DE1525012A1 - Wellenlager - Google Patents

Description

—~~ Patentanwälte "*"*- 1525Q12

Dipl. Ing. F. Wcickmann, Dr. Ing. A. Wctekmann
Dipf. !ng. H.Weickmann, Dipi. Phys. Dr.K. Fincka ^--~^ ' -'

8 »uneben 27, MüWstraße 22 ^ f

IMPEX CORPORATION

401 Broadway, Redwood City, Calif USA 94063

Wellenlager ■

Die Erfindung "betrifft ein Wellenlager und insbesondere ein Lager, bei dem eine rotierende Welle mittels flexibler iO- ■;■ lien gelagert ist.

Bei bereits bekannten lagern dieser Art wird eine welle mittels eines Polsters oder einer "Schicht eines komprimierten Mediums", wie z.B. Flüssigkeit; auf einer Lagerfläche gehalten. Als Medium kann auch ein Gas wie z.B. Luft dienen, · das dem Lager unter Druck zugeführt wird. Das Gas kann auch unter der Wirkung der rotierenden welle komprimiert werden.. Gaslager dieser Art besitzen den Vorteil, den Reibungswiderstand und das Lagergeräusch auf ein Minimum herabzusetzen und die Abnutzung der Lagerteile zu unterbinden.

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Bei einem Großteil dieser Lager neigt die Welle zum Krei- . sen oder "Wirbeln" um den lvrümmungsmittelpunfct der Lagerflache oder um einen sonstigen Punkt, wodurch zwischen der welle und aer Lagerfläche Stöße auftreten können, die zu Lagerschäden führen.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine gespannte flexible jiOlie als Lagerfläche auszubilden, vorschlage dieser Art sind beispielsweise aus "Gas "jjllm Lubrication", John Whiley and Sons, mc, New York, 1962, S 138-141 zu entnehmen. Allerdings sind bislang noch keine Vorschläge zur Vermeidung des "Wirbeins" erfolgt, ^uch weitere mit diesen Lagern verbundene Aufgaben, wie z.B. die entsprechende Anfe Ordnung aer jj-olie, derart daß die welle allseitig umschlossen ist und zwar insbesondere in dem Bereich, in dem die Gravitationskräfte neutralisiert werden und auch das Problem des exakten Spann en s der jj'olie sind noch nicht behandelt worden.

Der vorliegenden liirfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lager für eine rotierende ,Kelle zu schaffen, das derart ausgebildet ist, daß kein "Wirbeln" der i/Velle auftreten kann.

Die Erfindung hat sich weiterhin die Aufgabe gestellt ein aolienlager zu schaffen, das die m/elle allseitig umschließt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es ein u'olienlager herzustellen, dfjs ein genaues Spannen der üolie und die exakte Ausrichtung der sielle ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgaben sieht die Erfindung eine Anordnung vor, bei der mehrere (vorzugsweise wenigstens drei) Foliensegmente um entsprechende, in gleichem Winkelabstand voneinander angeordnete Umfangsbereiche der Welle gewunden sind und bei der die Anden der einzelnen Segmente mit einem Träger oder Rahmen gekoppelt und die Segmente wenigstens während der Rotation der Welle gespannt sind«

in der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes nach der Erfindung dargestellt, uarin zeigt:

Figur 1 $ In schematischer üaratelluag die wlrkungaweigo

eines bekannten Gaslagers. ■-.

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Figur 2: in schemati scher darstellung die wirkungsweise eines weiteren liaslagers. -

3: in schematischer Darstellung die Wirkungsweise eines üOlienlagers.

4; Eine weitere schematische Darstellung der ,tixkungsweise eines jrolienlagers.

Figur 5: Eine perspektivische ansicht eines Folienlagers nach der Erfindung.

Figur 6f Eine perspektivische .ansicht eines weiteren Folienlagers nach der üirfindung.

■c'igur 7: Eine ätirnansicht eines Folienlagers nach der Erfindung.

j'igur ö; Eine schaubildliche Ansicht zur darstellung der erfinaungsgemäßen wirkungsweise des Lagers.

veraiischaulichung der durch den erfindungsgemäßen Gegenstand erzielbaren vorteile wird zunächst kurz das in den bekannten iiaslagern auftretende Phänomen des "Wirbelns" vollständig zu behandeln, sondern nur einige der Voraussetzungen aufzuzeigen, bei denen ein "Wirbeln" auftreten kann, üigur 1 zeigt eine in dichtung eines Pfeiles 12 rotierende Welle 11» die mittels eines jjagers 13 gelagert ist, das eine gewölbte auflagerfläche 14 aufweist. Die Lagerfläche 14 kann - wie dies durch eine gestrichelte i,inie 16 dargestellt ist - völlig um die «eile 1t herumgeführt sein. Die Lagerfläche kann auch wie dies in j-igur 1 gezeigt ist - nur über einen winkel von 12ü um die ,«eile gefülirt sein. In beiden Fällen wird das "Wirbein" der welle in gleicher ",/eise erzeugt. Zur Veranschaulichung ist uer aurchschnittliche Unterschied der itadien der vifelle 1 ι unu uer i,agerfläehe 14 stark verzerrt dargestellt, unterschiede der ±t_adien der -Welle und der Lagerfläche von U, UOI bis u,OÖQ1 zoll sind üblich. Da diese itadien verschieden sind, wiru eine durch den Mittelpunkt einer üurvenbahn

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bzw. Krümmung-.-Τ.8-der "Lagerfläche 14 und durch eine Achse 19 der Welle 11 gezogene Linie 17 durch einen Abschnitt 21 laufen in dem die lichte Weite zwischen der «/eile und eier Lager fläche ein Minimum ist» jjei jttotation der welle 11 wird unter dem Einfluss der Oberflächenreibung das im Lager befindliche Gas (d.h. Luft.) in riotationsrichtung und zwar in einem konvergierenden &anal zum gereich 21 hin transportiert, so daß .die" Luft komprimiert wird und sich eine Trägerschicht bildet, die ein Aufliegen der Welle 1.1 auf der Lagerflache 14 verhindert. Die Richtung und Größe der auf die ,teile ■einwirkenden ±,uftdruckkräfte sind schematisch durch vektoren ^ 22 dargestellt, die ausgehena vom „ellenumfang zur V/ellen-' achse hin gerichtet sina. Wenn die bewegte, komprimierte iiuf-t-'in den .bereich 21 gelangt, divergiert der durch die Oberflächen der «i/elle und des Lagers begrenzte· Kanal und aie Luft beginnt sich auszudehnen, wodurch öaugkräfte bzw. ein unterdruck (dargestellt durch vektoren 23> auf die Welle einwirken, üur otabilisierung der rotierenden Welle 11 muß die resultierende u sämtlicher Vektoren 22, 23 in aer υ-röße gleich und in ihrem üichtungssinn entgegengesetzt zu einer Kraft L gerichtet sein, die z.u. aie durch Gravitationskräfte aui' die «ells ausgeübte Zentripetalkraft darstellt. Da die Kräfte 22,- 23 ungleichmäßig auf den jeweiligen weiten der jjinie 17 verteilt sind, versucht aie;-welle in eine Gleichgewichtslage k zu gelangen, in aer die Hittelpunktslinie 17 um einen als " Höhenwinkel bezeichneten Winkelt gegen eine aurch den punkt 18 verlaufende vertikale jjinie verschoben ist, so daß die jttesultierenäe λ zur jjast i, entgegengesetzt gerichtet ist. Auch die radiale Verschiebung der inellenachse 19 aus dem Mittelpunkt 18 heraus ist eine Funktion der Größe der Last L, da, wie leicht zu ersehen ist, die lichte weite zwischen aer welle und der Lagerfläche den auf die welle ausgeübten Luftdruck bestimmt, der wiederum die Größe der resultierenden η festlegt, die im uleichgewichtszustand die Last h ausgleicht. Wenn die einzelnen Elemente der Anordnung wohl ausgewogen und ausgeglichen sind und die Anordnung gegen äußere Erschütterungen \*und schwingungen vollkommen isoliert ist und darüberhinaus die Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle konstant ist, dann kann die V/eile 11 unbegrenzt lange mit der in der zeichnung

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, ■ dargestellten Stellung ihrer Achse 19 rotieren. Diese Vor- -aussetzungen sind jedoch normalerweise nicht gegeben. Bereits die geringste Störung genügt um die in Figur 2 gezeigte Wirbelbewegung auszulösen. Bei der Anordnung nach dieser Figur wax de angenommen, daß die Welle durch eine vorübergehende äußere Erschütterung, z,B. durch Beklopfen ihres obersten Bereiches, vertikal nach unten verschoben worden ist. Die zur äußeren Erschütterung führende Kraft wurde hierauf entfernt und die Welle ist gerade im Begriff infolge des durch die Verringerung der lichten Yfeite zwischen der Welle und der Lagerfläche erfolgenden Anstieges des Luft-. druckes nach oben zurückzuspringen. Nach der Abwärtsbewegung der Welle hat der Winkel oL zwischen der vertikalen und der Linie 17 abgenommen, wobei der Mittelpunkt der Druckkräfte 22, 25 im Uhrzeigersinn verschoben wurde. Mi-t anderen -Worten soll dies bedeuten, daß die Resultierende R des Luftdruckes an Größe zugenommen hat und - wie dies in der Zeichnung dargestellt ist - im Uhrzeigersinn verschoben worden ist. Die Resultierende (Vektor 26) aus den beiden Kräften R und L bewirkt somit, daß die Welle zurückspringt und zwar nicht in einer senkrechten sondern in einer in Bezug auf den Mittelpunkt der Krümmung 18 gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Richtung. Wenn sich die Welle 11 zu bewegen beginnt, dann nimmt der Winkel zu und die Kraft R und die Resultierende

26 schwingen gleichzeitig in Richtung gegen den Uhrzeigersinn um die Achse 19 der Welle, wodurch die Achse 19 einen durch einen Pfeil 27 angedeuteten Weg beschreibt» Bei einem durch den Kreisring 16 angedeuteten allseitig geschlossenen Lager kann der durch die Pfeile 27 angezeigte Weg den Mittelpunkt der Krümmung18 umschließen. Gegebenenfalls kann die

. Achse bei sorgfältigst abgestimmten Parametern und bei bestimmten Umdrehungsgeschwindigkeiten der Welle in eine stabile Lage zurückkehren. Normalerweise folgt jedoch der Weg

27 einer sich ausdehnenden Spirale, bis die Welle mit ihrer Oberfläche auf die Lager fläche 14- aufschlagt und das Lager samt Welle zerstört wird. Es darf angenommen werden, daß die zerstörende Kraft zwar nicht ausgeschaltet wird aber - soweit dies äußere Schwingungen oder mechanische Uhwuchten oder rotierenden Teile betrifft - um ein bestimmtes Maß reduzierbar

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ist. Die große Schwierigkeit ein Lager zu schaffen, das "bei sämtlichen auftretenden Betriebsbedingungen wieder in seinen stabilen Zustand zurückkehrt, führt zur fteschränkten Verwendbarkeit dieser Lager.

Das in Figur 3 und 4 dargestellte Fotienlager verdankt seine Stabilität zum Teil der Tatsache, daß sich die Lagerfläche 14 heben und wechseln der Lage der Wellenachse 19 flexibel anpassen kann. Zur Halterung der "welle 11 ist gernäß Figur 3 eine Folie 31 als Schlinge ausgebildet. Die Schlinge ist in den Bereichen ihrer Enden mit "jiräger= oder- Kahmenelementen 32 verbunden, die sich in gleichem Abstand von einer Mittel-

w linie 33 befinden. Bei Drehung der Welle weist die Folie 31 ein durch einen Winkel & angedeutetes Segment auf, das um einen entsprechenden UmfangsTbereich der Welle gewunden ist. Auf Grund der tragenden Luftschicht herrscht in diesem Abschnitt zwischen der.-Welle-und der Folie eine etwa konstante lichte -Weite." Der durch einen Veit or 36 angezeigte Luftdruck ist in diesem Abschnitt ebenfalls nahezu konstant. Beobachtungen haben gezeigt, daß im Sjngangsbereich, in dem die Luft zuerst komprimiert wird, die Folie 31 entsprechend eines sehr geringen erhöhten Druckes 38 eine geringe Erhebung 37 au^eist» Im Ausgangsbereich, in dem sich die Luft auszudehnen beginnt, weist die Folie auf Grund eines sehr geringen "ünterdruckes 42

^ eine umgekehrt gerichtete, leicht sinusförmige Erhebung 41 auf.

™ Diese sehr geringe Störung des Gleichgewichts der Druckkräfte . kann zu einer sehr kleinen Drehung einer Linie 43 führen, d-ie betrachtet in Drehrichtung.'der-Welle - den Jmhüllungswinkel θ halbiert. Darüberhinaus kann diese Störung des Gleichgewichts

'/ der Druckkräfte zu einer geringen Verschiebung der V/ellenachse 19 aus -der-Mittellinie 33 führen, wodurch die Resultierende ή der Druckkräfte gleich der Große der Last L und zu dieser entgegengesetzt ausgerichtet wird. Das im Bereich der Linie 43 herrschende Gleichgewicht der Kräfte und die Verschiebungen sind im Vergleich zu den gesamten Druckkräften wesentlich geringer als dies bei einem Lager nach Figur 1 der Fall ist. Im übrigen können in der Praxis diese in einem .Folienlager^^ auf-'tretenden Verschiebungen vernachlässigt werden. Selbst wenn man diese Verschiebungen in Rechnung setzt ist das Folienlager -«.r-en

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"Wirbeln" stabil-.

In Figur 4 ist ein dem in Figur 2 gezeigten Zustand analoger Zustand eines Lagers darstellt, wobei die Welle durch eine vorübergehende, äußere Störung scharf nach unten bewegt wird, ' so daß die lichte 'feite zwischen der Welle und der Folie ab-. nimmt- und die Druckkräfte 36 sehr stark ansteigen. Es kann dabei beobachtet werden, daß sich das Trägersegment der Folie, entsprechend einem 'frage r abschnitt mit geringfügig kleinerem Winkel Θ, einem neuen und kleineren Radius der Krümmung angepaßt hat, ohne daß die den WirJ:cl θ halbierende jjinie 45 gedreht worden ist. Die uruckungleichlieiten 38 und 42 nehmen dabei nur proportional mit den ausgeglichenen Drucken 36 zu, so daß die Resultierende R der Druckkräfte auch weiterhin unmittelbar nach oben und zwar entgegengesetzt zur Richtung der East L gerichtet ist. Die Resultierende R nimmt dann im Augenblick einen höheren v/ert ein als die Last L, Dies führt dazu, daß die welle 16 nach Entfernung der vorübergehenden störenden Kräfte unmittelbar nach oben wandert. Die Welle 16 wird nicht wie dies beim festen Lager nach Figur 2 der jjall ist - in. einem bestimmten ,»inrel zur Vertikalen kreisen, da nämlich die zum Wirbeln erforderliehen Voraussetzungen völlig fehlen, Ein ±<o- ~~ lienlager, wie es in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, führt zu einem nur in einer Richtung wirkenden 'Trägerei erne nt. TJm einen Rotor zu lagern werden insgesamt jeweils 3 trägerfoIiensegmente für zwei Lager benötigt. Entsprechende Ausführungen sind in den Figuren 5 bis 8 dargestellt. In Figur 5 ist eine Anordnung dargestellt, die sich für einen xurbinenrotor 51 und eine Welle 52 mit erheblicher blasse eignet, die in einem Gravitationsfeld der wirkung einer vertikalen Last ausgesetzt sind, die gleich dem Gewicht des uotors und der Welle ist und nach unten senkrecht zu deren Achse wirkt. Zwei Lager 53 und 54 sind dabei jeweils mit Volienlagern 5ö versehen. Die Lager 53 und 54 weisen Stabilisiei-ungsfolienlager 57 und 58 auf, die um etwa 12u° gegen die .rollenlager 56 verschoben sind, uer ümhüllungswinkel jeder Folie beträgt etxva 180°. Die Folienlager 56 weisen eine zur Stützung der vvellenlast und des Kotorgewiclits ausreiciiend große breite auf, üum Antrieb des Rotors 51 dient eine Pressluftdüse 59. Mit 61 ist ein jjagergehäuse bezeichnet, wenigstens das eine ji'nde jedes -. FoI lens tr el fens ist mit dem Gehäuse 61 fest verbunden.

Das andere Ende jedes i<Olienstreifens ist mittels einer Anordnung

BAD DRIÖINAl,

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62 aus einer einstellbaren und durch eine uegenmutter gesicherten spannschraube mit dem tiehäuse 61 verbunden. Drucklager der üblichen bauart sichern die nelle gegen verschieben in der durch einen Pfeil 63 angezeigten Längsrichtung.

uie Anordnung nach den figuren b bis b eignet sich inbesondere zur Stützung geringer Lasten, wie dies beispielsweise in einer Umgebung der ü'all ist, in der die Gravitationskräfte neutralisiert sind, ,jiese anordnung weist den Vorteil der üinfachrieit und geringer Anfangsdrehmomente auf. uie Anordnung besteht aus einem jttotor 71 und einer Welle 72, die mittels eines Paares endloser schleifenförmiger jjolienstreifen 7b und 77 in einem Gehäuse 73 angeordnet sind, jeder dieser .eolienstreifen ist mittels dreier, im gleichen Winkelabstand voneinander angeordneter Anordnungen 'Jd>, die aus durch uegenmuttern gesicherten einstellbaren Spannschrauben bestehen, mit dem uehäuse verbunden. Demzufolge weist jeder dieser ι οIienstreifen drei Segmente auf, die um entsprechende, durch den Winkel λ/ (siehe üigur 7) definierte umfangsbereiche der welle gewunden sind. Das Gehäuse 73 kann vollständig gasdicht verschlossen werden. Außer Luft kann auch ein anderes Gas, wie z.u. Argon verwendet werden.

juie aus i'Olienla.^er und einem Rotor bestehende Anordnung nach i'igur 5 bis ο kann gemäß Figur 8 als eine Kotormasse dargestellt werden, die durch drei gleicne, im ,/inkelabstand von jeweils 12ü° um den Rotor angeordnete federn gestützt ist. uie gesamte steifigkeit des Trägers kann ermittelt werden, wenn die steifigkeit jedes einzelnen x'rägerelementes bekannt ist. Zusätzlich zum iuaß der steifigkeit das zur bestimmung der Eigenfrequenz des Systems benötigt wird, müssen die minimale Schichtdicke des Schmierfilms, das Anfangsdrehmoment und die uetriebslast bekannt sein. Zur Veranschaulichung wird nachstehend eine jjageranorunung beschrieben, die zur Stützung eine Rotors von 10 lbs aew. dient, der bei 4ö.u00 U/Min in Argon arbeitet. Die Steifigkeit des in Figur 6 bis 8 gezeigten Lagers wird erhalten, wenn man die lOÜe und das Flüssigkeitslager als zwei in Serie geschaltete redern behandelt. Die Federdaten der ü'olie. können wie roIgt aus einfachen geometrischen Überlegungen abgeleitet weruen:

k_F ■ £ - 2bta sin ² | 109887/0329

if = die uurcii aie üolie auf die Welle ausgeübte Zentripetalkraft

-t = resultierende verschiebung b = Folienbreite t = jioliendicke ji' = Elastizitätsmodul der Folie 1 = Folienlänge ö = Umhüllungswinkel.

φ Me Steifigkeit des Flüssigkeitslagers wird durch differentiation des Ausdruckes erhalten, der die Jjlüssigkeitsschichtdicke h als runktion der Fo Ii en spannung x_ wiedergibt, dieser Ausdruck wurde aus der vorgenannten jjiteraturstelle mit der Annahme abgeleitet, daß der opalt innerhalb des Ji'olienbereiches konstant ist. oein wert beträgt:

h = 1,4 r fbjtül ²^

U = i'angentialgeschwindigkeit der i<elle r = Hadius der iVelle Μ? = jioeffizient der viskosität des Gases

Für die gezeigte anordnung beträgt χ = a/ (2 sin θ/2). Die Lösung für α ergibt:

_aln β

Die bteirigkeit wird aurch Differentiation erhalten:

fh)5/2 ^l 2

Die gesamte steifigkeit jeder jjolie beträgt:

= -^ _β ^ S'² γ u sin^ ₍₄₎

fh)52 ^l 2

B Die oteifigkeit des gesamten, aus 3 J)OIien bestehenden ϊχάζ·χ.

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r = 2	Zoll
b = 2	Zoll
t = O	,005 Zoll
1 = 1	Zoll
θ = 1	0°

systems wird durch Ermittlung der Steifigkeit dreier im gleichen Abstand voneinander angeordneter Federn erhalten, oder aus

K = 1,5 K_T (6)

Bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lagers wiesen die einzelnen Lagerelemente die folgenden Abmessungen bzw. Werte auf:

^ Wellenradius Folienbreite Foliendicke

^ Folienlänge

™ . Umhüllungswinkel

Elastizitätsmodul der Folie

E = (30) (10 ) lbs/Zoll

Der Spalt h beträgt hierbei 0,001 Zoll. Setzt man diese »/erte in die Gleichung (1) bzw. (4) ein, so erhält man die Steifigkeit der Folie bzw. des Lagers. Sie beträgt für die Folie

K_F = (0,455) (10⁴) lbs/Zoll

und für das Lager

K_B = (0,172) (10⁴) lbs/Zoll

Die gesamte Steifigkeit beträgt gemäß Gleichung (6)

I 4

' K = (0,187) (10 ) lbs/Zoll

Zur Schaffung einer Torsionsbeschränkung, die zu einer Gesamtsteif igkeit von (0,374) (10 ) lbs/Zoll führt, sind zwei Folienlager erforderlich. Folglich wird unter dem Einfluss einer Gravitationskraft von z.B. 1 "g" der Mittelpunkt des Rotors, der ein Gewicht von M = 10 lbs aufweist, in Bezug auf das Gehäuse um 0,0027 Zoll ausgelenkt. In einer schwerelosen, d.h. von Gravitationskräften freien Umgebung, rühren die gesamten Zentripetalkräfte, denen der Rotor unterworfen ist, von kleinen Besohleunigungskräften her. Diese Beschleunigungskräfte können bei Bewegung des Lagergehäuses auftreten oder auch auf Unwuchten des Rotors zurückzuführen sein. Die Summe dieser Kräfte . überschreitet normalerweise nioat den Wert von 1 g odtr 366 1C9867/0329

Zoll/sec , was für das gezeigte Folienlager in entsprechender Weise zutrifft. Bei dieser Steifigkeit beträgt die Eigenfrequenz:

₁ ρ - ,

W_n = 1 ψ K = 1 Y(O,574) (10 Ί (586)=61 Pfund/Zoll Ii I ^Tn · * I /

Diese Frequenz liegt erheblich unterhalb der Betriebsdrehzahl der ,/eile von 48.000 U/Min. Der Rotor bedarf daher einer Beschleunigung durch die erste Art. Da diese Eigenfrequenz verhältnismäßig niedrig ist. erfolgt die Beschleunigung ohne eine Beschädigung des Rotors und des Lagers. Durch üruckeffekte wie sie in der flüssigen bzw. gasförmigen Lagerschicht des Lagers auftreten und einer Hysteresis in den Folien wird eine gewisse ™ Dämpfung geschaffen. Zur Schaffung einer zusätzlichen Dämpfung kann als flexibler rräger eine sogenannte Sandwichanordnung verwendet v/erden, wobei eine die Energie absorbierende Komponente zwischen zwei Folien angeordnet ist.

Bei fehlender äußerer Belastung wird die durch die Folie auf den Rotor ausgeübte Kraft durch die Gleichung (3) oder

F = 1,15 lbs

wiedergegeben. Diese Größe stellt eine auf die Folien wirkende sogenannte "Vorlast" dar. Die Spannung der Folie beträgt dementsprechend

T = 6,6 lbs. f

Die Dehnung der Folie beträgt 6,6/ (2) (0,005; = ööu Pfund/ Zoll _f was für Stahl sehr gering ist. Bei einer Belastung von 1 g kann die Kraft bis auf den Wert von 5 lbs ansteigen, was zu einer noch beherrschbaren Spannung von 2890 Pfund/Zoll² führt. Das Anfangsdrehmoment wird erhalten_r wenn man davon ausgent, daß die Folie vor Bildung dee Lagerfilms einem um einen Zylinder geschlungenen Gürtel entspricht, für welchen die Spannungsdifferenz wie folgt ist:

joool A = Reibungskoeffizient.

BAD OfilQi_NAL

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V/eiterhin hat Gleichgewicht zu herrschen bzw. es muß (T₁ + T) sin Θ/2 = F (8)

sein, uei fehlender äußerer belastung ist F gleich der vorlast. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt ß> = 0,4. Für die Gleichungen (7) und (8) ergibt sich:

■i· = 6,36 lbs
i· = 6,84 lbs

Das Anfangsurehnioment für sämtliche 6 folien beträgt:

(6) (T₂-T₁) r = 5,75 Zoll/lbs.

Das Betriebsdrehmoment ist gleich der in rollenlager auftretenden viskosen beanspruchung (viscous shear) und beträgt für 6 Lager:

(6) U ^r 1 QA = 0,277 Zoll/lbs

h t

Dies entspricht einer ±,e istung von 158 watt, dieses Beispiel zeigt, daß ein jolienlager für einen uotor eine angemessene Steifigkeit und niedrige leistung aufweist und frei von selbsterregtem ,Wirbeln ist. uie .Flexibilität des trägers bietet v/eitere Vorteile. Sie gestattet es z.B., daß die Folie dem Umriss des uotors folgt, wodurch nur geringe .uearbeitungstoleranzen für den :;otor erforderlich sind und. die Folie sich mit dem Rotor ausdehnen kann, wenn sich dessen abmessungen auf ^rund von Zientrifu~alkräiten uiiu. einer thermischen Ausdehnung ändern. Bei Lagern mit starren Oberflächen können diese Abweichungen bei hohen Drehzahlen zu uerüiirungen zwischen den uagerelemeiiten und damit zu Lagerschäden führen. Die Behebung dieser Ursachen für .uagerschäden stellt einen v/eiteren vorteil des erfindungsgemäßen Lagers dar, was ebenfalls zu einer Erhöhung der Betriebssicherheit des imagers fönrt.

jjie erfindungsgemäßen .folienlager sind nicht nur für die vorbeschriebenen Anwendungsgebiete geeignet, in all den fällen, in .denen bislang .!flüssigkeits= und insbesondere uaslager verwendet worden sind, können diese durch die erfindungsgemäßen Lager ersetzt werden, beispielsweise eignen sich diese i,ager für Gaskomviressoren hoher Geschwindigkeit, welche das Arbeitsmedium

10 9 8 8 7/0329 Bau

als jchmierinittel verwenden, für rotierende optische Ein-'richtungen, bei denen sich ein migellagergeräusch bemerkbar machen würde, für rotierende magnetische Aufzeichnungsund i/iedergabeeinrichtungen bei denen sich das i.ugellagergerausch ebenfalls störend bemerkbar machen würde und für Zentrifugen holier aescuwindigkeit, die durch ^bnutzungsersciieinungen der kugellager und dgl. in ihrer Wirkungsweise beschränkt sind.

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Claims (1)

1. Patentaaa.rüohe ι

   1.) V/ellonla^er, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, vorzugsweise wenigstens drei ifolieneegraente (35,37,58) um ent sprechende, im gleichen ,vinkelabstand voneinander angeordnete Um fun^ abereiche einer «eile (52) angeordnet Bind, daß die Segmente mit ihren tÄden rait einem ^rii^er « oder Kahneneleraent (61) fest verbunden Bind und daß die Folicneeniente wenigstens wührend der urehung der teile gespannt sind.

   2.) Welenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus flexiblem Material gefertigte Fo'ie wenigstens drei um enter rechende, gleiche Länge aufweisende Umfongsboreiche einer v/elle (72) gewundene begnente (76 bzw.77) aufweist, da3 diese Utafungsbereiche in einer gemeinsamen und aur «vellonachse senkrecht gerichteten Kbene liegen und daß die Enden benachbarter Segmente miteinander und mit dem ττϋ^οτ (73) verbunden sind.

   3.) \Vellenla:er nach einem der nnsi>rüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, duß zwischen jedem Paar von benachbarten aegmenten (76 bzw. 77) und dta Xrager (73) eine Einrichtung (73) 8um 3parnieii der Folie vorgesehen ist.

   4.) rellenlj.ger naoh einem der vorheriiehenden Ληο^ rliche, dadurch gekennzeichnet, daß ein i'rliger (GI) und wenigstens drei flexible Folienelemente (56,5 Γι58) vorgesehen sind, die etwa jeweils über einen Winkelbereioh von ca 180° um entsprechende ümfmxgsber iche der «eile (52) gewundene Segmente aufweisen, daß die Mittelpunkte dieser Umfangaberelohe in gleiohe:i Abstand voneinander angeordnet sind und in senkrecht aur *vt Llenuohse angeordneten verschiedenen übe· nen liegen und duß dl· finden dieser se_c;nente mit dem .rager verbunden sind.

   5·) Wellenlaijer nach einem der vorhergehenden Anspruch·, daduroh gekenn&eiohnet, daß tin Triiger (61) und wenigstens drei flexible Folien (56,57,5B) vorgesehen sind, die Je-

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   BAD ORiQHNAL

   welle ein mlndeetene teilweise um einen bestimmten Umfanßsbereich der weite (52) gewundenes ae&ment auf· weisen, dafl die Mittelpunkte dieser umfangsberelehe in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind, dafl jode dieser Folien zwei i'eile aufweist» die vea jeweiligen segment abstehen und daß diese Welle alt de« verbunden sind·

   6.) Wellenlager nach .ine ruoh 5» dadurch sekennsoielinet» daß zur Anordnung der Welle (52) in einer beetlmmten rotation·· freien Lage (die Folien 56,57*58) gespannt sind.

   7.) 'Vellenlaßer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dafl Je welle (52) wenigstens snrel axial voneinander getrennt· Lager (33,54) vorgesehen β Ind.

   L',) »ellenluger nach einen der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gokenoselchnet, daß ein ιrager (61) und wenige· tens drei flexible rollen (56,57,56) vorgesehen sind, die jeweils ein mindestens teilweise um einen bestimmten Unf:~n&8boreioh der «teile (52) gewundenes segment aufweisen, daß die uittelpunkte dieser Umfungebereiohe la gleiche« Abstand voneinander angeordnet sind, daß jede dieser Fellen zwei i'eile aufweist, die vom jeweiligen Segment ab· stellen, daß eines dieser i'elle wenigstens einer Fo ie und beide abstehenden roll· der übrigen Folien alt da« Tr'a&er verbunden sind und daß «wischen den ΐrager und des anderen der abstehenden feile der wenigstens einen Folie eine Spannvorrichtung (62) angeordnet ist.

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