial zueinander miteinander verbunden sind. Eine Radialwelle 108 ist drehbar im frontseitigen Gehäuse 102 aufgenommen und ein Farbzerstäuberkopf 109 ist am frontseitigen Ende der Radialwelle 108 mittels einer Nuss 110 befestigt, so dass er sich gemeinsam mit der Radialwelle 108 dreht. Das frontseitige Gehäuse 102 weist zwei Luftsegmentlager 122 und 123 auf, welche die Radialwelle 108 drehbar lagern. Jedes der Luftsegmentlager 122 und 123 weist, so wie in Fig. 18 im Querschnitt dargestellt, drei Segmente 124, 125 und 126 auf, die längs des hohlzylindrischen Körpers 108a der Radialwelle 108 mit einem geringen Abstand zu dieser verteilt angeordnet sind. Diese Segmente 124 bis 126 werden jeweils mittels entsprechender Haltebolzen 127, 128 und 129 kippbar gehalten. Der Haltebolzen 127 wird durch einen Haltearm, der eine Bandfeder 136a aufweist, in Position gehalten, wobei das Segment 124 durch die Kraft der Bandfeder 136a in Richtung des hohlzylindrischen Körpers 108a gezwungen wird.
Wenn bei diesem Aufbau die Radialwelle 108 angetrieben wird, kann in die sich zwischen dem hohlzylindrischen Körper 108a und der Radialwelle 108 und den Segmenten 124 und 126 ausbildenden Spalten umgebende Luft eingesogen werden, so dass sich durch den sogenannten dynamischen Druck ein Druck aufbaut. Da sich die Segmente 124 bis 126 neigen können und da das Segment 124 in radialer Richtung bewegbar elastisch gelagert ist, kann eine mögliche Schwankung der Radialwelle 108, die aufgrund einer Unwucht und aerodynamischer Instabilitäten auftreten kann, auf vorteilhafte Weise unterdrückt werden kann, so dass die Radialwelle 108 stabil gelagert werden kann, auch wenn sie sich mit einer hohen Drehgeschwindigkeit dreht.
Zur drehbaren Aufnahme der Radialwelle 108 in Axialrichtung verwendet die in Fig. 17 dargestellte Spindelvorrichtung ein extern unter Druck gesetztes Luftlager. Wie in Fig. 17 dargestellt ist, sind ein Paar scheibenförmige Läufer 139 und 140 und ein Turbinenrad 142 fest mit einem Schaftabschnitt 108c der Radialwelle 108 verbunden. Eine ringförmige Platte 144, welche mit Luftaustrittsöffnungen 151 und 152 zur Ausgabe komprimierter Luft versehen ist, ist zwischen den Läufern 139 und 140 mit einem geringen Abstand zu diesen angeordnet, so dass damit das extern unter Druck gesetzte Luftlängslager komplettiert wird. Wenn bei diesem Aufbau komprimierte Luft aus einer Strahldüse 157 in Richtung des Turbinenrads 142 strahlförmig ausgegeben wird, kann das Radiallager 108 durch die derart zugeführte komprimierte Luft angetrieben werden.
Da im Falle einer elektrostatischen Lackiermaschine eine Hochspannung angelegt wird, wird die Spindelvorrichtung häufig durch eine Luftturbine angetrieben, um die elektrische Isolation der Spindel sicherzustellen. Bei Rotationszerstäubern, die für andere Anwendungen benutzt werden, wird jedoch üblicherweise ein elektrischer Motor als Antriebseinheit zum Antrieb der Radialwelle verwendet.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 56-163775, welche die in Fig. 17 dargestellte Spindelvorrichtung beschreibt, führt lediglich aus, dass "geeigneterweise ein Folienlager zusammen mit einer Radialwelle, die bei hohen Geschwindigkeiten betrieben wird, verwendet werden kann und dementsprechend Folienlager anstelle der Segmentluftlager 122 und 123 verwendet werden können", gibt jedoch keine weiteren Hinweise auf die Details der Folienlager.
Die oben beschriebenen Folienlager sind dynamische Luftlager, bei denen eine Lageroberfläche durch eine flexible oder dünne Metallplatte zur Verfügung gestellt wird, und die Radialwelle kann durch den sich zwischen der Metallplatte und der Radialwelle sich aufgrund des durch die Drehung der Radialwelle entstehenden dynamischen Drucks berührungsfrei gelagert werden. Bislang wurden unterschiedliche Typen von Folienlagern vorgeschlagen, von denen einige in den Fig. 19A bis 19C gezeigt sind.
Das in Fig. 19A dargestellte Folienlager weist einen Aufbau auf, bei dem an drei Positionen eine drehbare Lagerwalze 201 angeordnet ist, um auf eine kontinuierliche ringförmige Folie 203 eine Zugspannung auszuüben, so dass der äußere Umfang der Radialwelle 202 an drei Positionen durch Kontakt mit der Folie 203 von dieser gehalten wird, wenn sich die Radialwelle in einem stationären, d. h. in einem gestoppten Zustand befindet, wobei sich die drei Positionen im Wesentlichen zwischen den benachbarten Lagerwalzen 201 befinden. Dieser Typ von Folienlager ist beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 54-87343 beschrieben. Gemäß dieser Veröffentlichung wird beschrieben, dass weder eine Reibung noch eine reibungsbedingte Abnutzung zum Zeitpunkt des Anfahrens und des Stoppens der Radialwelle auftritt, da sich die Folie gemeinsam mit der Radialwelle dreht, bevor die Drehgeschwindigkeit der Radialwelle auf einen Wert angestiegen ist, der ausreicht, um den erforderlichen Druck zu entwickeln, und dadurch das Folienlager eine erhöhte Lebensdauer haben kann.
Das in Fig. 19B dargestellte Folienlager weist eine Mehrzahl dünner Platten 303 auf, die gemeinsam die Lageroberfläche ausbilden, wobei das Folienlager so konstruiert ist, dass an einer Mehrzahl von Positionen entlang des äußeren Umfangs der Radialwelle (nicht dargestellt) ein Druck aufgrund eines dynamischen Drucks aufgebaut wird.
Das in Fig. 19C dargestellte Folienlager beinhaltet eine obere Folie 405, die in einer ringförmigen Öffnung A, die im Wesentlichen mit einer einzigen Windung gebildet ist, die Radialwelle 401 umhüllt, und weist eine gewellte Folie auf, die zwischen dem Gehäuse 402 und der oberen Folie 405 angeordnet ist, um letztere zu halten.
Da das Folienlager aufgrund seines Aufbaus eine temperaturbedingte Verformung sowie Montagefehler tolerieren kann, wird das Folienlager häufig bei Turbomaschinen wie beispielsweise bei Gasturbinen und Kompressoren verwendet.
Da bei einem Rotationszerstäuber ein häufiger Austausch des Zerstäuberkopfs erforderlich ist, verursacht die reibungsbedingte Abnutzung der an der Radialwelle vorgesehenen Halterung zur Befestigung des Zerstäuberkopfs und/oder eine Verformung des Zerstäuberkopfs eine beträchtliche Unwucht. Ebenso verursacht eine ungleichmäßige Ablagerung und eine darauffolgende Verfestigung des zu behandelnden flüssigen Mediums eine beträchtliche Unwucht. Aus diesen Gründen muss eine Spindel, die in einem Rotationszerstäuber verwendet wird, solche beträchtlichen Unwuchten aufnehmen können, wenn sich diese mit hoher Geschwindigkeit dreht. Um außerdem ein flüssiges Medium mit einer hohen Viskosität behandeln zu können und/oder die Partikelgröße der zerstäubten Partikel zu verringern, muss die Spindel bei hohen Geschwindigkeiten betrieben werden. Bei den in den Fig. 16 und 17 jeweils gezeigten Spindelvorrichtungen kann jedoch die Spindel keinen bedeutenden Kräften widerstehen, die von der Unwucht der Spindel herrühren, und die Spindel wird schlussendlich aufgrund eines Kontakts der Radialwelle mit der Lageroberfläche nicht mehr drehen.
Im Falle einer elektrostatischen Lackiermaschine wird in jüngster Zeit der Lackierkopf, einschließlich der Spindel auf einem beweglichen Roboterarm befestigt, so dass dieser Lackierarbeiten ausüben kann. Wenn in einem solchen Fall die Spindel schwer ist, muss der Roboter eine sperrige Größe haben, was entsprechende Probleme bezüglich des zum Einbau erforderlichen Platzes der damit verbundenen Kosten verursacht. Daher ist es erforderlich, das Gewicht der Spindelvorrichtung zu verringern. Da die Lagerspalte in dem letztlich unter Druck stehenden Luftlager durch Unterschied in den Abmessungen der unterschiedlichen Bauteile bestimmt wird, ist eine hochgenaue Bearbeitung erforderlich. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Steifigkeit der Bauteile zu erhöhen, so dass jegliche unerwünschte Verformung dieser Teile während ihrer Bearbeitung minimiert werden kann. Ebenso ist es erforderlich, im Gehäuse einen Luftdurchlass zur Versorgung des Lagers mit einem gasförmigen Medium vorzusehen. Aus diesen Gründen ist es schwierig die Wandstärke der unterschiedlichen Bauteile zu verringern, um das Gewicht der Spindelvorrichtung zu reduzieren.
Neben der Unfähigkeit der Radialwelle nach einem Kontakt mit der Lageroberfläche sauber zu laufen, kann die Unfähigkeit der Radialwelle sauber zu laufen auch eintreten, wenn das zu behandelnde flüssige Medium in die Spindel eindringt. Bei konventionellen Spindelvorrichtungen muss eine Radialwelle, die nicht mehr sauber läuft aus der Spindelvorrichtung entfernt werden, sobald der Fehler auftritt, und anschließend zur Reparatur an den Hersteller geschickt werden, was die Reparaturkosten erhöht und eine Verschwendung einer beträchtlichen Zeitspanne bedeutet. Sofern es erwünscht ist, dass die Produktionslinie weiter betrieben wird, während die Radialwelle zur Reparatur an den Hersteller eingeschickt wird, muss eine zusätzliche Spindel vorgesehen werden, um die Radialwelle zu ersetzen, so dass eine Wartung in dieser Hinsicht sehr teuer ist.
Im Falle einer Spindel, welche die in Fig. 17 dargestellten Segmentlager verwendet, muss der Krümmungsradius der Lageroberfläche, der durch die Lagersegmente definiert wird, einen Wert aufweisen, der um einige 10 Mikrometer größer als der Außendurchmesser der Radialwelle ist, um eine vorab definierte Flusscharakteristik sicherzustellen, und weiterhin ist aufgrund der im Wesentlichen bogenförmigen Form der Lagersegmente deren Herstellung schwieriger als dies bei einem extern druckbeaufschlagten Lager der Fall ist. Da weiterhin die verwendeten Längslager in Gestalt von extern druckbeaufschlagten Luftlagern vorliegen, müssen die jeweiligen Positionen der Segmente der einzelnen Radiallager sorgfältig justiert werden, so dass die an der Radialwelle befestigten Läufer 139 und 140 mit einem kleinen Lagerspalt gegenüber den Längslageroberflächen (den einander gegenüberstehenden Flächen der ringförmigen Platten 144), welche am Gehäuse befestigt sind, anzuordnen sind. Somit ist die Fertigung und die Montierjustage sehr schwer zu erzielen, was eine Massenfertigung erschwert, so dass dieser Typ von Spindelvorrichtung für Lackierstraßen bislang noch keine Anwendung gefunden hat.
Eine Lageranordnung zur Verwendung in einer Maschine, die eine hohe Drehgeschwindigkeit erfordert, ist weiterhin das in Fig. 13 dargestellte Folienlager bekannt, das beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 10-331846 beschrieben ist.
Fig. 13 stellt ein Folienlager dar, das als Radiallager (ein Gleitlager vom Radialtyp) verwendet wird, und bei dem eine Lagerfolie 53 mit einem dazwischenliegenden Lagerspalt um die Radialwelle 54 angeordnet ist, und bei dem die Radialwelle 54 mittels einer Mehrzahl von gewellten Folien 60 und 62 elastisch in einem Lagergehäuse 51 gelagert wird. Wenn sich bei dieser Anordnung die Radialwelle 54 in die durch den Pfeil 50 dargestellte Richtung dreht, kann in den im allgemeinen keilförmigen Spalt zwischen Radialwelle 54 und Lagerfolie 53 Luft eingesogen werden, so dass sich ein Druck aufbaut, durch den eine Belastungsfähigkeit erzeugt wird. Falls auf die Radialwelle 54 eine Belastung einwirkt, werden die gewellten Folien 60 und 62 und die Lagerfolie 53 in Abhängigkeit einer Änderung der Druckverteilung im Lagerspalt verformt, so dass diese die Form des Lagerspalts (ein gasförmiger Film) geeignet ausgleichen und so ein stabiler Betrieb erzielt wird. Aufgrund von zwischen den gewellten Folien 60 und 62 und dem Lagergehäuse 51 auftretenden Reibkräften, die ebenso zwischen der Lagerfolie 53 und den gewellten Folien 60 und 62 auftreten, kann eine Dämpfungswirkung erzielt werden.
Obwohl jede der gewellten Folien 60 und 62 durch Zerfurchen aus einer dünnen Metallplatte hergestellt wird, so dass bei diesen in axialer Richtung Hügel und Täler einander abwechseln, und die somit in einer Ebene, die senkrecht zur Mittelachse liegt, leicht verformbar sind, sind die gewellten Folien in einer Ebene, die parallel zur Mittelachse verläuft, nur schwer verformbar. Eine Verformung der Lagerfolien 53 kann somit eine optimale Form in Abhängigkeit der Druckverteilung innerhalb des Lagerspalts bewirken, soweit es eine in Richtung des Umfangs weisende Richtung betrifft. Sofern es jedoch eine in axialer Richtung weisende Richtung betrifft, ist die Größe der Verformung im Wesentlichen konstant und die Lagerlücke kann nicht unbedingt eine optimale Form einnehmen. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird bei dem in Fig. 13 dargestellten Beispiel vorgeschlagen, die gewellten Folien 60 und 62 in axialer Richtung aufzuteilen. Ein weiterer Ansatz besteht darin, unterschiedlich gewellte Folien 60 und 62 übereinanderliegend anzuordnen, so dass deren gemeinsame Federeigenschaften eine Nichtlinearität aufweisen und somit die Belastungsfähigkeit erhöht wird und gleichzeitig die Reibung zwischen den gewellten Folien 60 und 62 dazu benutzt wird, die Dämpfungseigenschaften zu verbessern. Es wurde jedoch festgestellt, dass diese Ansätze zu komplizierteren Strukturen der gewellten Folien 60 und 62 führen, was zu Schwierigkeiten bei deren Herstellung führt und die Herstellungskosten erhöht.
Auch bei Folienlagern des Längslagertyps ist der Aufbau ähnlich zu dem in Fig. 13 dargestellten und unter Bezug darauf beschriebenen Aufbau, und wurde beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 10-331847 beschrieben. Das Folienlager dieses Längslagertyps kann eine in Axialrichtung wirkende Kraft in einer Weise aufnehmen, die der unter Bezugnahme auf die Fig. 13 beschriebenen Weise entspricht.
Folienlager des Typs, der gewellte Folien verwendet, so wie dies in den unterschiedlichen, oben beschriebenen Lagern der Fall ist, können eine erhöhte Belastungsfähigkeit aufweisen, falls die Form der gewellten Folien derart korrekt angepasst wurde, dass die Verteilung der Lagerungssteifigkeit durch die Lagerfolien 53 optimiert wird. Der Aufbau wird jedoch üblicherweise sehr kompliziert und eine Verkleinerung desselben ist nur schwer zu erzielen und ist darüber hinaus sehr teuer, da hochgenaue Pressarbeiten erforderlich sind. Falls diese auftretenden Kräfte, die beispielsweise von einer Unwucht des sich drehenden Körpers herrühren, beträchtlich sind, kann darüber hinaus keine ausreichende Dämpfungswirkung erzielt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Unter Berücksichtigung des Voranstehenden setzt sich die Erfindung zum Ziel, ein Folienlager mit einem vereinfachten Aufbau zur Verfügung zu stellen, das eine erhöhte Belastbarkeit und eine verbesserte Dämpfungseigenschaft aufweist und es somit erlaubt eine Radialwelle mit einer Unwucht, die im Vergleich zu den bei konventionellen Vorrichtungen tolerablen Unwuchten deutlich erhöht ist, stabil bei hohen Geschwindigkeiten zu betreiben und bei der die Federkonstante eines elastischen Bauteils das eine Lagerfolie hält, in einem weiten Bereich gewählt werden kann. Weiterhin wird eine Spindelvorrichtung vorgeschlagen, die ein solches Folienlager verwendet, so dass der tolerierbare Betrag von Unwucht erhöht werden kann, und die in Leichtbauweise ausgeführt werden kann.
Um die genannten Ziele zu erreichen, wird bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Folienlager vorgeschlagen, welches ein elastisches Bauteil aufweist, das aus einem Drahtnetz, welches durch Flechten von Drähten ausgebildet wurde, hergestellt wird, und eine dünne Lagerfolie aufweist, die durch das elastische Bauteil gehalten wird und eine elastische Lageroberfläche ausbildet. Die Drähte sind vorzugsweise dünne Metalldrähte. Die oben beschriebene Lagerfolie ist vorzugsweise aus einer beispielsweise dünnen Metallplatte gefertigt. Vorzugsweise weist das oben beschriebene elastische Bauteil eine vorbestimmte Form auf, die nach dem Flechten ausgebildet wird. Das Folienlager kann als Gleitlager vom Radialtyp verwendet werden, d. h. als Axiallager, oder als Gleitlager vom Typ eines Längslagers. Das Flechten der Drähte zur Ausbildung des oben beschriebenen Netzes soll bedeuten, dass die Drähte derart miteinander verwirrt sind, dass sie sich nicht von alleine lösen. Die Drähte müssen somit nicht unbedingt in einer Weise gewebt werden, wie es bei Stofftextilien der Fall ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann eine vorteilhafte Dämpfungscharakteristik erzielt werden, da das Folienlager aus einem elastischen Bauteil in Form eines Drahtnetzes, welches durch Verflechten von Drähten wie beispielsweise dünnen Metalldrähten ausgebildet wurde sowie aus einer Lagerfolie, die aus einer dünnen Platte wie beispielsweise einer dünnen Metallplatte hergestellt wurde, gebildet ist, und die aufgrund der Reibung zwischen den Drähten, die das elastische Bauteil bilden, erreicht wird. Die Größe einer Verformung der Lagerfolie sowohl in Umfangsrichtung als auch in Axialrichtung zu ihr variiert in Abhängigkeit von der Lagerbelastung, und die Verteilung der Lagerspalte variiert flexibel und stellt eine große Belastungsfähigkeit zur Verfügung. Obwohl das Folienlager gemäß der vorliegenden Erfindung einen vereinfachten Aufbau aufweist ist es daher möglich, eine Radialwelle mit einer - im Verhältnis zu konventionellen Lagern - erheblichen Unwucht bei sehr hohen Geschwindigkeiten stabil zu drehen. Das elastische Bauteil kann eine Federsteifigkeit aufweisen, die durch eine Änderung der Form, der durchschnittlichen Dichte der Drahtanordnung und/oder der Durchmesser der verwendeten Drähte angepasst werden kann. Somit ist die Wahlfreiheit bezüglich der Federsteifigkeit, welche die Lagereigenschaften wie beispielsweise die Belastbarkeit bestimmt, relativ groß. Da das elastische Bauteil unter Verwendung eines einstückigen Gießvorgangs hergestellt werden kann, ist es für eine Massenproduktion geeignet, und somit kann ein niedriger Preis erzielt werden. Da der Aufbau einfach ist, kann das gesamte Folienlager verkleinert werden.
Bei diesem Typ von Folienlager können das elastische Bauteil und ein Teil der Lagerfolie miteinander verbunden werden, und das elastische Bauteil kann im Hohlraum einer Lagergehäusung untergebracht werden indem es elastisch verformt wird, so dass die Unterbaugruppe aus elastischem Bauteil und die Lagerfolie mittels der elastischen Rückstellkraft des elastischen Bauteils in der Lagergehäusung befestigt werden kann. Eine Verbindung des elastischen Bauteils mit der Lagerfolie kann beispielsweise mittels Schweißen oder durch plastische Verformung erzielt werden. Die Position, an der das elastische Bauteil und die Lagerfolie miteinander verbunden werden, kann an einem Ende der Lagerfolie gewählt werden, wobei die Lagerfolie beispielsweise als Streifen geformt ist.
Das elastische Bauteil kann in eine zylindrische Form gebracht werden und anschließend in den Hohlraum der Lagergehäusung eingepresst werden. Alternativ kann das elastische Bauteil als zweidimensionales Band ausgebildet werden und das elastische Bauteil und die Lagerfolie können, nachdem sie einander überlappend aufeinander angeordnet wurden, aufgedreht werden, so dass sich eine zylindrische Form ergibt, die anschließend im Hohlraum der Gehäusung untergebracht wird.
Da das elastische Bauteil und der Abschnitt der Lagerfolie, nachdem sie miteinander verbunden wurden, mittels der elastischen Rückstellkraft in der Lagergehäusung fixiert werden können, kann der Zusammenbau einfach realisiert werden. Wenn das Folienlager unter Benutzung der elastischen Rückstellkräfte, die sich im aufgerollten elastischen Bauteil aufgebaut haben oder unter Verwendung der elastischen Rückstellkräfte, die vom eingepressten elastischen Bauteil ausgeübt werden, in der Lagergehäusung befestigt wird, können die Lagerfolie und das elastische Bauteil relativ zur Lagergehäusung gleiten, können sich also gemeinsam mit der Radialwelle drehen, sofern ein außerordentliches Drehmoment auf die Lagerfolie und das elastische Bauteil einwirkt, beispielsweise aufgrund eines Kontakts der sich drehenden Radialwelle mit der Lagerfolie, der beispielsweise aufgrund einer übermäßigen Belastung hervorgerufen wird. Somit dreht sich die Radialwelle gemeinsam mit der Lagerfolie. Eine mögliche Beschädigung, die aufgrund einer Abrasion zwischen Radialwelle und Lagerfolie erfolgen könnte, kann somit auf vorteilhafte Weise minimiert werden.
Das elastische Bauteil weist eine erste und eine zweite Oberfläche, die einander gegenüberstehen, auf und wird mit einer Lagergehäusung in Kontakt gebracht, so dass das elastische Bauteil und die Lagerfolie gehalten werden. Zumindest eine der beiden Oberflächen des elastischen Bauteils kann gewellt werden, so dass sich aufeinander abfolgende Hügel und Täler bilden. Das Wellen bewirkt, dass zumindest eine der beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen des elastischen Bauteil eine abschnittsweise gewellte Struktur aufweist. Wenn die beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen des elastischen Bauteils gewellt sind ist es ersichtlich, dass das elastische Bauteil, das aus dem Drahtnetz mit den Drähten hergestellt wird, eine wellige Struktur einnimmt.
Eine Umformung des elastischen Bauteils durch Wellen erlaubt in effektiver Weise die Steifigkeit der Halterung für die Lagerfolie innerhalb eines weiten Bereichs zu wählen.
Das Lagergehäuse kann eine innere Umfangsfläche aufweisen, in der eine Keilnut ausgebildet ist, so dass das elastische Bauteil, nachdem es aufgewickelt wurde, um eine zylindrische Form einzunehmen, in den Hohlraum der Lagergehäusung eingefügt werden kann, und mittels des Keils fest mit der Lagergehäusung verbunden werden kann.
Wenn das Drehmoment groß ist, kann eine gemeinsame Drehung von Lagerfolie, elastischem Bauteil und Radialwelle verhindert werden, wenn die Unterbaugruppe aus Lagerfolie und elastischem Bauteil über einen Keil fest in der Lagergehäusung, in der eine Keilnut ausgebildet ist, gehalten wird.
Das elastische Bauteil kann aus einer Mehrzahl von unterteilten elastischen Segmenten bestehen, welche in einer vorbestimmten Richtung angeordnet sind, wobei jedes der unterteilten elastischen Segmente zumindest einen unterschiedlichen Drahtdurchmesser bzw. eine unterschiedliche Dichte der Drahtanordnung aufweist. Die geteilten elastischen Segmente können in einer Richtung angeordnet werden, die der Drehrichtung entspricht, oder in einer Richtung, die senkrecht zur Drehrichtung steht. Die oben beschriebene senkrecht zur Drehrichtung stehende Richtung verläuft in axialer oder radialer Richtung entlang der Lageroberfläche. Wenn das Folienlager als Radiallager verwendet wird und das dabei verwendete elastische Bauteil eine zylindrische Form aufweist, kann das elastische Bauteil aus einer Mehrzahl von unterteilten elastischen Segmenten bestehen, die in axialer Richtung angeordnet sind. Wenn andererseits das Folienlager als Längslager verwendet wird und das elastische Bauteil ringförmig oder scheibenförmig ausgebildet ist, kann das elastische Bauteil aus einer Mehrzahl von unterteilten elastischen Segmenten bestehen, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind.
Alternativ kann das elastische Bauteil eine Dichte der Drahtanordnung aufweisen, die von einer Position zur anderen variiert. Die Richtung in der die Dichte der Drahtanordnung variiert kann einer vorab bestimmten Richtung entsprechen. Beispielsweise kann es sich um eine Richtung handeln, die der Drehrichtung entspricht, oder um eine Richtung die senkrecht auf der Drehrichtung steht (d. h. in axialer oder radialer Richtung entlang der Lageroberfläche). Wenn das elastische Bauteil eine zylindrische Form aufweist, kann eine Änderung der Dichte der Drahtanordnung in einer Richtung erfolgen, die axial zur Drehachse verläuft.
Somit kann durch eine Anpassung der Drahtdurchmesser und/oder der Dichte der Drahtanordnung, der Drähte die das elastische Bauteil ausbilden, die Steifigkeit der Lagerung der Lagerfolie innerhalb der Lageroberfläche variiert werden und somit durch eine Anpassung der Verformung der Lagerfolie, die auftritt, wenn eine Kraft auf diese einwirkt, eine optimale Verteilung der Lagerspalte in Abhängigkeit vom Belastungszustand realisiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Spindelvorrichtung zur Verfügung gestellt, die eine Radialwelle mit einer Kopfaufnahme aufweist, in der ein Zerstäuberkopf befestigt werden kann, und die Radiallager und Längslager zur drehbaren Lagerung einer Radialwelle relativ zur Gehäusung aufweist. Bei den dabei verwendeten Radiallagern und Längslagern handelt es sich um Filmlager, die einen Aufbau aufweisen, der dem oben beschriebenen ersten Aspekt der Erfindung entspricht. Insbesondere weist das dabei verwendete Filmlager einen Aufbau auf, der eine Lagerfolie mit einer Lageroberfläche aufweist, die der Radialwelle benachbart liegt, sowie ein elastisches Bauteil aufweist, das zwischen der Gehäusung und der Lagerfolie angeordnet ist, um die Lagerfolie elastisch zu halten.
Bei diesem Folienlager, bei dem die Lagerfolie vom elastischen Bauteil elastisch gehalten wird, bewegt sich die Lagerfolie derart, dass es zu einer entsprechenden relativen Bewegung zwischen Lagerfolie und elastischem Bauteil sowie zwischen elastischem Bauteil und der Gehäusung kommt, wenn die Radialwelle während ihrer Drehung Schwankungen unterliegt. Zu diesem Zeitpunkt wirkt eine Reibungskraft dämpfend gegenüber den Schwankungen der Radialwelle. Wenn man diese Dämpfungskraft mit der Dämpfungskraft, die von der Viskosität von Luft herrührt, die sich innerhalb eines Lagerspalts befindet, vergleicht, und wie sie bei extern mit Druck beaufschlagten Luftlagern beobachtet werden kann, kann eine extrem große Dämpfungskraft erzielt werden. Da ein Folienlager mit einer derartigen Eigenschaft sowohl für die Radiallager als auch für die Längslager verwendet wird, um die Radialwelle zu lagern, kann die zulässige Unwucht erhöht werden. Daher kann, auch wenn sich der Zerstäuberkopf verformt und/oder sich das zu behandelnde flüssige Medium oder ein fester Bestandteil desselben ungleichmäßig ablagert, eine normale Drehbewegung stattfinden. Wenn Radiallager und Längslager in Form von Folienlagern verwendet werden, können sich die jeweilige Lageroberfläche verformen und somit können kleinere Formfehler und Fehljustierungen ausgeglichen werden und die erforderliche Genauigkeit der Bauteile kann gemindert werden. Somit können nicht nur die Herstellungskosten auf vorteilhafte Weise reduziert werden, sondern es können auch die Wanddicken der Bauteile reduziert werden, so dass eine Spindelvorrichtung in Leichtbauweise und mit geringer Größe hergestellt werden kann.
Die Spindelvorrichtung kann eine Mehrzahl an Radiallagern aufweisen, wobei das Radiallager mit einer Druckplatte versehen werden kann, und die Längslager so angeordnet werden können, dass sie mit den dazu gegenüberliegenden Flächen der Druckplatten an der Radialwelle zusammenarbeiten.
Bei dieser Spindelvorrichtung können die Drähte, die in wenigstens einem Filmlager benutzt werden, das als Radiallager oder als Längslager dient, dünne Metalldrähte sein.
Das Radiallager, das in Form eines Folienlagers verwendet wird, kann einen Aufbau aufweisen, bei dem Lagerfolie und elastisches Bauteil miteinander verbunden sind, um eine Unterbaugruppe zu bilden, die, während das elastische Bauteil elastisch verformt wird, in den Hohlraum der Gehäusung eingeführt werden kann und mittels der elastischen Rückstellkraft des elastischen Bauteils in der Gehäusung in Position gehalten wird.
Wenn, wie oben beschrieben, das elastische Bauteil und die Lagerfolie durch elastische Rückstellkräfte in ihrer Position in der Gehäusung gehalten werden, werden sie durch Reibungskräfte fixiert, wobei sie in dem Fall, indem aufgrund eines Kontakts der sich schnell drehenden Radialwelle mit der Lagerfolie ein übermäßiges Drehmoment entsteht, sich die Lagerfolie und das elastische Bauteil gemeinsam mit der Radialwelle drehen können und somit eine mögliche Beschädigung der Radialwelle minimiert werden kann.
Die Spindelvorrichtung kann eine Mehrzahl von Radiallagern verwenden, und die dabei verwendeten Gehäusungen können entsprechend in Lagergehäusungen zur Lagerung des elastischen Bauteils und der Lagerfolie der Radiallager sowie ein Hauptgehäuse, in dem die Lagergehäusung entfernbar befestigt ist, aufgeteilt werden. Mit anderen Worten sind die Radiallager zu einer Lagereinheit zusammengefügt, die das Folienlager und die Lagergehäusung umfasst.
Wenn die Radiallager als Einheit ausgebildet werden und die sich ergebenden Einheiten von einer Gehäusung aufgenommen werden, können die Folienlager und die Gehäusungen ersetzt werden, indem die Einheit gewechselt wird, sofern das Lager beschädigt wird. Somit kann eine Reparatur rasch und einfach durchgeführt werden. Falls separate Strukturen verwendet werden, könnte ein Problem bezüglich der Montagegenauigkeit auftreten. Da jedoch das Folienlager auf effektive Weise bis zu einem gewissen Ausmaß einen Montagefehler ausgleichen kann, ist eine solche Unterteilung möglich.
Wenn die Radiallager zu einer Lagereinheit zusammengefügt werden sollen, die das Folienlager und die Gehäusung umfasst, kann die Hauptgehäusung weiter in eine äußere Hülle und separate Gehäusungen unterteilt werden, die abnehmbar an die äußere Hülle angepasst werden, und bei denen die jeweiligen Lagergehäusungen der Radiallager entfernbar befestigt sind. Dies kann eine Reparatur erleichtern.
Die Spindelvorrichtung kann als ein Typ ausgebildet sein, wie er in Rotationszerstäubern verwendet wird. In diesem Fall kann der Zerstäuberkopf ein flüssiges Medium durch Zentrifugalkräfte zerstäuben. Die Radialwelle ist ein hohler Schaft. Eine Düse, die der Zuführung von flüssigem Medium zum Zerstäuberkopf dient, wo das flüssige Medium zerstäubt wird, wird in den Hohlraum der Radialwelle eingefügt. Die Radialwelle weist einen äußeren Umfang mit einer Mehrzahl von daran angeformten Turbinenschaufeln auf. In der Gehäusung ist eine Turbinendüse vorgesehen, um komprimierte Luft auf die Turbinenschaufeln zu applizieren.
Berücksichtigt man, dass die Spindelvorrichtung, die für einen Rotationszerstäuber verwendet wird, das Problem aufweist, dass durch eine Unwucht eine Kraft hervorgerufen wird, so ist es erwünscht, dass die zulässige Größe von Unwucht erhöht werden kann. Die Unwucht kann durch eine reibungsbedingte Abnutzung und/oder eine Verformung der Ausnehmung, in welcher der Zerstäuberkopf befestigt ist und/oder durch eine Ablagerung von zu behandelndem flüssigem Medium entstehen. Jede der vorab beschriebenen Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung kann diesem Problem auf effektive Weise begegnen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Spindelvorrichtung zur Verfügung gestellt, welche eine Radialwelle mit einer Aufnahme, in der ein Zerstäuberkopf befestigt werden kann, aufweist, und die ein Radiallager zur drehbaren Lagerung einer Radialwelle relativ zur Gehäusung aufweist. Bei dieser Spindelvorrichtung wird ein Radiallager in Form eines Folienlagers gemäß der in Bezug auf den ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschriebenen Ausführung verwendet. Insbesondere umfasst das Folienlager, das in der Spindelvorrichtung gemäß diesem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Lagerfolie mit einer Lageroberfläche auf, die der Radialwelle benachbart ist, sowie ein elastisches Bauteil auf, dass zwischen der Gehäusung und der Lagerfolie angeordnet ist, um die Lagerfolie elastisch zu halten, und bei der die Drähte dünne Metalldrähte sind.
Bei diesem Folienlager, bei dem die Lagerfolie durch ein elastisches Bauteil elastisch gehalten wird, durchlebt die Lagerfolie, wie vorab beschrieben, eine zu einer Bewegung der Radialwelle korrespondierende Bewegung, wenn die sich drehende Radialwelle Schwankungen ausübt. Dadurch kann es zu einer relativen Bewegung zwischen Lagerfolie und elastischem Bauteil sowie zwischen dem elastischen Bauteil und der Gehäusung kommen. Zu diesem Zeitpunkt wirkt die dabei entstehende Reibungskraft als Dämpfungskraft, die der Schwankung der Radialwelle entgegenwirkt. Im Vergleich zu der Dämpfungskraft, die durch die Viskosität von Luft ausgeübt wird, die sich in einem Lagerspalt befindet, und wie sie bei mit externer Druckluft betriebenen Luftlagern beobachtet werden kann, kann eine extrem große Dämpfungskraft erzielt werden. Da das Folienlager, das diese Eigenschaft aufweist, als Radiallager zur Lagerung der Radialwelle verwendet wird, kann der zulässige Betrag an Unwucht vorteilhafterweise erhöht werden. Daher kann, selbst wenn der Zerstäuberkopf sich verformt und/oder sich das zu behandelnde flüssige Medium ungleichmäßig absetzt, eine normale Drehbewegung stattfinden. Wenn als Radiallager ein Folienlager Anwendung findet, kann sich die Lageroberfläche verformen und somit können kleinere Formfehler und Montagefehler ausgeglichen werden, und somit kann die erforderliche Genauigkeit gemindert werden. Somit können nicht nur die Herstellungskosten vorteilhafterweise reduziert werden, sondern die Bauteile können auch reduzierte Wandstärken aufweisen, so dass die Spindelvorrichtung in Leichtbauweise und mit geringer Größe hergestellt werden kann.

Kurze Beschreibung der Figuren

In jedem Fall wird die vorliegende Erfindung mit der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen klarer verstanden werden. Die Ausführungsbeispiele und Zeichnungen werden jedoch lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung und Erläuterung gegeben und sind nicht dahingehend auszulegen, dass diese den Umfang der vorliegenden Erfindung in wie auch immer gearteter Weise einschränken, da der Umfang lediglich durch die beigefügten Ansprüche zu bestimmen ist. In den beigefügten Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen dazu verwendet, um gleiche Bauteile in den unterschiedlichen Ansichten zu bezeichnen. Es zeigt:
Fig. 1 einen senkrechten Querschnitt eines Filmlagers vom Radialtyp gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2A bis 2D perspektivische Ansichten, welche den ersten bis vierten Schritt der Montage des Filmlagers, welches in Fig. 1 dargestellt ist;
Fig. 3 einen senkrechten Querschnitt des Filmlagers gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4A bis 4B perspektivische Ansichten des Filmlagers, welches in Fig. 3 dargestellt ist, mit unterschiedlichen Möglichkeiten der Verbindung eines elastischen Bauteils mit einer Lagerfolie;
Fig. 5 einen senkrechten Querschnitt durch ein Folienlager gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 einen senkrechten Querschnitt durch ein Filmlager gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 einen Querschnitt in Längsrichtung durch ein Filmlager gemäß einem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 einen Querschnitt in Längsrichtung durch ein Filmlager gemäß einem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 eine Draufsicht mit einem im Querschnitt gezeigten Ausschnitt eines Filmlagers gemäß einem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 eine Explosionsansicht des in Fig. 9 gezeigten Filmlagers;
Fig. 11 einen senkrechten Querschnitt durch das in Fig. 9 dargestellte Filmlager;
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht des Filmlagers gemäß einem achten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das mit entferntem Lagerfilm hergesellt ist;
Fig. 13 einen teilweise senkrechten Querschnitt, der ein erstes Filmlager nach dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 14 einen Querschnitt in Längsrichtung durch eine Spindelvorrichtung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 einen teilweisen Querschnitt in Längsrichtung durch eine Spindelvorrichtung, welche eine unterschiedliche Befestigungsweise eines Radiallagers zeigt, das für die Spindelvorrichtung verwendet wird;
Fig. 16 einen Querschnitt in Längsrichtung durch die erste Spindelvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 17 einen Querschnitt in Längsrichtung durch eine zweite Spindelvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 18 einen Querschnitt, der entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 17 verläuft;
Fig. 19A bis 19C senkrechte Querschnitte, welche ein zweites bis viertes Filmlager gemäß dem Stand der Technik zeigen.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2D wird ein Folienlager gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist anzumerken, dass das hier dargestellte erste Ausführungsbeispiel auf ein Gleitlager eines Radialtyps, d. h. für ein Radiallager angewendet wird. Das dargestellte Folienlager weist ein elastisches Bauteil 2 auf, das durch Stanzen von üblicherweise einem Drahtgewebe ausgebildet wurde, und eine Lagerfolie 3 in Form einer Metallfolie auf. Das elastische Bauteil 2 ist durch Pressen, was während des Ausstanzens des Drahtgewebes erfolgt, derart geformt, dass dieses eine zylindrische Form einnimmt. Das oben beschriebene Metallgewebe ist aus dünnen Metalldrähten hergestellt. Das Drahtnetz kann eine Struktur aufweisen, in der die Drähte entweder als zweidimensionales Band oder in einer dreidimensionalen Struktur derart miteinander verflochten sind, dass sich diese nicht von selbst entflechten. Insbesondere können die Drähte, die das Drahtgewebe ausbilden, ähnlich wie bei einem Textilerzeugnis od. dgl. miteinander verflochten oder verknüpft werden, derart, dass diese so verwickelt sind, dass sie sich nicht lösen.
Wie in den Fig. 2A bis 2C dargestellt, ist die Lagerfolie 3 zu einer zylindrischen Form aufgewickelt und wird anschließend in eine Ausnehmung des elastischen Bauteils 2 eingesetzt, welches bereits zu einem Hohlzylinder geformt wurde. Die Lagerfolie 3 wird durch Verbindungsabschnitte 3a fest mit dem zylindrischen elastischen Bauteil 2 verbunden, indem die Verbindungsabschnitte 3a zurückgeklappt werden und am äußeren Umfang des zylindrischen elastischen Bauteils 2 anliegen, nachdem die zylindrische Lagerfolie in die Ausnehmung des elastischen Bauteils 2 eingesetzt wurde. Wie bislang dargestellt, sind die Verbindungsabschnitte 3a einstückig an einem Ende der Lagerfolie 3 angeformt, derart, dass sie sich im rechten Winkel zur Längsachse der Lagerfolie 3 erstrecken, wie dies am besten in Fig. 2A dargestellt ist. Es kann sich jedoch um ein beliebiges geeignetes plastisch verformbares Bauteil handeln. Anschließend wird, so wie dies in Fig. 2D dargestellt ist, die daraus gebildete Lagerunterbaugruppe, welche die Lagerfolie 3 umfasst, die innerhalb des elastischen Bauteils 2 angeordnet ist, in die Ausnehmung einer Lagergehäusung 1 eingeführt und von dieser aufgenommen, so dass eine Lageranordnung ausgebildet wird, d. h. ein Radiallager.
In dem derart zusammengefügten Radiallager stellt die innere Umfangsfläche der zylindrischen Lagerfolie 3 im zylindrischen elastischen Bauteil 2 eine elastische Lageroberfläche S dar. Das zylindrische elastische Bauteil 2 kann einen äußeren Umfang aufweisen, der geringfügig größer als der innere Durchmesser der Lagergehäusung 1 ist. In diesem Fall kann das zylindrische elastische Bauteil 2 in die Ausnehmung der Lagergehäusung eingepresst werden, um somit die Lagerunterbaugruppe, welche das elastische Bauteil 2 und die Lagerfolie 3 umfasst, in der Lagergehäusung 1 zu arretieren. Das zylindrische elastische Bauteil 2 kann einen inneren Durchmesser aufweisen, welcher bis zu einer gewünschten Größe vergrößert werden kann, nachdem die Lagerunterbaugruppe in der Lagergehäusung 1positioniert wurde. In diesem Falle tritt eine plastische Verformung im elastischen Bauteil 2 auf, sofern der innere Durchmesser des elastischen Bauteils 2 über seine Elastizitätsgrenze hinaus vergrößert wird, obwohl das elastische Bauteil 3 eine gewisse Elastizität aufweist.
Nach der Herstellung der Lagerbaugruppe in der oben beschriebenen Weise wird eine Radialwelle 4 in die Lagerbaugruppe eingefügt, insbesondere in die Lagerunterbaugruppe eingefügt, und kann sich darin drehen. Die Radialwelle 4 weist einen derart gewählten Durchmesser (oder einen äußeren Durchmesser) auf, dass dieser während der Montage um einen vorab bestimmten Betrag kleiner als die Größe der Ausnehmung der zylindrischen Lagerfolie 3 ist, so dass im montierten Zustand des Lagerbauteils eine Lagerspalte 5 zwischen der Radialwelle 4 und der zylindrischen Lagerfolie 3 ausgebildet werden kann.
Während sich die Radialwelle 4 im Betrieb relativ zur Lageranordnung dreht, wird in den üblicherweise keilförmigen Spalt zwischen Radialwelle 4 und Lagerfolie 3 Luft eingesogen, was zu einem Druckaufbau führt, so dass somit eine Belastbarkeit erzeugt wird. Falls auf die Radialwelle 4 eine Belastung einwirkt, werden das zylindrische elastische Bauteil 2 und die entsprechende zylindrische Lagerfolie 3 in einem Maße verformt, das ausreicht, um die Form des Lagerspalts 5 (ein gasförmiger Film) passend zu verändern, was zu einem stabilen Betrieb führt. Da sich das zylindrische elastische Bauteil 2 nicht nur entlang seines Umfangs verformen kann, sondern auch in seiner axialen Richtung verformen kann, kann sich der Lagerspalt nicht nur längs des Umfangs sondern auch in einer axialen Richtung passend verändern, so dass eine relativ große Belastbarkeit mit einem vereinfachten Aufbau erzielt werden kann.
Falls die Radialwelle 4 während ihrer Drehung Schwankungen ausübt, wird eine Reibungskraft nicht nur zwischen der Lagerfolie 3 und dem elastischen Bauteil 2 sowie zwischen dem elastischen Bauteil 2 und der Lagergehäusung 1 erzeugt, sondern ebenfalls zwischen den dünnen Metalldrähten, die das elastische Bauteil 2 ausbilden. Dadurch wird eine relativ große Dämpfungswirkung erzielt, die ausreicht um die Radialwelle 4 stabil zu lagern. Es ist zu erwähnen, dass das elastische Bauteil 2 eine Steifigkeit aufweist, die auf einen optimalen Wert angepasst werden kann, indem der Drahtdurchmesser der dünnen Metalldrähte, welche das elastische Bauteil 2 ausbilden, geändert wird und/oder die Kompresssibilität während der Ausformung des elastischen Bauteils 2 angepasst wird, d. h., dass die wirksame Dichte des elastischen Bauteils 2 nach dessen Ausformung angepasst wird.
Wenn die Unterbaugruppe, welche die Lagerfolie sowie das fest mit der Lagerfolie 3 verbundene elastische Bauteil 2 aufweist, durch Pressung in die Lagergehäusung 1 eingebracht wird, sind das elastische Bauteil 2 und das Lagergehäuse 1 durch Reibungskräfte fest miteinander verbunden und dadurch können sich beide Teile relativ zueinander drehen, wenn ein Drehmoment ausgeübt wird, das größer als die Reibungskräfte ist. Entsprechend wird sich das elastische Bauteil 2 gemeinsam mit der Radialwelle 4 drehen, wenn die Radialwelle 4 aufgrund einer übermäßigen Belastung oder einem beliebigen anderen Grund mit der Lagerfolie 3 in Kontakt tritt und ein Drehmoment, welches größer als ein vorherbestimmter Wert ist, von der Radialwelle 4 durch die Lagerfolie 3 auf das elastische Bauteil 2 einwirkt. Sobald dies eintritt, kann die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Lageroberfläche vorteilhafterweise verringert werden, welche ansonsten aufträte, wenn sich die Radialwelle 4 und die Lagerfolie 3 relativ drehten.
Es ist anzumerken, dass das Radiallager 504 und die Lagergehäusung 1 zusammen eine Lagereinheit 504A ausbilden.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 4B ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel, welches in den Fig. 3 bis 4B dargestellt ist, weist das elastische Bauteil 2 die Form eines im Wesentlichen länglichen, zweidimensionalen Metallnetzes auf, welches aus dünnen Metalldrähten hergestellt ist und ausgestanzt wurde um eine rechteckige Bahn zu bilden. Diese rechteckige Bahn, also das elastische Bauteil 2, und die Lagerfolie 3 in Form einer rechteckigen dünnen Metallplatte bilden gemeinsam die Folienlagerunterbaugruppe aus. Insbesondere ist das rechteckige elastische Bauteil 2 an einem dazu entsprechenden Ende der rechteckigen Lagerfolie 3 befestigt. Die feste Verbindung zwischen dem rechteckigen elastischen Bauteil 2 und der rechteckigen Lagerfolie 3 kann auf eine der folgenden in den Fig. 4A und 4B dargestellten Arten ausgeführt werden.
In dem in Fig. 4A dargestellten Beispiel sind das rechteckig elastische Bauteil 2 und die Lagerfolie 3 derart einander überlappend übereinander angeordnet, dass sie sich in gleiche Richtung erstrecken, und eine Befestigung 6 wird benutzt, um die jeweiligen Enden des elastischen Bauteils 2 und der Lagerfolie 3 miteinander zu verbinden, und dadurch eine Lagerunterbaugruppe auszubilden. Insbesondere erfolgt die Befestigung 6 durch plastische Verformung, um die jeweiligen Enden des elastischen Bauteils 2 und der Lagerfolie 3 zusammenzuquetschen. Andererseits weist bei dem in Fig. 4B dargestellten Beispiel das rechteckige elastische Bauteil 2 ein Ende auf, welches mit einem dazu entsprechenden Ende der rechteckigen Lagerfolie überlappt um zu bewirken, dass das rechteckige elastische Bauteil 2 und die Lagerfolie 3 sich in zueinander entgegengesetzten Richtungen erstrecken, nachdem diese unter Benutzung der Befestigung 6, welche durch plastische Verformung erfolgt, um die einander überlappenden Enden des elastischen Bauteils 2 und der Lagerfolie 3 miteinander zusammenzuquetschen, und um somit die Lagerunterbaugruppe auszubilden.
Die derart ausgebildete Lagerunterbaugruppe ist aufgewickelt oder aufgerollt um in die Ausnehmung einer Lagergehäusung 1 (siehe Fig. 3) zu passen, wobei die zylindrische Lagerfolie 3 innerhalb des zylindrischen elastischen Bauteils 2 angeordnet wird, und so die Lagerbaugruppe vervollständigt wird. Es ist klar ersichtlich, dass, nachdem die Lagerunterbaugruppe in die Lagergehäusung 1 eingefügt wurde, die Lagerfolie 3 angrenzend an den Umfang der Radialwelle 4 angeordnet ist. Unabhängig davon, ob die Lagerunterbaugruppe mit einer Lagerfolie 3 die im Wesentlichen so wie in Fig. 4A dargestellt, vom elastischen Bauteil 2 ausgehend radial nach innen weisend aufgerollt ist, oder ob die Lagerunterbaugruppe mit einer Lagerfolie 3, welche im Wesentlichen so wie in Fig. 4B dargestellt, vom elastischen Bauteil 2 ausgehend radial nach außen weisend aufgewickelt ist, wird ein derart aufgewickeltes oder aufgerolltes elastisches Bauteil 2 eine elastische Rückstellkraft aufbauen, so dass, wenn die Lagerunterbaugruppe in das Lagergehäuse 3 eingepasst wird, die elastische Rückstellkraft freigegeben wird, und dadurch das elastische Bauteil 2, und somit die Lagerunterbaugruppe radial nach außen gezwungen wird, und mit der inneren Umfangsfläche des Lagergehäuses 3 in Kontakt tritt.
Wenn sich die Radialwelle 4 in der in Fig. 3 durch den Pfeil dargestellten Richtung dreht, arbeitet das in den Fig. 3 bis 4B dargestellte, und unter Bezugnahme auf diese Figuren beschriebene Folienlager, auf eine ähnliche Weise, wie im vorab beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Auch in diesem zweiten Ausführungsbeispiel bilden das Radiallager 504 und das Lagergehäuse 1 gemeinsam eine Lagereinheit 504A aus.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung auf ein Achslager angewendet wird. In diesem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das elastische Bauteil 2 gewellt und weist Hügel und Täler auf, die längs des Umfangs einander abwechselnd angeordnet sind. Im montierten Zustand werden die Hügel und Täler des elastischen Bauteils 2 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Lagergehäusung 1 und der Lagerfolie 3 gehalten, und umgekehrt. Selbstverständlich wird das elastische Bauteil 2, bevor es mit der Lagerfolie 3 verbunden wird, wie vorab beschrieben aus einem Drahtnetz hergestellt und in beliebiger, an sich bekannter Weise, gewellt. Die Benutzung des gewellten elastischen Bauteils 2 erlaubt es auf effektive Weise, die Steifigkeit der Halterung der Lagerfolie 3 in einem weiten Bereich zu wählen. Es sollte angemerkt werden, dass, obwohl in Fig. 5 das elastische Bauteil 2 mit Wellen auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen gezeigt wurde, auch nur eine der einander gegenüberliegenden Oberflächen des elastischen Bauteils, die mit der Lagerfolie 3 oder mit der inneren Umfangsfläche des Lagergehäuses 1 in Kontakt tritt, gewellt sein kann.
Auch im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 bilden das radiale Lager 504 und die Lagergehäusung 1 gemeinsam eine Lagereinheit 504A aus.
Ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt. Das dort dargestellte Ausführungsbeispiel ist dem ersten beschriebenen Ausführungsbeispiel ähnlich, abgesehen davon, dass bei der in Fig. 6 dargestellten Lagergehäusung 1 die innere Umfangsfläche mit einer sich in axialer Richtung erstreckenden Keilnut 7 versehen ist, und die Lagerfolie 3 und das elastische Bauteil 2 mittels eines Keils 8, welcher in die Keilnut 7 eingreift, in seiner Position fixiert ist.
Auch dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Achslager.
Die Verwendung des Keils 8 verhindert auf effektive Weise eine Drehung der Lagerfolie 3 zusammen mit der Radialwelle 4, welche ansonsten aufträte, wenn eine relativ große Reibungskraft zwischen der Radialwelle 4 und der Lagerfolie 3 zum Anfangszeitpunkt der Drehung der Radialwelle 4 auftritt.
Auch in dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel bilden das Radiallager 504 und die Lagergehäusung 1 gemeinsam eine Lagereinheit 504A aus.
Fig. 7 zeigt ein fünftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel ähnelt dem ersten beschriebenen Ausführungsbeispiel, abgesehen davon, dass das elastische Bauteil 2, das im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 verwendet wird, in eine Mehrzahl von in axialer Richtung verteilten elastischen Segmente 2A, 2B und 2C aufgeteilt ist. Diese elastischen Segmente 2A bis 2C weisen jeweils unterschiedliche Drahtdurchmesser oder unterschiedliche Dichten der Anordnung der dünnen Metalldrähte, welche das Drahtnetz ausbilden, auf.
Fig. 8 stellt ein sechstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Das in Fig. 8 dargestellte Ausführungsbeispiel ähnelt dem ersten beschriebenen Ausführungsbeispiel, abgesehen davon, dass das dabei verwendete elastische Bauteil 2 einen Aufbau aufweist, bei dem die Dichte der Anordnung der Metalldrähte in axialer Richtung variiert wird. Der Wechsel der Dichte der Anordnung der Metalldrähte kann aufeinander abfolgend in axialer Richtung erfolgen. Ebenso können unterschiedliche Dichten der Anordnung der Metalldrähte für unterschiedliche der in axialer Richtung unterteilten Segmente der elastischen Bauteile 2 verwendet werden. Es ist anzumerken, dass in Fig. 8 unterschiedliche Schraffuren einen Unterschied in der Dichte der Anordnung der Metalldrähte bezeichnet.
Somit ist klar ersichtlich, dass eine Auswahl der Drahtdurchmesser und der Dichte der Anordnung der Metalldrähte, die das elastische Bauteil 2 ausbilden, so wie es jeweils in den in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispielen gezeigt ist, auf effektive Weise die Steifigkeit der Lagerung der Lagerfolie 3 innerhalb des Lagergehäuses ändert. Dementsprechend ist es möglich, eine Verschiebung der Lagerfolie 3, welche auftritt wenn eine Belastung auftritt, anzupassen und eine optimale Verteilung der Lagerspalte in Abhängigkeit der Belastung zu realisieren.
Auch bei den in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispielen bilden die Radiallager 504 und die Lagergehäusungen 1 gemeinsam Lagereinheiten 504 aus.
Die Fig. 9 bis 11 stellen ein siebtes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, welches eine Anwendung der vorliegenden Erfindung auf ein Längslager darstellt. Wie dort dargestellt ist, weist ein ringförmiges elastisches Bauteil 2 auf einer seiner einander gegenüberliegenden Stirnflächen eine Anzahl von im Wesentlichen bogenförmigen Vorsprüngen 2a auf, welche in einer längs seines Umfangs verlaufenden Richtung voneinander beabstandet sind. Dieses elastische Bauteil 2 wird von einer dazu entsprechenden ringförmigen Furche 552 aufgenommen, welche in einem Gehäusebodenbauteil 1b ausgebildet ist und zwischen dem Gehäusebodenteil 1b und einem Gehäusevorderteil (Folienbasis) 1a zwischenliegend fixiert. Das Gehäusevorderteil 1a ist mit im Wesentlichen bogenförmigen Öffnungen 15 ausgebildet, von denen die bogenförmigen Vorsprünge 2a des elastischen Bauteils 2 formschlüssig aufgenommen werden, wenn das elastische Bauteil dem Gehäusebodenteil 1b und dem Gehäusevorderteil 1a zwischenliegend angeordnet wird. Das Gehäusevorderteil 1a und das Gehäusebodenteil 1b werden, nachdem das elastische Bauteil 2 zwischenliegend angeordnet wurde, mittels einer Mehrzahl von Befestigungsteilen 16, wie beispielsweise Stellschrauben befestigt, um dadurch ein Lagergehäuse 1 zu komplettieren. Eine ringförmige Lagerfolie 3 wird fluchtend mit der ringförmig angeordneten Reihe der in dem Gehäusevorderteil 1a ausgebildeten ringförmigen Öffnungen 15 auf eine beliebige geeignete Weise an dem Gehäusevorderteil 1a, wie beispielsweise durch Schweißen, Löten, Kleben oder Abdichten fixiert, so dass sie einer Lageroberfläche 5a der ringförmigen Lagerplatte 4a, welche an einer Radialwelle 4 befestigt ist, um sich gemeinsam mit dieser zu drehen, gegenübersteht, was am besten in Fig. 11 dargestellt ist.
Die ringförmige Lagerfolie 3 weist eine Mehrzahl von im Wesentlichen bogenförmigen und voneinander getrennten Lagerfoliensegmenten 556a auf, welche längs einer Kreislinie, die koaxial zu den längs einer Kreislinie angeordneten bogenförmigen Öffnungen 15 angeordnet sind, und wird durch die dazu entsprechenden Vorsprünge 2a des elastischen Bauteils 2, die von den dazugehörigen bogenförmigen Öffnungen 15 in der Lagerplatte 1a nach außen hervorstehen, gehalten, so wie dies am besten in Fig. 11 dargestellt ist, um dadurch eine elastische Lageroberfläche S zu bilden. Das elastische Bauteil 2 und die Lagerfolie 3 die bei den in den Fig. 9 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispielen verwendet wird, ähneln bezüglich ihres Aufbaus denen, die in Zusammenhang mit dem ersten beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet und beschrieben wurden, abgesehen davon, dass sie sich von den gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 9 bis 11 verwendeten äußeren Formen unterscheiden. Dementsprechend werden die elastischen Bauteile 2 aus einem Drahtnetz aus Drähten, wie beispielsweise dünnen Metalldrähten, gefertigt. Das elastische Bauteil 2 das in diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird ist so geformt, dass es bogenförmige Vorsprünge 2a, beispielsweise durch Benutzung von Pressarbeit, aufweisen.
Wenn das Gehäusebodenteil 1b, das elastische Bauteil 2 und das Gehäusevorderteil 1a mit der daran fixierten Lagerfolie 3 montiert werden, wobei das elastische Bauteil 2 zwischen dem Gehäusebodenteil 1b und dem Gehäusevorderteil 1a angeordnet ist und das Gehäusebodenteil 1b anschließend mittels Stellschrauben 16 an dem Gehäusebodenteil 1b befestigt ist, kann die Lagereinheit 505A des Längslagers 505 erhalten werden. Wenn sich bei diesem Aufbau die Lagerplatte 4a gemeinsam mit der Radialwelle 4 dreht, kann die Lagereinheit 505A eine in axialer Richtung wirkende Kraft auf ähnliche Weise wie vorangehend in Bezug auf das Axiallager beschrieben abstützen.
Ein achtes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 12 beschrieben. Das in Fig. 12 dargestellte Ausführungsbeispiel ähnelt dem Folienlager des in Fig. 11 dargestellten Längslagertyps, abgesehen davon, dass das in Fig. 12 dargestellte elastische Bauteil 2 in eine Mehrzahl von in einer längs des Umfangs verlaufenden Richtung verteilte elastische Segmente 2 ₁ bis 2 _N unterteilt ist, welche jeweils unterschiedliche Drahtdurchmesser oder unterschiedliche Dichten der Drahtanordnungen, welche das Drahtnetz ausbilden, aufweisen. Andere strukturelle Merkmale der Folienlager gemäß Fig. 12 ähneln denen, die in Verbindung mit dem Folienlager unter Bezugnahme auf die Fig. 9 bis 11 beschrieben wurden.
Es ist anzumerken, dass anstatt der Aufteilung des elastischen Bauteils in eine Mehrzahl von elastischen Segmenten 2 ₁ bis 2 _N, das elastische Bauteil 2 eine unterschiedliche Dichte der Drahtanordnung in unterschiedlichen Bereichen des elastischen Bauteils 2 entlang seines Umfangs aufweisen kann.
Bei der Umsetzung eines der voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele werden die Radialwelle 4, die Lagerfolie 3 und das elastische Bauteil 2 vorzugsweise aus hitzebeständigem Stahl oder rostfreiem Stahl gefertigt. In Abhängigkeit vom Anwendungsfall kann die Lagerfolie 3 und das elastische Bauteil 2 aus Phosphorbronze oder einem Material gefertigt sein, das üblicherweise zur Herstellung von Federn verwendet wird. Da sich zum Startzeitpunkt bzw. zum Stoppzeitpunkt die Radialwelle 4 und die Lagerfolie 3 relativ zueinander verschieben, während sich diese im Kontakt miteinander befinden, kann vorzugsweise ein abriebfester oder ein Schmiermittel auf den jeweiligen Oberflächen der Radialwelle 4 und der Lagerfolie 3 vorgesehen werden, um die Abnutzung durch Reibung zu minimieren oder im Wesentlichen zu verhindern. Als abriebfester Film kann eine Nickelauflage, eine Chromauflage, ein Film aus Titannitrid oder amorphen Kohlenstoff, der durch Dampfabscheidung aufgetragen wurde, verwendet werden. Ebenso kann als Schmiermittel eine Auflage, bei der feste Schmierpartikel wie Molybdändisulfid, Graphit bzw. Fluorcarbonharz aufgetragen sein, oder eine Harzschicht verwendet werden.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Spindelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 14 beschrieben. Die Spindelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird für einen Rotationszerstäuber angewendet, der zum elektrostatischen Lackieren verwendet wird. Unter Bezugnahme auf Fig. 14 weist die darin dargestellte Spindelvorrichtung einen Aufbau auf, bei dem die Radialwelle 4 von zwei Radiallagern 504 und zwei Längslagern 505 gelagert wird, so dass sie sich relativ zur Gehäusung 502 drehen kann. Die Radiallager 504 und die Längslager 505 werden in Form eines vorab beschriebenen Folienlagers verwendet. Die dargestellte Spindelvorrichtung umfasst einen Antriebsmechanismus 519, der die Radialwelle 4 antreibt. Die vorliegend verwendete Radialwelle 4 ist in Form einer hohlen Welle ausgebildet (auch wenn sie in den Fig. 1, 3, 5 und 6 als massive Welle dargestellt ist), welche einen Hohlraum aufweist, in dem eine Farbzerstäuberdüse 512 angeordnet ist. Am freien Ende der Radialwelle 4, das dem Antriebsmechanismus 519 entfernt gelegen ist, ist eine Zerstäuberkopfaufnahme 501a ausgebildet, in der ein Zerstäuberkopf 511 abnehmbar befestigt werden kann. Das entgegengesetzte und benachbart zum Antriebsmechanismus 519 liegende Ende der Radialwelle 4 weist eine scheibenförmige Lagerplatte 4a auf, die von der Radialwelle ausgehend radial nach außen absteht. Diese Lagerplatte 4a weist eine äußere Umfangsseite auf, an der eine Mehrzahl von längs des Umfangs gleichmäßig verteilt angeordnete Ausnehmungen ausgebildet sind, so dass zwischen einander benachbarten Ausnehmungen Turbinenblätter 518 ausgebildet werden. Die Turbinenschaufeln 518 und Turbinendüsen 507, welche in der Gehäusung 510 vorgesehen sind, wirken miteinander zusammen, und bilden so den oben beschriebenen Antriebsmechanismus 519 aus.
Die Radialwelle 4 ist drehbar von den in axialer Richtung beabstandet zueinander stehenden beiden Radiallagern 504 sowie von den beiden Längslagern 505, welche jeweils an den Seiten der Längsplatten 4a angeordnet sind, gelagert. Die Gehäusung 502 ist in die Lagergehäusungen 1, welche jeweils die Radiallager 504 und die Längslager 505 aufweisen, und die Hauptgehäusung 510, in der die Lagergehäusung 1 entfernbar angeordnet ist, unterteilt. Die Gehäusung 510 ist weiterhin in eine äußere Hülle 510A und vorderseitige und rückseitige separate Gehäusungen 514 und 515 unterteilt, welche entnehmbar von der äußeren Hülle 510A umhüllt werden. Dies Radiallager 504 und eines der Längslager 505 sind fest innerhalb der vorderseitigen separaten Gehäusung 514 angeordnet, während das andere der Längslager 505 fest innerhalb der rückseitigen separaten Gehäusung 515 angeordnet ist. Die vorderseitige separate Gehäusung 514 und die rückseitige separate Gehäusung 515 sind durch eine Anzahl von Bolzen (nicht dargestellt) mit dazwischenliegenden Abstandsstücken 516 miteinander verbunden.
Eine Düsenhülse 506 ist am inneren Umfang des Abstandsstücks 516 angebracht. Der innere Umfang der Düsenhülse 506 steht der äußeren Umfangsseite der Lagerplatte 4a gegenüber, wobei die Turbinendüsen 507 so angeordnet sind, dass sie in einer im Wesentlichen tangential dazu verlaufenden Richtung ausgerichtet sind. Die Turbinendüsen 507 stehen mit einer Quelle für komprimierte Luft (nicht dargestellt) über eine in Reihe angeordneter ringförmiger Luftversorgungsdurchgänge 508 und 509, welche jeweils am äußeren Umfang der Düsenhülse 506 und dem inneren Umfang der Abstandsstücke 516 ausgebildet sind, in Verbindung. Wenn dementsprechend komprimierte Luft von der Quelle für komprimierte Luft zugeführt wird, kann die komprimierte Luft aus den Turbinendüsen 507 in im Wesentlichen tangentialer Richtung austreten und anschließend auf die Turbinenschaufeln 518 auftreffen, welche am äußeren Umfang der Lagerplatte 4a ausgebildet sind, und dadurch die Radialwelle 4 antreiben. Anschließend strömt die komprimierte Luft durch eine in der äußeren Hülle 510A vorgesehene Abluftöffnung (nicht dargestellt) hindurch von der Radialwelle nach außen.
Der äußere Umfang der Lagerplatte 4a ist mit einem Markierungsflansch 517 für Drehungen versehen. Ein Drehsensor 513 ist dem Markierungsflansch 517 für Drehungen gegenüberliegend angeordnet, so dass die Anzahl der Umdrehungen der Radialwelle 4 vom Drehsensor 513 detektiert werden kann, indem der Sensor jeweils den Durchgang der Markierung detektiert, welche am Markierungsflansch 517 für Drehungen der Vorderseite des Drehsensors 513 gegenüberliegend vorgesehen ist. Die Markierung kann auf eine beliebige geeignete Weise ausgeführt sein, beispielsweise durch eine farbige Markierung, eine Magnetisierung oder eine Vertiefung der Oberfläche. Der Drehsensor 513 kann ein beliebiger Fühler sein, der in Abhängigkeit von der Art der Markierung gewählt wird und kann ein photoelektrischer Schalter, ein magnetischer Sensor, ein elektromagnetischer Empfänger oder ein Stellungssensor sein. Da sich die Radialwelle 4 mit hoher Geschwindigkeit dreht, ist die Verwendung eines berührungslosen Sensors als Drehsensor 513 zu bevorzugen.
Die Radiallager 504, welche in der Spindelvorrichtung verwendet werden, können als Folienlager mit einem Aufbau gemäß dem Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 3 oder 1 gezeigt ist, ausgeführt sein.
Die Radiallager 504 werden in Gestalt einer Lagereinheit 504A in eine Lagerhülse eingefügt, welche an der inneren Umfangsfläche der frontseitigen separaten Gehäusung 514 ausgebildet ist, und anschließend mittels einer oder mehrerer Stellschrauben 529 abnehmbar fixiert.
Fig. 15 stellt eine unterschiedliche Art der Fixierung der Radiallager 504 dar. In dem in Fig. 15 dargestellten Beispiel weist die innere Umfangsfläche der vorderseitigen separaten Gehäusung 514 eine sich in Axialrichtung erstreckenden Furche 542 für jedes der Radiallager 504 auf, sowie eine Bandfeder 543 mit einem mit einer Ausstülpung 504 versehenen, freien Ende, die in der sich in axialer Richtung erstreckenden Furche 542 befestigt ist. Entsprechend ist die äußere Umfangsfläche der Lagergehäusung 1 beiden jeweiligen Radiallagern 504 jeweils mit einer sich in der Umfangsrichtung erstreckenden Furche 546 versehen, so dass die fest oder einstückig mit der Bandfeder 543 verbundene Ausstülpung 544 in die sich in Umfangsrichtung erstreckende Furche 546 eingreifen kann, und somit das zugehörige Radiallager 504 an der vorderseitigen separaten Gehäusung 514 befestigt werden kann.
Die Längslager 505, die in der Spindelvorrichtung verwendet werden, können als Folienlager mit dem Aufbau gemäß dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildet sein.
Die Längslager 505 mit dem oben beschriebenen Aufbau sind in Gestalt der jeweiligen Lagereinheiten 505A mittels geeigneter Verbindungsmittel, wie beispielsweise unter Verwendung von Schraubbolzen jeweils an der vorderseitigen separaten Gehäusung 514 bzw. der rückseitigen separaten Gehäusung 515 abnehmbar befestigt. Im Betrieb, wenn sich die Radialwelle 4 dreht, baut sich ähnlich wie bei den Radiallagern 504 ein Luftdruck auf, so dass die Radialwelle 4 berührungsfrei in Axialrichtung gelagert ist.
Der Betrieb der Spindelvorrichtung mit dem beschriebenen Aufbau wird im Folgenden beschrieben. Wenn die Radialwelle während sie sich dreht Schwankungen ausübt, werden die Lagerfolien 3 und elastischen Bauteile 2 der Radiallager 504 sowie der Längslager 505 verformt und es wird aufgrund der Reibung zwischen den Lagerfolien 3 und den elastischen Bauteilen 2 sowie zwischen den elastischen Bauteilen 2 und den Lagergehäusungen 1 eine relativ große Dämpfungskraft erzeugt. Daher ist es möglich die Radialwelle 4 mit hoher Geschwindigkeit zu betreiben, auch wenn die Radialwelle 4 eine beträchtliche Unwucht aufweist.
Wenn das vorab beschriebene Folienlager als Radiallager 504 und Längslager 505 verwendet wird, können kleinere Formfehler und Montagefehler kompensiert werden, da jede Lageroberfläche verformt werden kann. Im Vergleich zu Spindelvorrichtungen für elektrostatisches Lackieren gemäß dem Stand der Technik können die Genauigkeitserfordernisse bei der Herstellung und beim Zusammenbau auf vorteilhafte Weise vermindert werden. Ebenso können die Lager 504 und 505 in eine einheitliche Baugruppe eingebaut werden, d. h. die Lagereinheiten 504A und 505A können in die Gehäusung 502 eingebaut werden.
Da die einzelnen Baugruppen keine Wände mit einer erhöhten Wandstärke benötigen, welche normalerweise erforderlich wäre um eine unerwünschte Verformung während der Bearbeitung zu vermeiden, und da weiterhin kein Luftdurchtritt wie bei einem Lager, das mit externer Druckluft versorgt wird, erforderlich ist, können die unterschiedlichen Baugruppen, die die Spindelvorrichtung ausbilden, reduzierte Wandstärken aufweisen und somit die Spindelvorrichtung mit geringem Gewicht und mit kompakter Größe gefertigt werden.
Wie vorab beschrieben sind die Radiallager 504 an bestimmten Positionen innerhalb der Hauptgehäusung 510 entfernbar befestigt und liegen in Form der dazugehörigen Lagereinheiten 504A einschließlich der Lagergehäusungen 1, der elastischen Bauteile 2 und der Lagerfolien 3, die zusammengefügt wurden, vor. Die Längslager 505 sind an vorab bestimmten Stellen innerhalb der Hauptgehäusung 510 entfernbar befestigt, wobei die Längslager 505 in Form der jeweiligen Lagereinheiten 505A einschließlich der zusammen montierten Lagergehäusungen 1, der elastischen Bauteile 2 und der Lagerfolien 3 vorliegen. Falls eine oder mehrere der Lager 504 und 505 nicht korrekt arbeiten, beispielsweise weil das zu bearbeitende flüssige Medium eindringt, kann eine Reparatur durch einfachen Austausch der fehlerhaften Lager durch eine entsprechende Lagereinheit 504A oder 505A erfolgen. Es ist zu erwähnen, dass zum Zeitpunkt des Austausches einer oder mehrerer Lagereinheiten 504A und 505A flüssiges Medium, das die Radialwelle 4 verschmutzt, entfernt oder abgewaschen werden kann, so dass die Radialwelle 4 wieder verwendet werden kann. Aufgrund dieser Eigenschaft kann die Spindelvorrichtung, die sich der vorliegenden Erfindung bedient, vor Ort repariert werden und muss somit nicht zum Hersteller geschickt werden, um repariert zu werden. Dies führt zu einer Verringerung der Unterhaltskosten.
Da eine Belastung, die von einer Unwucht herrührt in einer Radialrichtung wirkt, kann bei der Spindelvorrichtung eine mögliche Beschädigung, die von einer Unwucht herrührt, hauptsächlich in der Lageroberfläche der Radiallager 504 auftreten. Da im dargestellten Ausführungsbeispiel jedoch die elastischen Bauteile 2 und die Lagerfolien 3, die jeweils Teile des Radiallagers 504 darstellen, durch Reibungskräfte innerhalb der Lagergehäusung 1 befestigt ist, dreht sich die Radialwelle 4 gemeinsam mit dem Radiallager 504 in der Lagergehäusung 1, falls aufgrund eines Kontakts der sich drehenden Radialwelle 4 mit der Lagerfolie 3 ein Drehmoment entsteht, das größer als die Reibungskraft ist. Daher kann eine mögliche Beschädigung der Radialwelle 4 auf vorteilhafte Weise minimiert werden.
Die Lageroberfläche der Lagerfolie 3, die der Radialwelle 4 oder der Lagerplatte 4a gegenübersteht, wird während des stationären Zustands der Radialwelle in Kontakt mit der Radialwelle 4 oder der Lagerplatte 4a gehalten, und selbst nachdem sich die Radialwelle 4 zu drehen beginnt behält die Lagerfolie 3 ihren Kontakt mit der Lagerwelle 4 oder der Lagerplatte 4a bis die Drehgeschwindigkeit der Radialwelle einen Wert erreicht, der ausreicht, um einen dynamischen Effekt zu entwickeln. Um eine Abnutzung durch Reibung zu verringern, die an der Lageroberfläche auftreten könnte, sind die Radialwelle 4 und Lagerfolie 3 vorzugsweise hitzebehandelt um eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber Abrieb aufzuweisen und/oder es ist vorteilhafterweise ein abriebfester Film oder ein Schmierfilm auf den Gleitoberflächen aufgebracht. Wie vorab beschrieben, kann Nickelschicht, eine Chromschicht, eine durch Dampfabscheidung aufgebrachte Schicht aus Titannitrid oder amorphem Kohlenstoff als abriebfester Film verwendet werden. Ebenso kann als Schmierfilm eine Auflage verwendet werden, bei der feste Schmierpartikel wie Molybdändisulfid oder Graphit aufgetragen werden, oder es kann eine Harzbeschichtung verwendet werden.
Wie vorab beschrieben wirkt bei der vorab beschriebenen Spindelvorrichtung eine Kraft, die von einer Unwucht herrührt in radialer Richtung, und somit kann, wie bei der Spindelvorrichtung gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel, in Erwägung gezogen werden, ein Folienlager mit dem in Fig. 3 oder Fig. 1 gezeigten Aufbau zu verwenden, wobei lediglich das Radiallager 504 ersetzt wird und als Längslager ein konventionell erhältliches Lager benutzt wird.
Auch wenn bei der Beschreibung des Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Fig. 14 und 15 lediglich eine Spindelvorrichtung beschrieben wurde, die als Rotationszerstäuber für elektrostatisches Lackieren verwendet wird, kann die vorliegende Erfindung ebenso für andere Spindelvorrichtungen mit einem Aufbau angewandt werden, bei dem ein Zerstäuberkopf verwendet wird, der an der Radialwelle befestigt wird.
Auch wenn die vorliegende Erfindung nur unter Bezugnahme auf die zu bevorzugenden Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben wurde, diente dies lediglich zur Erklärung der Erfindung. Der Fachmann wird ohne weiteres eine Vielzahl an Abänderungen und Modifikationen als naheliegend entnehmen können, wenn er die hierin dargestellten Ausführungen zu der vorliegenden Erfindung gelesen hat. Dementsprechend sind diese Änderungen als mit umfasst verstanden worden, sofern sie nicht vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abweichen.

Claims

1. Folienlager, umfassend:
ein elastisches Bauteil, hergestellt aus einem Drahtnetz, welches durch Flechten von Drähten ausgebildet wurde; und
eine dünne Lagerfolie, welche durch das elastische Bauteil gehalten wird und eine elastische Lageroberfläche bildet.

2. Folienlager nach Anspruch 1, bei dem die Drähte dünne Metalldrähte sind und die Lagerfolie aus einer dünnen Metallplatte gefertigt ist.

3. Folienlager nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das elastische Bauteil und ein Abschnitt der Lagerfolie miteinander verbunden sind, weiterhin umfassend eine Lagergehäusung mit einer darin ausgebildeten Ausnehmung, wobei das elastische Bauteil in den Hohlraum der Lagergehäusung eingebaut wurde, indem es elastisch verformt wurde, und eine Unterbaugruppe bestehend aus dem elastischen Bauteil und der Lagerfolie in der Lagergehäusung mittels der elastischen Rückstellkraft des elastischen Bauteil befestigt ist.

4. Folienlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das elastische Bauteil eine zylindrische Form aufweist, wobei das Folienlager weiterhin eine Lagergehäusung mit einem darin ausgebildeten Hohlraum aufweist, und bei dem das elastische Bauteil durch Presspassung in den Hohlraum der Lagergehäusung eingepresst ist.

5. Folienlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das elastische Bauteil als zweidimensionaler Streifen geformt ist, und das eine Lagergehäusung mit einem darin ausgebildeten Hohlraum aufweist, wobei das elastische Bauteil und die Lagerfolie, nachdem sie einander überlappend aufeinander angeordnet wurden, aufgewickelt wurden, um eine zylindrische Form einzunehmen und anschließend im Hohlraum der Lagergehäusung angeordnet zu werden.

6. Folienlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das elastische Bauteil einander gegenüberstehende erste und zweite Oberflächen aufweist, die in Kontakt mit einer Lagergehäusung gebracht werden um das elastische Bauteil und die Lagerfolie jeweils an wenigstens einer der ersten und zweiten Oberfläche des gewellt ausgeführten elastischen Bauteils zu lagern.

7. Folienlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6 nach der Bauart eines Radiallagers, weiterhin umfassend eine Lagergehäusung mit einem darin ausgebildeten Hohlraum, bei dem die Gehäusung eine innere Umfangsfläche mit einer darin ausgebildeten Keilfurche aufweist, und bei dem das elastische Bauteil so geformt ist, dass es eine zylindrische Form einnimmt und anschließend in den Hohlraum der Lagergehäusung eingefügt wird und mittels einer keilartigen Einrichtung fest mit der Lagergehäusung verbunden ist.

8. Folienlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das elastische Bauteil aus einer Mehrzahl von separat abgeteilten elastischen Segmenten ausgebildet ist, welche in einer vorab bestimmten Richtung angeordnet sind, wobei jedes der abgeteilten elastischen Segmente zumindest einen unterschiedlichen Drahtdurchmesser und/oder eine unterschiedliche Dichte der Anordnung der Drähte aufweist.

9. Folienlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das elastische Bauteil eine Dichte der Anordnung der Drähte aufweist, die von einer Position zur anderen variiert.

10. Folienlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Folienlager ein Längslager ist.

11. Spindelvorrichtung aufweisend:
eine Radialwelle mit einer Kopfhalterung, an der ein Zerstäuberkopf befestigt ist; und
Radiallager und Längslager zur drehbaren Lagerung einer Radialwelle relativ zu einem Gehäuse;
wobei die Radiallager und Längslager Folienlager gemäß Anspruch 1 sind, wobei die Folienlager eine Lagerfolie mit einer Lageroberfläche aufweisen, welche der Radialwelle gegenübersteht und ein elastisches Bauteil aufweisen, das zwischen der Gehäusung und der Lagerfolie liegend angeordnet ist um die Lagerfolie elastisch zu lagern.

12. Spindelvorrichtung nach Anspruch 11, mit einer Mehrzahl von Radiallagern, bei der die Radialwelle eine Lagerplatte aufweist, und bei der das Längslager derart positioniert ist, dass es mit den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Lagerplatte der Radialwelle zusammenwirkt.

13. Spindelvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei der die Drähte, die in wenigstens einer der Folienlager verwendet werden, die jeweils als Radiallager und Längslager dienen, dünnen Metalldrähten sind.

14. Spindelvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der die Lagerfolie und das elastische Bauteil der Radiallager miteinander verbunden sind und eine Unterbaugruppe ausbilden, wobei die Unterbaugruppe, während diese elastisch verformt wurde, in einen Hohlraum einer Gehäusung eingeführt wurde und in dieser Position innerhalb der Gehäusung durch die elastische Rückstellkraft des elastischen Bauteil gehalten wird.

15. Spindelvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, mit einer Mehrzahl von Radiallagern, und bei der die Gehäusung in eine Lagergehäusung zur Lagerung der elastischen Bauteile und der Lagerfolen für die Radiallager sowie eine Hauptgehäusung, in der die Lagergehäusung entfernbar angeordnet ist, aufgeteilt ist.

16. Spindelvorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Hauptgehäusung in eine äußere Hülle und separate Gehäusungen, welche der äußeren Hülle abnehmbar angepasst sind, unterteilt ist, und bei der die jeweiligen Lagergehäusungen einer Mehrzahl von Radiallagern entfernbar befestigt sind.

17. Spindelvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei der die Spindelvorrichtung in einem Rotationszerstäuber verwendet wird, wobei der Zerstäuberkopf benutzt wird, um ein flüssiges Medium durch die Einwirkung einer Zentrifugalkraft zu zerstäuben, die Radialwelle eine Hohlwelle mit einem darin ausgebildeten Hohlraum ist, und eine Düse zur Zuführung des flüssigen Mediums in Richtung des Zerstäuberkopfs zur Zerstäubung des flüssigen Mediums in den Hohlraum der Radialwelle eingeführt ist, und bei der die Radialwelle einen äußeren Umfang mit einer Mehrzahl von angeformten Turbinenschaufeln aufweist, und bei der eine Turbinendüse in der Gehäusung vorgesehen ist, um den Turbinenschaufeln komprimierte Luft zuzuführen.

18. Spindelvorrichtung aufweisend:
Radialwelle mit einer Kopfbefestigung, an der ein Zerstäuberkopf befestigt ist, und
ein Radiallager zur drehbaren Lagerung der Radialwelle relativ zur Gehäusung,
wobei die Radiallager Folienlager gemäß Anspruch 1 sind, und die Folienlager eine Lagerfolie mit einer Lageroberfläche aufweisen, welche der Radialwelle zugewandt ist, und ein elastisches Bauteil aufweisen, welches zwischen der Gehäusung und der Lagerfolie angeordnet ist, um die Lagerfolie elastisch zu lagern und bei der die Drähte, die in der Lagerfolie verwendet werden, dünne Metalldrähte sind.