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Vorrichtung zur Erzeugung einer Auftriebskraft mittels eines Drucksluides
Die Erfindung bezieht sich auf neue Anordnungen, mit welchen es möglich ist, Vorrichtungen
zur Erzeugung einer Auftriebskraft mittels eines Fluidfilmes zu verwirklichen, z.B.
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insbesondere Gleitbahnen und Lager, mögen dabei die verwendeten Fluide
kompressibel sein oder nicht.
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Die Erzeugung einer Auftriebskraft oder Schwimmkraft mittels eines
Fluidfilmes - eine Maßnahme, die an sich bekannt ist - besteht darin, daß man zwischen
zwei Elemente oder Teile ein unter Druck stehenes Fluid einführt, wobei darüber
hinaus eine Verengung oder Drosselstelle in der Versorgungsleitung angeordnet sein
kann, welche den Film mit einer Druckfluidquelle verbindet.
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man hat indessen festgestellt, daß es vorteilhaft ist, diese Verengung
oder Drosselstelle so nabe wie nur möglich an den Film heranzuführen und gleichzeitig
auch das Volumen dieses
Filmes auf ein Maximum herabzusetzen. Diese
Grundsätze müssen sämtlich beachtet werden, um einen genauen Auftrieb oder eine
genaue Schwimmkraft zu erhalten, namentlich dann, wenn ein kompressiples Fluid verwendet
wird.
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Darüber hinaus besitzt eine einen Auftrieb erzeugende Vorrichtung
im allgemeinen mehrere Weise, welche theoretisch identisch sein müssen, während
die genaue instellung der entsprechenden Verengungen oder Drosselstellen dieses
Kreises nur schwer zu verwirklichen ist.
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Es erscheint daher notwendig, eine neue Vorrichtung zur Erzeugung
einer Auftriebskraft vorzuschlagen, welche neben einer sehr nahen Anordnung der
Verengung oder Drosselstelle gegenüber dem Fluidfilm eine sehr einfache Regelungsmöglichkeit
dieser Drosselstelle oder Verengung hat.
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Die Erfindung schlägt eine derartige Vorrichtung zur Erzeugung einer
Auftriebskraft oder Schwimmkraft vor, welche auf einen Körper einwirkt, der auf
einem Aufbau angeordnet ist.
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Diese Auftriebskraft wird zumindest mit e i n e m Druckfluidfilm erzeugt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt ne das Druckfluid transportierende Versorgungsleitung,
welche diesen Film mit einer Druckfluidquelle verbindet, während auf dieser Leitung
bzw. in dieser Leitung eine Verengung oder Drosselstelle angeordnet ist.
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Die Anordnung besteht aus einem eine Aussparung aufweisenden Hauptgestell
oder Hauptgehäuse und einem Vaterteil, welcher in diese Aussparung eingesetzt ist
und von einer Vaterfläche begrenzt wird, welche zumindest teilweise der die Aussparung
begrenzenden Mutterfläche entspricht. Diese Vaterfläche des Elementes wird durch
eine Wand gebildet, welche gegenüber der auf die Mittelzone des Filmes stehende
Vertikale zumindest teilweise geneigt ist, während das Vaterelement an das Hauptgestell
oder das Hauptgehäuse des Aufbaues über eine Verbindung zur Regelung des Elementes
relativ zu dem Hauptgestell oder
Hauptgehäuse angekoppelt ist, und
zwar in einer Richtung, welche im wesentlichen senkrecht zu der Mittelzone des Fluidfilmes
steht. Die Verengung oder Drosselstelle wird also von demjenigen Raum gebildet,
welcher zwischen dieser geneigten Wand des Elementes und dem Hauptgestell oder Hauptgehäuse
des Aufbaues liegt.
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Nach einer ersten, vorteilhaften Ausführungsform besteht die Verbindung,
welche den Vaterteil an das Hauptgestell oder Hauptgehäuse anschließt, aus einer
runden Scheibe, deren Dicke so gewählt ist, daß diese Scheibe zwischen der im wesentlichen
parallel zu der Mittelzone des Filmes liegenden Rückseite dieses Vaterteiles und
der Rückseite der Aussparung liegt, wobei ferner ein an sich bekanntes Verbindungsmittel
vorgesehen ist, welches den Vaterteil, die runde Scheibe bestimmter Dicke und das
Hauptgestell oder Hauptgehäuse miteinander verbindet.
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Nach einer zweiten Ausführungsform ist die Ausbildung der Regelverbindung
dem Wert der Dicke des Pluidfilmes angepaßt und untorgeordnet.
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Diese Verbindung wird deshalb häufig als elastische Eiembran ausgebildet,
welche mit dem Hauptgestell oder IIauptgehäuse verbunden ist und deren eine Fläche
mit dem Vaterteil eine Einheit bildet, während die Wirkung der elastischen Membran
auf diesen Vaterteil entgegenwirkend derjenigen der Veränderung des Druckes des
Fluidfilmes ist.
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Darüber hinaus kann der Vaterteil - welcher eine erste, gegenüber
dem Fluidfilm angeordnete und eine zweite Fläche besitzt, welche der ersten Fläche
gegenüberliegt - so ausgebildet sein, daß die vorerwähnte zweite Fläche zusammen
mit dem Hauptgestell oder Hauptgehäuse eine Nammer begrenzt, während der Vaterteil
in dem Nauptgestell oder Hauptgehäuse mittels an sich bekannter Führungsmittel geführt
ist. Dabei verbindet eine Verbindungsleitung diese Kammer mit dem Fluidfilm, wobei
eine zweite Verengung oder Drosselstelle in dieser Verbindungs
leitung
vorgesehen ist.
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jach einer vorteilhaften Verwirklichungsform, bei welcher der Körper
zwei unterschiedliche, im wesentlichen parallele Wände besitzt, gegenüber welchen
ein Fluidfilm angeordnet ist, ist ein einziger Vaterteil an das Hauptgestell oder
Hauptgehäuse angeschlossen.
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Schließlich wird des öfteren bevorzugt, sowohl den Vaterteil als
auch die Aussparung mittels einer kegelestumpfförmigen Fläche zu begrenzen, deren
Drehachse im wesentlichen parallel zu derjenigen vertikalen bbene steht, die senkrecht
zu der im wesentlichen ebenen Fläche des Filmes liegt.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand
der Zeichnung noch etwas näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen die Figuren 1 bis 7 senkrechte Schnitte durch
verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung einer
Auftriebskraft.
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Wie aus Fig. 1 der Zeichnung ersichtlich, wird ein Körper 1 auf einem
Aufbau 2 mittels eines Filmes 3 eines Druckfluides abgestützt. Zu diesem Zwecke
verbindet eine Leitung 4 die Druckseite einer Flüssigkeitspumpe 5, welche mit einem
Druckregler 26 ausgerüstet ist, mit dem irilm 3. Die Saugseite der Pumpe 5 steht
über die Leitung 6 mit einem Druckmittelbehälter 7 in Verbindung. Man erkeiint sehr
leicht, daß, wenn - wie bei der Ausführungsform nach der Zeichnung - das Fluid ein
hydraulisches Druckmittel und somit inkompressibel ist, die Vorrichtung selbstverständlich
auch mit einem kompressiblen Fluid, z.B. mit Druckluft, arbeiten würde. In diesem
letzteren Falle würde als Ersatz der Pumpe 5 ein Kompressor vorgesehen werden.
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Der Der Aufbau 2 besitzt ein Hauptgestell 8 oder @auptgehäuse, welches
eine Aussparung 9 eingearbeitet ist. Im Inneren dieser Aussparung 9 ist ein Vaterteil
10 angeordnet, welcher
von der Wand 11, einer dem Fluidfilm 3 gegenüberliegenden
Fläche 12 und einer Fläche 13 begrenzt wird, welche mit Bezug auf: eine Zone 3a
im wesentlichen zu dem Film 3 eben liegt. Ganz allgemein gesprochen ist die Mittelzone
3a des Filmes 3 entsprechend der zu erfüllenden Funktion ausgebildet und kann beispielsweise
eben, zylindrisch oder kugelförmig sein. Man erkennt, daß die Wände 11 gegenüber
der Vertikalen 1-4 geneigt sind, wobei diese Vertikale 14 senkrecht zu der Zone
3a des Filmes 3 steht. Darüber hinaus sind die Wände 11 die den Vaterteil 10 begrenzenden
Flächen, welche im wesentlichen den Flächen der Aussparung 9 gegenüberliegen.
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Mit 15 ist eine runde Scheibe bestimmter Dicke bezeichnet, welche
zwischen der Fläche 12 des Teiles 10 und der Rückseite 16 der Aussparung 9 liegt,
während eine Schraube 17 das Element 10 und die runde Scheibe 15 mit dem Gestell
8 verbindet.
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Zwischen dem Element 10 und dem Gestell 8 oder Gehause ist eine Kammer
18 vorgesehen. Die Leitung 4 mündet dabei in diese Kammer 18 und setzt sich über
diese Kammer 18 in den Fluidfilm 7 fort. Der Durchgangsquerschnitt der Kammer 18
- gemessen senkrecht a den Wänden 11 entsprechend einer parallel zu der Zone 3a
des Filmes 3 liegenden Ebene - ist indes ziemlich klein derart, daß die Kammer 18
gegenüber der Leitung 4 die Rolle einer Einschnürung oder Drosselstelle spielt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 konvergieren die Wände 11a in
Richtung der Zone 3a. Nach einer bevorzugten Ausführungsform, welche auch für die
verschiedenen Verwirklichung#-formen nach den Figuren 1 bis 7 angenommen wurde,
besitzt das Element 10 die Form eines Kegelstumpfes derart, daß bei der Ausführungsform
nach Fig. 1 die kleine Fläche des Kegelstumpfes von der Fläche 13 gebildet wird.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind genau die gleichen Elemente
vorgesehen wie bei der Verwirklichungsform
nach Fig 1, ausgenommen,
daß das Element 10 - welches stets die Form eines Kegelstump@es besitzt - seine
kleine Grundfläche; mit der Bodenfläche 12 verbunden hat.
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Nach einer Variante der Ausführungsform nach Figuren 1 und 2 unterdrückt
man die runde Scheibe 15 und wählt infolgedessen die Höhe des Vaterteiles 10.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist das Element 10 nicht mehr
an der Rückseite 16 der Aussparung 9 über eine Schraube 17 unter Zwischenlage einer
runden Scheibe 15 befestigt, sondern bildet vielmehr mit einer elastischen Membran
19 eine körperliche Einheit, welche an ihrem Umfang 19a zwischen beiden Teilen des
Gestelles 8 eingeklemmt und auf diese Weise an dem Gestell befestigt ist. Die Membran
19 ist auf dem Gestell 8 in dichter Weise befestigt. Das Element 10 ist auf der
einen Seite 20 dieser Membran 19 befestigt. Diese Membran 19 begrenzt mit dem Gestell
8 über die der Fläche 20 gegenüberliegende Fläche eine Kammer 22, welche über eine
Leitung 23 mit der Atmosphäre verbunden wird, wobei diese Leitung 23 in dem Gestell
8 vorgesehen ist.
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Die Wirkung der Membran 19 auf das Element 10 ist im Verlaufe des
Betriebes der Vorrichtung derjenigen des Druk-l kes des Fluidfilmes 3 entgegengesetzt.
Mit anderen Worten: wenn der Druck des Filmes 3 zunimmt und bestrebt ist, das Element
10 von dem Kdrper 1 zu entfernen, hat die Membran 19 im Gegensatz hierzu das Bestreben,
diese Tendenz zu neutralisieren und sich der Entfernung oder Fortbewegung dieses
Elementes 10 zu widersetzen.
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In der Fig. 4 sind die bereits beschriebenen Anordnungen im Vergleich
zu derjenigen nach der Fig. 3 zu finden.
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Wenn die Membran 19 bei der Verwirklichungsform nach Fig. 3 zwei Hauptfunktionen
zu erfüllen hat, und zwar einerseits elastisches Rückholorgan für das Element 10
zu sein und andererseits dieses Element 10 in der bestimmten Stellung aufrechtzuerhalten
und
es in der Aussparung 9 zu führen, hat die Membran bei der Ausführungsform nach Fig.
4 lediglich eine einzige IIauptrolle zu spielen. Diese Hauptrolle liegt in der Aufrechterhaltung
dieses Elementes in der bestimmten Stellung und in der Führung desselben. Daneben
stellt sie selbstverständlich auch ein elastisches Rückholorgan dar, wobei aber
zu bemerken ist, daß diese Funktion als sekundär und somit untergeordnet zu betrachten
ist. Mit anderen Worten: wenn bei denjenigen Ausführungsformen, welche analog der
Ausführungsform nach Fig. 4 sind, die Anordnung von Mitteln zur Führung des Elementes
10 in der Aussparung 9 unentbehrlich ist, wobei diese Mittel im vorliegenden Falle
durch die Membran 19 gebildet werden, ist es entbehrlich, ein elastisches Rückholorgan
in Form einer mechanischen jeder, wie z.B. die Membran 19, vorzusehen.
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Die Kammer 22, welche durch die Verbindung zwischen dem Anschluß
des Elementes 10 an das Gestell 8 über eine dichte Umhüllung - welche aber keineswegs
notwendig elastisch sein muß und im vorliegenden Falle die Membran 19 ist - und
dem Element 10 gebildet wird, das in der Aussparung 9 geführt wird Im vorliegenden
Falle erfolgt die rührung durch die Membran 19, wobei die Rückseite 12 dieses Elementes
10 der Einwirkung einer hydrostatischen Feder unterworfen ist, welche mit dem Fluidfilm
3 verbunden ist. Zu diesem Zwecke verbindet eine Leitung 24 die Kammer 4a - in welche
die Leitung 4 einmündet -mit der Kammer 22 und mündet in die Kammer 22 gegenüber
der Rückseite 12 des Elementes 10 ein. In dieser Leitung 24 ist eine Drosselstelle
25 oder Einengung vorgesehen.
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Die Varianten der Verwirklichungsformen nach den Figuren 5 und 6
sind analog der Ausführungsform nach der Fig. 4, mit dem Unterschied, daß im Falle
der Anordnung nach Fig. 5 die Leitung 24 in das Element 10 selbst eingearbeitet
ist und die üittelzone 3a des Filmes 3 mit der Kammer 22 verbindet, während bei
der Verwirklichungsform nach Fig. 6 die Leitung 24 den Film 3 unmittelbar mit der
vorgenannten Kammer 22 verbindet.
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Die Ausführungsform nach Fig. 7 bezieht sich auf den Fall, in welchem
der Körper 1 auf dem Aufbau 2 von zwei Lagerflächen 1b und 1c gehaltert wird. Man
sieht zu diesem Zwecke die Bildung von zwei Fluidfilmen 3b und Dc vor, welche von
den Leitungen 4b bzw. 4c versorgt werden. Indem man aber eine der Ausführungsformen
nach Fig. 3 analoge Verwirklichungsform wählt, ist es vorteilhaft, lediglich auf
ein einziges Element 10 zurückzugreifen, welches von einer einzigen Membran 19 geführt
und elastisch rückgeholt wird, wobei dieses Element 10 zwei Flächen 13b und 13c
besitzt, welche gegenüber den Filmen 3b, 3c angeordnet sind.
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Die Vorteile und die Wirkungsweise der Erfindung sind nachstehend
erläutert: Der Hauptvorteil liegt in der Lage der Verengung oder Drosselstelle,
welche der Raum 18 oder die Kammer bildet, und in der leichten Regelung des Wertes
dieser Verengung oder Drosselstelle.
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Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, steht der Raum 18 oder die Kammer,
welche auf der die Pumpe 5 mit dem Film des Druckfluides verbindenden Leitung 4
angeordnet ist, mit dem Fluid 3 unmittelbar in Verbindung und ist daher ganz nahe
dieses Filmes angeordnet, wie dies in der Technik des Auftriebes durch Fluidfilme
vorteilhaft ist. Die Nähe des Raumes 18 im Vergleich zu dem Film 3 ist aber keineswegs
ein Hindernis für die Regelung des Wertes der Verengung oder Drosselstelle, welche
durch diesen Raum gebildet wird. Datsächlich genügt zur Vergrößerung oder Verkleinerung
des Durchgangsquerschnittes dieser Verengung oder Drosselstelle, die Dicke der Regelscheibe
15 zu verkleinern oder zu vergrößern. Zu diesem Zwecke kann man der Anordnung nach
Fig. 2 mitunter den Vorzug geben, um die Regelung der durch den Raum 18 gebildeten
Verengung oder Drosselstelle zu bewerkstelligen, und zwar durch Einwirkung
auf
die runde Scheibe 15, im Gegensatz zu derjenigen nach der Ausführungsform gemäß
Fig. 1. Man sieht auch leicht ein, daß die Regelung des Wertes der Verengung oder
der Drosselstelle auch dadurch vorgenommen werden kann, daß man vernünftigerweise
die höhe des Vaterteiles 10 wählt, ohne die runde Scheibe 15 dazwischenzuschieben.
Die Regelung mit Hilfe der runden Scheibe 15 ist jedoch mit flücksicht auf die Einfachheit
in ihrer Verwirklichung interessant.
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Bei den Verwirklichungsformen nach den Fig. 1 und 2 ist die durch
den Raum 18 gebildete Verengung oder Drossel stelle während des Betriebes der Auftriebsvorrichtung
unveränderbar. Es kann aber interessant sein, eine Regelung der Dicke des Fluidfilmes
3 zu bewirken. Zu diesem Zwecke wählt man die Ausführungsformen nach den Figuren
3 bis 7.
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Bei diesen Verwirklichungsformen, beispielsweise bei derjenigen nach
Fig. 3, nimmt der Druck des Filmes zu, da der Körper 1 das Bestreben hat, aus irgendeinem
Grunde den Fluidfilm 3 zusammenzudrücken und zu zerquetschen. Die Wirkung dieser
Druckveränderung, welche auf das Element 10 zur Einwirkung gelangt trägt dazu bei,
daß das Element 10 von dem Körper 1 zurückgedrängt oder zurückgestoßen wird. Von
da. aus; nimmt der Querschnitt des Raumes 18 zu, und die Zufuhr des unter Druck
stehenden, aus der Leitung 4 kommenden Fluides nimmt gleichermaßen zu, was dazu
beiträgt, den Film 3 auf den Ausgangswert seiner Dicke zurückzuführen. In diesem
Augenblick holt die Membran 19 das Element 10 in seine Ausgangsstellung oder Ursprungs
stellung wieder zurück und führt den Raum 18 in seine Ausgangsform wieder zurück.
Eine Vergrößerung der Dicke des Filmes 3 würde mittels eines Vorganges neutraliesie
werden, welcher dem vorstehend erwähnten Vorgang sehr ähnlich sein würde. Man hat
also die Regelung der Stelle des Elementes 10 der Dicke des Filmes 3 unterworfen
bzw. untergeordnet, so daß man auf diese Weise eine Regulierung der Regelung der
Dicke dieses Filmes erhält.
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In ähnlicher Weise kann die Regelung der Stellung des Elementes 10
in der Aussparung 9 in im übrigen bekannter Wäse mit Hilfe einer hydrostatischen
Rückholfeder sichergestellt werden. Dieser Gedanke findet seinen Niederschlag in
den Verwirklichungsformen nach den Figuren 4 bis 6, im übrigen in Kombination mit
der elastischen Rückholkraft der Nembran 19. In Übereinstimmung mit der an sich
bekannten Wirkung von hydrostatischen Federn kann man sehr große Steifigkeiten hinsichtlich
der Rückholkraft des Elementes 10 erhalten, was rechnerische Ermittlungen und Versuchsergebnisse
auch einwandfrei bestätigt haben. Man erhält infolgedessen eine hervorragende Regelung
der Dicke des Fluidfilmes 3 und eine sehr gute Qualität des Auftriebes. Zu beachten
ist, daß die Drosselstelle 25 bzw. die Verengung bei den Verwirklichungsformen nach
die Figuren 5 und 6 nach einer etwas abgewandelten Ausführungsform auch entfallen
kann.
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Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 7 ist analog derjenigen
nach Fig. 3. Die Verwirklichungsform nach Fig. 7 ist aber durch die geringe Anzahl
von Einzelelementen und durch die Leichtigkeit der Herstellung vorteilhaft.
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Aus vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß das Wesen der Erfindung
darin liegt, das Element 10 und das Gestell 8 in ihren Stellungen relativ zueinander
regelbar zu gestalten, wobei es selbstverständlich keine Rolle spielt, ob das Gestell
8 oder das Element 10 gegenüber dem Film 3 ortsfest gelagert ist.
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Die Erfindung ist keineswegs auf die beschriebenen und dargestellten
Ausführungsformen beschränkt. Es sind vielmehr noch weitere, praktische Vawirklichungsformen
möglich und denkbar, ohne daß hierdurch der Rahmen der Grundkonzepttion gesprengt
wird.
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- P a t e n t a n s p r ü c h e -