DE2211913B2

DE2211913B2 - Hydro- oder pneumostatisches lager

Info

Publication number: DE2211913B2
Application number: DE19722211913
Authority: DE
Inventors: John William Birmingham Mich.; Mackie Harry Arendt Raleigh N.C.; Neumann (V.St.A.)
Original assignee: Omf Holding Of California, Inc., Warren, Mich. (V.St.A.)
Priority date: 1971-03-17
Filing date: 1972-03-11
Publication date: 1977-08-25
Also published as: NL7203344A; JPS5433034B1; DE2264828C3; AT324934B; GB1386373A; DE2211913C3; DE2264828A1; CA967501A; DE2264827A1; ZA721175B; IT960770B; ES400883A1; FR2130435A1; US3782791A; NL173878C; AU4009872A; SU489296A3; NL173878B; FR2130435B1; DE2264827B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydro- oder pneumostatisches Lager mit von Druckmittel durchströmtem Lagerspalt, mit wenigstens einer Aussparung in einer der Lagerflächen und tangentialer Druckmittelzufuhr in die Aussparung.

Ein derartiges Lager ist bekannt (CH-PS 3 53 942). Die Aussparung befindet sich innerhalb einer spährischen Lagerfläche und hat eine geringe Tiefe, z. B. 0,2 mm. Das ihr tangential zugeführte Druckmittel bildet ein Druckmittelpolster, auf dem der gelagerte Teil mit geringem Abstand zur sphärischen Lagerfläche schwebt. Die tangentiale Druckmittelzufuhr in die Aussparung dient dabei dazu, den schwebend gelagerten Teil — es handelt sich z. B. um eine Kugel — um eine Achse anzutreiben. Voraussetzung für die volle Funktionsfähigkeit des bekannten Lagers ist eine möglichst genaue Bearbeitung der zusammenwirkenden Lagerflächen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydro- oder pneumostatisches Lager zu schaffen, bei dem durch Herstellung eines dynamischen Gleichgewichts zwischen Lager und dem zu lagernden Teil ein verhältnismäßig großer Lagerspalt erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Aussparung als Wirbelkammer mit tangentialer Druckmittelzufuhr durch die Kammerwand neben dem Kammerboden ausgebildet ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Lager wird eine Wirbelströmung innerhalb der Wirbelkammer aufgebaut, bevor das Druckmittel zum Lagerspalt gelangt. Bei dem bekannten Lager kann im Gegensatz dazu wegen der flachen Aussparung eine Wirbelströmung im eigentlichen Sinne nicht erzeugt werden, weil die Seitenwand der Aussparung dazu nicht genügend hoch ist. Wird beispielsweise eine ebene Lagerfläche mit einer solchen Aussparung geringer Tiefe versehen und der gelagerte Teil weggenommen, findet keine Umlenkung der Druckmittelstrahlen statt.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Druckmittelkissens wird ein dynamisches Gleichgewicht zwischen abstoßenden und anziehenden Kräften am zu lagernden Teil erhalten, wodurch das zu lagernde Teil im gewünschten, verhältnismäßig großen Abstand von der Lagerfläche gehalten werden kann. Aus diesem Grunde ist es auch nicht erforderlich, die Lagerflächen äußerst präzise zu bearbeiten, wie das bei bisher bekannten, mit Drucktaschen versehenen pneumo- oder hydrostatischen Lagern wegen des erforderlichen kleinen Lagerspalt notwendig war.
S Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Kammerwand mehrere um ihren Umfang verteilte Eintrittsöffnungen für das Druckmittel aufweist. Mit Hilfe dieser Maßnahmen läßt sich besonders wirksam eine reine Wirbelströmung in der Wirbelkammer ίο erzeugen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Wirbelkammer außerdem eine zentrische Eintrittsöffnung in ihrem Boden zur zusätzlichen Druckmittelzufuhr oder Druckmittelabströmung aufweist. Mit Hilfe dieser Maßnahme können die Druckverhältnisse im Lagerspalt beeinflußt werden, beispielsweise um dessen Höhe zu verändern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben werden. Es zeigt

F i g. 1 ein Lager in Seitenansicht,

F i g. 2 einen Schnitt durch das Lager nach F i g. 1 entlang der Linie 2-2,

F i g. 3 eine Draufsicht auf das Lager nach F i g. I,
Fig.4 eine perspektivische Darstellung des Lagerteils nach F i g. 3,

F i g. 5 ein Druckdiagramm für das erfindungsgemäße Lager,

Fig.6 eine Darstellung der Druckverteilung im Lagerspalt,

F i g. 7 eine schematische Darstellung der Druckmittelzufuhr zur Wirbelkammer,

Fig.8 bis Fig. 10 mögliche Ausgestaltungen von Wirbelkammern in Draufsicht,

F i g. 11 bis F i g. 22 weitere mögliche Formen der Wirbelkammer im Längsschnitt,

F i g. 23 eine Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Lagers,

Fig.24 eine andere Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Lagers,

F i g. 25 eine Lagerung mit zwei im Schnitt dargestellten erfindungsgemäßen Lagern,

F i g. 26 eine Lagerung mit drei im Schnitt dargestellten erfindungsgemäßen Lagern,

Fig.27 eine weitere Anwendungsmöglichkeit erfindungsgemäßer Lager.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein schienförmiges Lager 10 mit Wirbelkammern 12, die mit Abstand voneinander angeordnet sind. Das Lager 10 weist eine Platte 14 mit konkaven Lagerflächen 16 auf, die in ihrer Form dem Umfang eines zu lagernden Teils, wie z.B. eines Behälters 18, entspricht. Die Platte 14 ist auf einem Verteilerabschnitt 20 fest angeordnet, der mit einer Sammelkammer 22 versehen ist, von der aus unter Druck stehendes Gas jeder Wirbelkammer 12 zugeführt wird. Die Sammelkammer 22 ist beliebig mit einer Druckgasquelle, z. B. einer Druckluftquelle, verbunden, und zwar über eine Leitung 24, wie in F i g. 2 gezeigt ist.

Wie am besten aus den F i g. 2 bis 4 ersichtlich, steht jede einzelne Wirbelkammer 12 in Verbindung mit der Sammelkammer 22, und zwar mittels vier senkrechter Kanäle 25, die jeweils mit einer von vier tangential gerichteten Düsen 26 in Verbindung stehen, wodurch das unter Druck stehende Gas im Bodenbereich der

⁶S Wirbelkammer 12 eintritt und sich schraubenförmig nach außen bewegt, wo es mit der Oberfläche des Behälters 18 in Berührung kommt, der sich dann im Abstand zu der konkaven Lagerfläche 16 befindet. Die

Kanäle 25 sind mit Bezug auf den Druck und das Volumen der Luft in der Sammelkammer 22 so bemessen, daß der Luftstrom in jeder Wirbelkammer 12 weitgehend unabhängig ist von Veränderungen der Durchflußmengen benachbarter Wirbelkammern. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bildet das in Form eines Wirbelstroms aus jeder der Wirbelkammern 12 austretende Gas ein Gaskissen in dem Lagerspalt 28 zwischen dem Behälter und der konkaven Lagerfläche 16. ίο

Infolge der Anordnung von vier Düsen 26 mit gleichen Uinfangsabständen wird ein weitgehend gleichförmiger Gaswirbelstrom erzeugt, der keine Komponenten aufweist, die eine einseitige lineare Bewegung des Behälters 18 verursachen könnten. Demzufolge kann der Behälter 18 an frei wählbaren Stellen ruhen.

Die Druckverteilung entlang der Lagerfläche 16 und im Bereich der Wirbelkammer ist in den schematischen Darstellungen von F i g. 5 bis 7 gezeigt. Der Druckverlauf ist abhängig von der Form der Lagerfläche 16, dem Druck und der Geschwindigkeit des Gases, der Form der Umfangsfläche des zu lagernden Teils mit Bezug auf die Lagerfläche, der Dichte des Gases, dem Gewicht des zu lagernden Teils, der Höhe des Lagerspalts, dem möglichen Ausmaß der Bewegung relativ zum Lager, dem Abstand zwischen einander benachbarten Wirbelkammern, der Form der Wirbelkammerwand einschließlich der Form des Randes, an welchem die Wirbelkammer in die Lagerfläche mündet, sowie der Güte der Flächen, die mit dem strömenden Gas in Berührung sind. Der in Fig.5 gezeigte Druckverlauf gründet sich auf Ablesewerte, die in Längsabständen von etwa 635 mm und Radialabständen um den Behälter herum, wie bei 18' in F i g. 6 gezeigt, von etwa 6,35 mm aufgezeichnet wurden, wobei die Platte 14' mit einer konkaven Lagerfläche 16' ausgebildet ist, die etwa 38% der kreiszyiindrischen Umfangsfläche des Behälters 18' umgreift. Die Wirbelkammer 12' ist mit zwei Düsen ausgestattet, die schematisch bei 26' gezeigt sind und den Eintritt von Luft bei Raumtemperatur und bei einem Druck von 0,07 bar Überdruck in Pfeilrichtung gestatten, wodurch ein Wirbel gebildet wird, der sich entgegen dem Uhrzeigersinn (Fig.7) dreht. Der Behälter 18' kann z. B. zum Verpacken von Getränken benutzt werden und ist dann ein dünnwandiges kreiszylindrisches Werkstück mit einem geschlossenen Ende und einem Durchmesser von etwa 63,5 mm und einer Länge von etwa 136,4 mm.

Fig.5 zeigt den Druckverlauf zwischen vierzehn Punkten in jeder einzelnen von sechs Querebenen A bis F, wobei das Profil oberhalb der Linien A bis F den Überdruck bezeichnet, während die darunterliegenden Abschnitte einen Druck bezeichnen, der unterhalb des atmosphärischen Druckes liegt. Die Druckkurve entlang der Ebene Cwird anhand von F i g. 6 — für die anderen stellvertretend — erläutert. In der in F i g. 6 schematisch dargestellten Anordnung entspricht der Umfang des Behälters 18' einem Druckwert gleich dem atmosphärischen Druck, so daß das in das Behälterinnere gerichtete Profil einen Überdruck, das vom Behälterumfang nach unten und nach außen vorstehende Profil dagegen einen geringeren als den atmosphärischen Druck bezeichnet. Nach der Darstellung in F i g. 6 übt der Luftstrom im Lagerspalt 28' außerhalb der Wirbelkammer 12' einen Druck auf den Behälter 18' aus, der die Neigung hat, den Behälter 18' nach oben von Lagerfläche 16' abzuheben. Andererseits wird auf den Behälter in dem Bereich der Wirbelkammer 12' ein Druck ausgeübt, der geringer ist als der atmosphärische Druck und den Behälter nach unten in Richtung auf die Lagerfläche 16' zieht. Der Behälter ist so durch die an ihm angreifenden Kräfte im Gleichgewicht zu halten, so daß er bei seiner Lagerung durch das Luftkissen in angemessenem Abstand von der Lagerfläche verbleibt und, sofern die Anziehungskraft zur Überwindung der auf ihn wirkenden Schwerkraft ausreicht, auch am Lager »aufzuhängen« ist.

Bei der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform besteht die Platte 14 aus Abschnitten mit Z-förmigen Enden, die, bei 36 in Fig.3 gezeigt, dazu dienen, eine genaue Ausrichtung einander benachbarter Abschnitte zu erreichen. Die Abschnitte sind gegossen oder stranggepreßt. Sie können mit dem Verteilerabschnitt 20 durch eine Reihe von Schrauben 38 mit in die Lagerfläche 16 eingesenkten Köpfen verbunden werden. Die Lagerfläche kann daher auch eben, konvex oder anders geformt sein.

Wie die Wirbelkammern abweichend von der Wirbelkammer 12 nach den Fig. 1 bis 3 ausgebildet werden können, ist in den F i g. 8 bis 22 dargestellt.

F i g. 8 zeigt in Draufsicht eine Wirbelkammer 42 mit quadratischem Querschnitt.

Fig.9 zeigt eine Wirbelkammer 44, deren Querschnitt die Form eines gleichseitigen Dreiecks aufweist. Das Druckmittel wird den Wirbelkammern 42,44 über Düsen 46 so zugeführt, daß es um die Achse der Wirbelkammer umläuft, wie es in den F i g. 8 und 9 durch die Pfeile angedeutet ist. Es ist zu bemerken, daß das Druckmittel die Neigung hat, in den Ecken der so geformten Kammern statische Abschnitte zu bilden, durch die ein mittlerer kreiszylindrischer Wirbelabschnitt geschaffen wird. Eine gewisse Verringerung in der Leistung ist aber trotzdem nicht zu vermeiden.

Ein äußerst wirksamer Wirbelstrom ist dann zu erzeugen, wenn die Wand der Wirbelkammer 48 (Fig. 10), der das Druckmittel durch eine Düse 50 tangential zum Umfang zugeführt wird, schneckenförmig gestaltet ist.

Mögliche Wirbelkammern mit kreisförmigem Querschnitt, aber voneinander verschiedenen Längsschnittformen sind in den F i g. 11 bis 22 dargestellt. Eine Einlaßdüse ist dabei jeweils mit 52 und die Austrittsseite der Wirbelkammer mit 54 bezeichnet. In F i g. 11 ist eine Wirbelkammer 56 gezeigt, die über die Höhe einen gleichbleibenden Durchmesser hat und mit einem ebenen Boden 58 versehen ist Das Druckmittel strömt in die Kammer tangential durch die Düse 52 parallel zum Boden 58 ein. Eine öffnung 60 in dem Boden 58 dient dazu, das gleiche oder ein anderes Druckmittel zuzuführen oder abzuführen, um eine gewünschte Veränderung der Druckverteilung zu ermöglichen. Die öffnung 60 ist mit einer Druckmittelquelle (nicht gezeigt) verbunden oder an eine Unterdruckquelle angeschlossen, um eine gesteuerte Menge Druckmittel aus der Wirbelkammer ununterbrochen oder stoßweise abzusaugen.

Fig. 12 zeigt eine Wirbelkammer 62 mit zur Austrittsseite 54 hin konisch konvergierender Wand, während der Durchmesser der Wirbelkammer 64 nach F i g. 13, die ebenfalls eine konische Wand aufweist, zur Austrittsseite hin abnimmt. Fig. 14 zeigt eine zylindrische Wirbelkammer 66 mit einer ringförmigen Schulter 68 von kleinerem Durchmesser im Bereich der Austrittsseite 54. Fig. 15 zeigt eine Wirbelkammer 70, bestehend aus einem im wesentlichen zylindrischen unteren Abschnitt 72 und einem konisch konvergieren-

den oberen Abschnitt 74.

F i g. 16 zeigt eine zylindrische Wirbelkammer 76 mit einer ringförmigen Schulter 78 von kleinerem Durchmesser, die an ihrem inneren Ende, wie bei 80 gezeigt, mit einer schrägen Schulter versehen ist. Fig. 17 zeigt eine Wirbelkammer 82 mit vom Boden zur Austrittsseite 54 hin stufenartig abnehmendem Durchmesser. Fig. 18 zeigt eine Wirbelkammer 84, deren Wand als Rotationsparaboloid ausgebildet ist.

Fig. 19 zeigt eine ringförmige Wirbelkammer 86, die von einer kreiszylindrischen Außenwand und einem zu ihr konzentrischen zylindrischen Kern 88 begrenzt ist. Fig.20 zeigt eine Wirbelkammer 90 ähnlich der in Fig. 19 gezeigten, wobei jedoch der mittlere Kern 92 kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Die Fig. 19 und 20 zeigen, daß die Kerne 88, 92 in der Ebene der Austrittsseite 54 enden.

F i g. 21 zeigt eine Wirbelkammer 94, die mit einer im Längsschnitt nach außen divergierenden Wand und mit einem konischen mittleren Kern % ausgestattet ist, der in der Ebene der Austrittsseite 54 endet. Die schließlich in Fig.22 gezeigte Wirbelkammer 98 ist mit einer kreiszylindrischen Außenwand und einem gewölbten konzentrischen Kern 100 ausgestattet, der vor der Ebene der Austrittsseite 54 endet.

Fig.23 zeigt einen Teil einer Lagerbahn 102 mit mehreren nicht dargestellten Wirbelkammern, längs der eine Vielzahl von Behältern 104 bewegiich gelagert werden und auch im Uhrzeigersinne entsprechend der Darstellung um einen bogenförmigen Endabschnitt herum vorwärtsbewegt werden kann, der in einer senkrechten Ebene liegt. Um die Behälter 104 auf dem bogenförmigen Endabschnitt zu halten, ist es erforderlich, die Wirbelkammern in geringerem gegenseitigen Abstand zueinander anzuordnen, um sicherzustellen, daß sich wenigstens eine Wirbelkammer im Bereich der Oberfläche eines jeden Behälters befindet. Ähnlich ist die in F i g. 24 gezeigte schienenförmige Lagerbahn 106, die einen S-förmigen Abschnitt aufweist, längs dem die Behälter 108 gelagert und bewegt werden können.

Fig.25 zeigt die Verwendung von zwei einander diametral gegenüberliegenden Lagern HO, um einen Gegenstand, wie z. B. einen zylindrischen Behälter 112, zwischen sich zu lagern. In ähnlicher Weise zeigt die F i g. 26 die Verwendung von drei in gleichen Winkelabständen voneinander angeordneten Lagern 114, um einen Gegenstand wie z. B. den zylindrischen Behälter 116, zwischen sich zu lagern.

Die beschriebenen Lager können auch dazu verwendet werden, flache Gegenstände zu lagern. Die in F i g. 27 gezeigte Anordnung weist zwei ebene, einander gegenüberliegende Platten 118 auf, die jeweils mit nicht gezeigten Wirbelkammern 120 ausgestattet sind, denen ein Druckmittel, wie z. B. Druckluft, von den Sammelkammern 122 aus zugeführt wird. Die Platten 118 sind genügend weit voneinander auf Abstand gehalten, um zwischen sich ein Band oder eine Platte 124 aufzunehmen, das bzw. die durch Druckmittelkissen in der Schwebe, gehalten wird.

Hierzu S Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydro- oder pneumostatisches Lager mit vom Druckmittel druchströmtem Lagerspalt, mit wenigstens einer Aussparung in einer der Lagerflächen und tangentialer Druckmittelzufuhr in die Aussparung, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (12) als Wirbelkammer mit tangentialer Druckmittelzufuhr durch die Kammerwand neben dem Kammerboden ausgebildet ist.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerwand mehrere um ihren Umfang verteilte Eintrittsöffnungen (2ö) für das Druckmittel aufweist.

3. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (12) außerdem eine zentrische Eintrittsöffnung (60) in ihrem Boden zur zusätzlichen Druckmittelzufuhr oder Druckmiitelabströmung aufweist.