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1. Pendellängslager für höchste Drehzahlen, bei dem ein tragender
Schmierdruck hydrodynamisch in keilförmigen Spalten zwischen Gleitflächen erzeugt
wird, die von den Oberflächen einer Kalotte und einer in diese eingepaßten kugeligen
Kuppe gebildet werden, wobei in der Kalotte eine zentrale Bohrung und radiale Schlitze
zur Einführung des Schmiermittels vorgesehen sind und die tragende Lagerfläche durch
diese Schlitze in federnde Kalottensektoren unterteilt ist, d a d u r c h g e k
c n n z e i c h n e t, daß die Kalotte (3) zeniral auf einer federnden plattenförmigen
Unterlage (Platte 4) von größerem Außendurchmesser festgelegt ist und daß sich die
Schlitze (9, 10, 11) über den äußeren Umfang der Kalotte hinaus in die Unterlage
erstrecken und in größere Aussparungen (13, 14, 15) einmünden.
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2. Pendellängslager nach Anspruch 1, dadurch gel@dn:izeichnet, daß
die Aussparungen (13, 14, 15) als runde öffnungen in der Unterlage (Platte 4) ausgebildet
sind und daß die Schlitze (9, 10, P1.) tangential in diese öffnungen einmünden.
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3. Pendellängslager nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine
die Durchfederung der Kalottensektoren (16, 17, 18) begrenzende nachsteälbare Stützvorrichtung,
z. B. eine Mikrometerschraube. Die Erfindung bezieht sich auf ein Pendellängslagcr
für höchste Drehzahlen, bei dem ein tragender Schmierdruck hydrodynamisch in keilförmigen
Spalten zwischen Gleitflächen erzeugt wird, die von den Oaverilächen einer Kalotte
und einer in diese eingepaßten kugeligen Kuppe gebildet werden, wobei in der Kalotte
eine zentrale Bohrung und radiale Schlitze zur Einführung des Schmiermittels vorgesehen
sind und die tragende Lagerfläche durch diese Schlitze in federnde Kalottensektoren
unterteilt ist.
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D--rartige Lager für um eine vertikale Achse umlaufende Rotoren, z.
B. von Ultra-Zentrifugen, müssen die gesamte Lagerlast aufnehmen und sind bezüglich
ihrer Tragfähigkeit hohen Belastungen ausgesetzt. Lagerstörungen infolge Aufreißens
des Schmierfilms zwischen den gegenemanderlaufenden Flächen sind unerwünscht und
haben eine Verkürzung cl-2r Lebensdauer des Lagers zur Folge.
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Erfahrungsgemäß genügt es nicht, daß diese Lager in einem ölbad laufen,
um eine stetige und ausreichende Versorgung mit Schmiermitteln zu gewährieis`en.
Man ist daher bestrebt, den Schmiermittelumlauf zwischen den Gleitflächen, z. B.
in einem Sockel, der die sphärische Ausnehmung für die kugelförmige Kuppe enthält,
unter Kontrolle zu bringen und zu beeinflussen. Da dieser Schmiermittelumlauf bei
genätiem Ineinanderpassen von Kugelkuppe und Kalotte unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte
von unten nach oben verläuft und hierbei der Schmiermittelfilm erfahrungsgemäß sehr
dünn ist, so daß er leicht aufreißt, hat man schon vorgesehen, diesen Sockel mit
Schmiarnuten zu versehen, welche von der Meridianrichtung abweichen, aber doch im
Pol der sphärischen Ausnehmuna zusammenlaufen. Man hat versucht, auf diese Weise
einen Schmiermittelumlauf von oben nach unten und einen stärkeren Schmierfilm von
praktisch gleichbleibender Dicke zwischen den gegeneinanderlaufenden Flächen zu
erzeugen. Im Zuge dieser Maßnahmen ist weiterhin vorgesehen worden, die sphärische
Ausnehmung relativ geräumig anzulegen, damit sich auch hierdurch ein Schmierspalt
von ausreichender Dicke ausbilden kann. Diese Maßnahmen führen zu großem Lagerspiel,
was bei schnellaufenden Rotoren nicht tragbar ist, weil es wiederum andere unerwünschte
Störungen verursachen kann. Es ist im übrigen bekannt, daß ein Schmierfilm von praktisch
gleichbleibender Dicke nur mäßige Tragfähigkeit besitzt und daher nur bedingt erstrebenwert
ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Pendellängslager der eingangs genannten
Art so auszubilden, daß sich ein zuverlässig tragender, nichtaufreißender Schmierfilm
zwischen den gegeneinander mit großer Gleitgeschwindigkeit bewegten Flächen bildet
und erhalten bleibt, so daß die Tragfähigkeit des Lagers gegenüber derjenigen der
bisher bekannten Lager verbessert und seine Lebensdauer erhöht wird. Mit Rücksicht
auf die langen Anlaufzeiten schnellaufender Rotoren - bei Ultra-Zentrifugen z. B.
vergehen etwa anderthalb Stunden, bis die Betriebsdrehzahl erreicht ist -ist es
ferner Aufgabe der Erfindung, die Dauer der Mischreibung zu verkürzen und damit
den Abrieb klein zu halten. Eine optimale Schwimmreibung soll sich bereits lange
Zeit vor Erreichen der Betriebsdrehzahl einstellen.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung darin zu sehen,
daß die Kalotte zentral auf . einer federnden plattenförmigen Unterlage von größerem
Außendurchmesser festgelegt ist und daß sich die Schlitze über den äußeren Umfang
der Kalotte hinaus in die Unterlage erstrecken und in größere Aussparungen einmünden.
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Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, däß ein verläßlich
tragender Schmierdruck stets in einem sich verengenden keilförmigen Spalt zwischen
den Gleitflächen ausgebildet wird. Ein Spalt gleichbleibender Stärke dagegen ist
in den besonders gefährdeten Zonen des Lagers unerwünscht, da sich dann der erforderliche
Schmierdruck nicht einstellen kann.
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Bei dem erfindungsgemäß ausgestalteten Lager erfolgt die Schmiermittelzuführung
durch Radialspalte in der Kalottenwand. Infolge der Federeigenschaften der gespaltenen
Kalottenwand und der Rotation der kugeligen Kuppe drängt sich das Schmieröl zwischen
die Gleitflächen und bildet auf jedem Sektor einen kräftigen keilförmigen Schmierfilm.
Da die innere Reibung im Schmiermittel gering ist und der Schmierkeile sich durch
die auflaufenden Gleitflächen in stetem Aufbau befinden, kann sich auch kein schädlicher
Temperaturanstieg an den Lagerflächen einstellen, und die Energieverluste bleiben
daher gering.
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Man hat zwar schon vorgesehen, bei einem Längslager mit kippbaren
Lagersektoren zur Aufnahme der Lagerlast die einzelnen Sektoren in einer solchen
Querschnittsbemessung auszugestalten, daß sie sich unter der Betriebslast nur im
Sinne eines in jeder Zone radialer Erstreckung gleichbleibenden Schmierspaltes verformen.
Hierbei sind die Sektoren aus einem Ring herausgearbeitet, und eine Schmierkeilbildung
wird durch unter öldruckbelastung erfolgendes federndes Abkippen der einzelnen Sektoren
bewirkt.
Diese Lagerausgestaltung ist sehr aufwendig und im übrigen
für Pendellängslager der eingangs genannten Art völlig ungeeignet.
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Es ist nämlich zu berücksichtigen, daß die hohe Umfangsgeschwindigkeit
der Rotorteile und die damit verbundenen, unerwünscht großen Zentrifu`ualkräfte
zu äußerst kleiner Ausgestaltung des Lagers gemäß der Erfindung, z. B. zu einem
Kalottendurchmesser von etwa 3 Millimeter, zwingen. Verständlicherweise ist die
exakte Trennung und sonstige Bearbeitung von Werkstücken dieser Größenordnung schwierig
und erfordert besondere Arbeitsmethoden.
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Das Nlaß der federnden Verformung der Unterlage und die Lage der Kippachsen
der Sektoren sind durch Größe. Form und Anzahl der Aussparungen in der Unterla,e
bestimmbar. Gemäß der Erfindung können diese Aussparungen als runde Öffnungen in
der Unterlage ausgebildet sein, in welche die Schlitze tane_>ential einmünden.
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Es ist daher in vorteilhafter Weise mö-lich, die Tr a(.;fä higkeit
eines Lagers nach der Erfindung entsprechend dem Gewicht des zu lagernden Teiles
zu bemessen, indem die Aussparungen in angemessener Gr.@ße lind Form angelegt werden.
Da hierdurch auch die Biegeachse der Sektoren bestimmbar ist. :wird es in manc.-#en
-Fällen zweckmäßig sein, statt der bevorzu,ten Kreisform für die Aussparun::en eine
andere geometrische Form zu wählen oder die Lage der @;cizIitzförmi@@en Trennlinien
zu variieren.
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Die Schlitze haben einen ;eineinsamen AusgangspilnkL welcher init
dem Mittelpunkt der Kalottenflächz zusammenfällt. Dieser ist der Pol der Kalotte
L,nd bildci. den tiefsten Punkt der Lagerung der verti-':i<leii ROtorachse.
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Mittels einer die Durchfederung der einzelnen Kalottensektoren begrenzenden
nachstellbaren StützvorriclittinG, z. B. einer Mikrometerschraube. kann die Stinke
der keiiförmi,en Schmierspalte erfindungs,e-::-::iß beeinflußt werden. Eine Nachstellung
der Stützist auch Geeignet, den bei längerer @aufzeit unvermeidlichen Abrieb an
den "e,ereinander br,#veVTten Lagerflächen auszugleichen.
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£n der nachfelgend beschriebenen Zeichnung ist die E_:indung an Tand
eines Ausführtingsbeispieles erläutert. Es zeigt F i G. 1 in schematischer Darstellung
ein Pendel-n z s la-er im Schnitt.
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i= i s,.@2 eine Draufsicht auf das Lader nach F i s,. 1 bei @b,eivobener
@-.u,ellcLlppe, F i #.,. 3 in sclir:@;er Draufsicht eine schematische
' yllur_ i"I`:T# ] n
D arste eines Sektors ,t#r und des da-"ei Yl7
ües. , =# 1 e..s V autti,etcncon hippwinkeIs.
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F i . .@ d:e Sc'.imierheii@uestaItting am abgewickel-W a @.@c,@ottcnumfi:n@u
Das `;ezei@ate a usiiilirun--sbeispiel stellt ein Lager iii: enen ;ich) Lll.i "üle
vertikale Aclise a schnell dreen Rotor dar. Es _sind nur dic?eni`,en Teile _"edie
zum icr5«#,'ldn1S der Erfindung- notwendig alüi=:. -Das Las,;;: ^est,ait im wesentlichen
aus einer i;u`ae-'igei) Kuppe; 1 :reit =i nein stielartigen Fortsatz .2. alt .@c:eaienl
#:n i,:ea,1 aal'#@@Stc11Ct', C@Stc11Ct',C :#OCOC 1) eie:st.-t ist.
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iie lLiil)pe -#ii7L :il einer 1\ill;)tteiltüllrLlng3. welcae :1Lirclieine
1-lartlöt@-erhindLing 7 im Zeaiirum ;:iner edernden Platte fc@agcle:gt ist. Diese
Lagerung ue-#a"ittet dem mit dein stielartiaen Fortsatz ?. fier 1LLippe i fest verbundeneli
Rotor außer der Rotation, die in Pfeilrichtunc erfohut, auch TaLlmelbewegun`aen.
Der verstärkte Rand 5 der federnden Platte 4 ist an der Wandung 6 eines ölgefüllten
Gefäßes befestigt. Von einer in Achsrichtung a angelegten ZentrumsbohrunG 8 in der
Kalotte 3 ausgehend, sind in radialer Richtung Schlitze 9,10,11 in einem Winkelabstand
von 120'' angelegt (F i g. 2). Diese durchtrennen den Kalottenrand 12 und erstrecken
sich bis in die Platte 4. Hier münden sie tanaential in kreisförmige Aussparungen
13, 14, 15 in der Ebene der Platte 4 ein. Durch diese Aussparungen. ihre Ausmaße
und Umrißformen in der ringförmigen Platte 4 wird die Federkraft der Sektoren 16,
17 und 18 bestimmt. Die im Beispiel gezeigte Form und Anzahl der Aussparungen und
der Schlitze kann den jeweiligen Gegebenheiten angepaßt und entsprechend variiert
werden.
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Bei Belastung des Lagers in Pfeilrichtung b können sich dank dieser
Aussparungen die Sektoren 16, 17, 18 durchbiegen, wobei sich zwischen der in der
Kalotte rotierenden Fläche 19 der kugeligen Kuppe 1 und der Oberfläche 20 der Kalotte
Schmierkeile ausbilden.
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An Hand der F i - . 3 und 4- ist dies zeichnerisch dargestellt.
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F i g. 3 zeigt in schräger Draufsicht einen bei Betriebsbelastung
um die Achse rd gekippten Sektor. Dieser ist megenüber der unbelasteter. Fläche
um den Winkel 1 Gekippt. Der hierdurch entstehende Spalt S ist an der der in Pfeilrichtung
auflaufenden, zeichnerisch nicht dargestellten Kugelkuppe zugekehrten Seite 23 am
stärksten. Er vermindert sich keilförmig, bis e; am Punkt 24 -das ist derjenige
Punkt des zu¢el.öriaen Kreisbo-ens, der von der Kippachse d die kürzeste Entfernune
hat - sein ?.Minimum wrreicht. Von hier an wird er in Richtung zur Sektorseite 35
wieder etwas stärker.
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In F i g. 4 ist die keilförmige Gestaltung des Schmierspaltes S an
dem abgewick,-lt dargestellten Kalottenumfang gezeigt. Ein auf der alet;.enfläche
gelagerter Körper Gleitet in Pfeilrichtung mit der Ge-Sciwindi2keit vll. An den
drei Sektoren 16, 17 und 118 "erlaufen die Schmierkeile in der ??eichen Art.
wie bereits oben erläutert, d. h., an den Punkten 23', 23" und 23"' haben sie die
stärkste Abmessung, ne!!-men bis zu den Punkten 24.'. 2-." und 24"' ab und werden
anschließend bis zur Erreichung der Sektoreaden 25'. 25" und 25"' wieder etwas stärker.
Die Be-renzun2 der Schmierspalte folgt einer Kurve; einer im Svstem an=geregten
harmonischen Schwin--un-. Die eingetragene KLir%c ist dem Sektor 16 zu-@Jehöri2.
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- Die@durch die hvdrodvnamische T ra@@f:ihls,kelt uecrenzte Flächenpresslin,
kann durch) 4eringerun@g der IL ntenpressunG :::höht werden. So läßt sich
z. B. bei zier Herstellung des L:i:.7ers durch -\7ors-)ani,:in`a desselben
in Richtung des Pfeiles c mitt,,Is einer nicat gezcichnetjn hlikrometerschraube
und Va chlänpcis der Oberfläche 20 in der Valotte 3 eine AnfasL!L:@, des Cieiniaufkanten
bei t), 10 Lind 11 arid ein 7-LiS,>itz''..ichL:r Schmierkeil 21 t F i ur 1 #, 'Konzentrisch
zur zentraten Bohrung 8 ante!-,en. der fluch bei ruaendeni La_-er bestehenbleibt.
Beim Anlauf des Rotors stellt flies eleal :-#,tls2TanaszuSCür.d für d!e Ausbildunu
e2ine5 traae:icen Schmierkeiles dar.
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<all,: T eile der Beschreibun u und dien L.;.iel@nun@@. die die
Erlä uterung des Inhaltes der Patcntan-,#prÜche hinausgehen, sind nicht Ge-enstand
der ErindunL_.