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Maschinenlager mit Strömungsmittel-Schmierung Es gibt im Prinzip nur
wenige unterschiedliche Arten von Maschinenlagern: einmal reine Gleitlager, die
zwar ein Schmiermittel zwischen den aufeinander bewegten Lagerflächen aufweisen,
bei denen man aber sagen kann, daß die Lagerkräfte im wesentlichen direkt von einer
Lagerfläche auf die andere übertragen werden. Es gibt weiter Lager mit die Kräfte
zwischen den Lagern übertragenden Rollkörpern, insbesondere Kugellager, Walzenlager
und Nadellager.
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Eine dritte Lagerart hat zunächst das Aussehen eines Gleitlagers,
weist aber die Besonderheit auf, daß die eigentlichen Lagerflächen keine Berührung
miteinander haben, sondern vielmehr die zwischen ihnen wirkenden Kräfte über ein
Strömungsmittel, beispielsweise besondere Öle oder auch Gase übertragen. Auf Lager
dieser letzteren Art bezieht sich die folgende Erfindung.
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Bei Lagern dieser Gattung werden zwischen den aufeinander zuweisenden
Lagerflächen Strömungsmittel-Kissen aufrecht erhalten, die unter so hohem Druck
stehen, als zur Übertragung
der Lagerkräfte erforderlich ist. Bei
Lagern dieser Art, deren Strömungsmittel nicht durch eine eigens vorgesehene Pumpe
unter Druck gesetzt wird, ist die Aufrechterhaltung bzw. Bildung der Strömungsmittelkissen
technisch das schwierigste Problem, insbesondere wenn man bedenkt, daß die Lagerbelastungen
und die Relativgeschwindigkeit zwischen den Lagerflächen in einem großen Bereich
schwanken können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Lager der zuletzt genannten
Gattung zu schaffen, welches in einem großen Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlbereich
einsetzbar ist, sowohl relativ kleine als auch relativ große Lagerkräfte aufnehmen
kann, und seine guten Eigenschaften auch bei einem schnellen Wechsel der Belastung
und/oder der Drehzahl bzw. Lagergeschwindigkeitnicht ändert, dabei aber unter vernünftigem
technischen Aufwand, d.h.
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möglichst kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere soll keine eigene
Pumpe zur Aufrechterhaltung bzw. Erzeugung des Strömungsmitteldruckes notwendig
sein. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs
1 beschriebenen Merkmale. Ersichtlich kann die Erfindung spwohl auf lineare Lager
wie auch alle Arten von Rotationslagern angewendet werden, hier insbesondere Axial-
und Radiallager sowie konische Lager, die eine Mittelstellung zwischen Axial- und
Radiallagern annehmen.
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In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind die
beiden Elemente zwischen den Lagerflächen im wesentlichen miteinander gegen Verschiebung
in Arbeitsrichtung des Lagers gesichert, und außerdem gemeinsam gegenüber derjenigen
Lagerfläche, die sich auf der Rückseite des die Rippen aufweisenden Elementes befindet.
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Diese Festlegung der Elemente kann in einfachster Form durch einen
Punktschweißvorgang erreicht werden. Man kann auch die beiden Elemente untereinander
und gegenüber der einen Lagerfläche mit der Möglichkeit eines gewissen Spiels in
Lagerrichtung festlegen.
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Losgelöst von technischen Einzelheiten besteht die Wirkung der erörterten
Merkmale darin, daß das im wesentlichen ebene und vorzugsweise glatte Lagerelement
auf die Rippen gedrückt wird, so daß sich in diesem Lagerelement zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Rippen eine Ausbiegung in Richtung zum Grund der Rippen hin bildet, die ihrerseits
wie eine Tasche Strömungsmittel unter Druck enthält, das in Bewegungsrichtung des
sich bewegenden Lagerteils durch einen Spalt gedrückt wird, der sich über der jeweils
stromabwärtigen Rippe befindet. Auf die- -se Weise steht das Strömungsmittel in
der "Tasche", bzw.
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dem "Tal" zwischen zwei Rippen unter recht erheblichem Druck und bildet
damit ein Lagerkissen, das zusammen mit allen anderen gleichartigen Lagerkissen
praktisch die Lagerkräfte senkrecht zur Bewegungsrichtung des Lagers aufnimmt.
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Es sei eigens darauf hingewiesen, daß als Strömungsmittel sowohl eine
Flüssigkeit wie auch ein Gas angewendet werden kann, wobei der Fachmann nach Kenntnis
der Erfindung entsprechende Anpassungen ohne weiteres vornehmen kann.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschreiben, deren Gegenstände hier nicht abgehandelt sind.
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Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung an
Ausführungsbeispielen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1
auseinandergezogen und teilweise geschnitten sowie schematisiert ein Radiallager
nach der Erfindung; Fig. 2 im Radialschnitt eine Einzelheit des Lagers nach Fig.
1; Fig. 3 perspektivisch einen anderen Einsatz für das Lager nach Figuren 1 und
2; Figuren 4 und 5 im Teil-Radialschnitt zwei Ausführungsformen für die Festlegung
des Einsatzes in einem Radiallager; Figuren 6 und 7 auseinandergezogen und im Detail
vereinfacht zwei Möglichkeiten der Ausgestaltung der Rippen in dem einen Lagerelement;
Fig. 8 perspektivisch und explosionsartig auseinandergezogen ein nach der Erfindung
ausgebildetes Axiallager; Fig. 9 schematisch in Ansicht eine andere Ausführungsform
des Einsatzes für ein Radiallager nach etwa Fig. 8; und Fig. lo schematisch perspektivisch
und teilweise geschnitten in Explosionsdarstellung ein nach der Erfindung ausgebildetes
konisches Rotationslager.
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Bei dem in Form einer Explosionszeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel
nach den Figuren 1 und 2 ist das ganze Lager mit 11 bezeichnet. Das Lager weist
zwischen
der eigentlichen Lageröffnung 15 und der darin drehbar
gelegten Welle 17 einen zweiteiligen Lagereinsatz 15 auf.
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Die ganze Anordnung mag dazu dienen, die WEILE 17 eines Maschinenteils
im Gehäuse 21 einer Maschine als Radiallager zu lagern.
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Der nachgiebig ausgebildete Einsatz 15 besteht aus einem ersten Lagerelement
23 und einem innerhalb von diesem angeordneten zweiten Lagerelement 25 in solcher
gegenseitiger Stellung, daß die beiden Teile 23 und 25 in weiter unten zu beschreibender
Weise zusammenwirken. Das Lagerelement 25 ist mit mehreren, mit Abstand in UmSangsrichtung
angeordneten nachgiebigen Oberflächenerhebungen 27 ausgebildet, die zur Aufnahme
von Kräften vom Lagerelement 25 im Betrieb dienen. Diese Oberflächenerhebungen 27
bewirken ein Verbiegen des Lagerelementes 25 zwischen aufeinanderfolgenden Erhebungen
und erzeugen auf hydrodynamischem Wege einen die Lagerkräfte aufnehmenden Film aus
einem Schmiermittel. Die Steifigkeit des.Lagerelementes 25 ist dabei derart gewählt,
daß die erläuterte Verformung auftritt, um dadurch den erwähnten tragenden Fluid-Film
erzeugen zu können.
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Wie Fig. 1 zeigt, sind die Ausbiegungen 27 als achsparallel verlaufende
Auskragungen 27 nach innen aus der Fläche des Streifens 23 ausgebildet, wobei mehrere
solche Ausbiegungen 27 mit Abstand über den Umfang verteilt sind.
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Die nachgiebig-federnd arbeitenden Ausbiegungen können z.B. durch
einen Walzvorgang oder dgl. hergestellt sein.
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Die Oberfläche des Lagerteiles 25 kann glatt ausgestaltet sein, oder
ebenfalls federnde Rippen entsprechend geeigneter Gestalt aufweisen. Die beiden
Lagerelemente 23 und 25 bewirken, daß die Welle 17 in der eigentlichen Lagerbohrung
15 von Flüssigkeitsfilmen aus dem Schmiermittel
gelagert wird,
wie die folgende Erörterung unter Hinweis auf Fig. 2 zeigt.
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In Fig. 2 ist ersichtlich nur ein kleiner Abschnitt des Lagers im
Betrieb in einem Radialschnitt dargestellt. Die dynamische Wechselwirkung zwischen
den Lagerteilen 25 und 25 bewirkt unter Einbeziehung der Schmierflüssigkeit eine
lokale Verbiegung des Teiles 25 zwischen die zwei aufeinanderfolgenden Rippen 27
des Teiles 23. Das Profil des so verbogenen Lagerteiles 25 ist bestimmt durch die
Geometrie der Rippen 27, die Druckverteilung des Schmiermittelfilmes 28 und die
Steifigkeit der beiden Lagereinsätze. Diejenigen Stellen, an denen der Schmiermittelfilm
in Lagerarbeitsrichtung bei 50 dünner wird, erzeugen einen relativ höheren Flüssigkeitsdruck
an diesen Stellen, so daß die Welle 17 praktisch auf einer Vielzahl von an ihrem
Umfang verteilten Kissen aus Strömungsmittel gelagert ist. Es bildet sich am rechten
Ende des Raumes 50in Fig. 2 eine Art Uberlauf von Strömungsmittel über das nach
oben durchgebogene Lagerteil 25, so daß die Welle 17 auf einem Schmiermittelfilm
"schwimmt" und nicht durch mechanischen Kontakt gelagert ist. Abweichend von der
Darstellung in Fig. 2, bei welcher der zwischen den beiden Rippen 27 durchhängende
Abschnitt des Einsatzes 25 frei durchhängt, kann bei entsprechender Wahl der übrigen
Parameter auch der Abschnitt des Teiles 25 zwischen je zwei Rippen auf dem anderen
Lagerteil 25 in den Bereich des Tales zwischen zwei Rippen aufliegen.
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Ein solches Lagerhat überlegene Eigenschaften, wenn die Lagerkräfte
-sich schnell und über Größenordnungen hin ändern, weil entsprechende Bewegungen
der Lagerwelle 17 im eigentlichen Lager 15 gewissermaßen auf Kissen aus Schmiermittel
gedämpft werden. Es ist darauf hinzuweisen,
daß eine nicht stationär
bezüglich der Lagerschalen 15 sich drehende Welle 17 außerordentlich hohe Lagerkräfte
ausüben kann. Die vom Lager aufzunehmende Energie wird dabei von den Schmiermittelkissen
und der Reibung zwischen den eigentlichen Lagerteilen verteilt aufgenommen.
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Die beiden Einsätze 25 und 25 wirken ferner mit dem bei 52 gewissermaßen
jeweils eingeschlossenen Schmiermittelvolumen wie Dämpfer. Eine ähnliche Dämpfungsfunktion
wird von denjenigen Schmiermittelteilen ausgeübt, die sich in den Räumen 54 radial
außerhalb des Einsatzes 25 innerhalb der Rippen 27 befinden. Beachte hierzu, daß
der Lagereinsatz 25 aus elastisch federndem Werkstoff ist! Ein Lager nach den Figuren
1 und 2 wurde bei relativ hohen Belastungen und Drehzahlen über 100 ooo Upm betrieben,
ohne daß die vom Fachmann zu erwartenden Wirbelbildungen aufgetreten wären und das
Lager zerstört oder beschädigt hätten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform haben die federnden Oberflächenrippen
des Teiles 25 eine Steifigkeit, die bei den sich der Höchstbelastung und Höchstdrehzahl
entsprechenden Bedingungen kleiner ist als die doppelte Steifigkeit des Schmiermittelfilms
in dem Bereich kleinsten Abstandes zwischen den aufeinander zuweisenden Lagerflächen.
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Weiter ist dabei die Steifigkeit des Lagerteiles 25 im Zusammenwirken
mit dem Lagerteil 25 so gewählt, daß das Verhältnis der maximalen elastischen Verformung
des Teiles 25 zwischen aufeinander folgenden Rippen 27 in der Normal-Richtung der
aufeinander zuweisenden tragenden Flächen zum kleinsten Abstand zwischen den aufeinander
zuweisenden Lagerflächen mindestens etwa o,5 ist.
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Die Drehung der Welle 17 innerhalb der Lageröffnung, welche vom Lagerteil
25 definiert ist, und der sich ergebende
hydrodynamische Fluid-Film
bzw. die von diesem ausgeübten Kräfte, bewirken eine örtliche Verbiegung des Lagerteiles
25 zwischen aufeinander folgenden Rippen 27 des anderen Teiles und die Erzeugung
von die Belastungen tragenden Schmiermittelfilmen. Demnach muß die Dicke und/ oder
Steifigkeit des Bauteiles 25 dazu ausreichend gewählt werden, daß dieses Teil eine
solche Nachgiebigkeit hat, daß die erwähnte Durchbiegung über den Räumen 52 möglich
ist, jedoch dürfen diese Werte nicht so groß gewählt werden, daß das Teil 25 wie
ein starrer Körper wirkt. Daraus ergibt sich, daß die Dicke der Teile 25 und 27
bezüglich ihrer anderen Dimensionen so zu wählen ist, daß das Teil 25 sich über
den Bereichen 52 örtlich in der gezeigten Weise verbiegen kann, wenn die erläuterten
hydrodynamischen Kräfte wirken.
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Zweckmäßig sind die Rippen 27 im Profil nach Art verschobener Kosinus-
oder Kreisbögen gestaltet. Die Rippen können dabei entweder aus dem Werkstoff des
Lagerelementes 23 in der in Fig. 2 erläuterten Weise herausgebogen sein, oder in
Form entsprechender aufgelegter Materialrippen auf die Innenoberfläche aufgelegt
sein. Wenn man im Gegensatz zu ausgebogenen Rippen solche durch Materialauftrag
herstellt, dann bietet sich dazu als Werkstoff Metall, Elastomer oder Polymere an.
Die vertikale Höhe der nicht verformten federnden Rippen wird zweckmäßig größer
gewählt als das Verhältnis der maximalen Belastung einer solchen Rippe zur Steifigkeit
der Rippe selbst.
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Nach dem vorstehenden werden die Dicke und/oder Steifigkeit der Lagerelemente
25 und 25, die Gestalt und die radiale (bezogen auf das Lager) Höhe der Rippen 27
und der Abstand zwischen aufeinander folgenden Rippen 27 unter Einbeziehung der
übrigen vorgegebenen Daten des Lagers,
wie z.B. Normalbelastung
und dgl. bestimmt. So hat sich in einem praktischen Falle die Materialdicke für
die beiden Lagerteile im Bereich zwischen 0,025 und 0,125 mm bestens bewährt. Bei
Lagern mit Lagerelementen aus getempertem Stahl von einer Dicke zwischen den eben
genannten Werten haben sich vertikale (d.h. praktisch radiale) Rippenhöhen im Bereich
zwischen 0,025 und 0,75 mm sehr gut bewährt. Die Lagerelemente 23 und 25 können
z.B. aus einem geeignet getemperten SAE 1030-Stahl oder aus 1040-Federstahl bestehen.
Für höhere zu erwartende Temperaturen kann man die Lagerteile 23 und 25 auch aus
Wolfram, Tantal oder Molybdän, bzw. anderen geeigneten Hochtemperaturwerkstoffen
herstellen. In einer weiteren Ausgestaltung kann man das Lagerelement 25 mit einem
Uberzug aus einem Werkstoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten versehen, z.B. Polytetrafluoräthylen
oder Molybdändisulfid.
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Außer den vorstehenden Gesichtspunkten ist bei der Werkstoffwahl selbstverständlich
auch auf entsprechende Kräuselfestigkeit, Wärme-Widerstandsfähigkeit und -stabilität
zu achten.
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Der federnde Lagereinsatz 15 übt eine kleine statische Kraft auf die
Welle aus, die bestrebt ist, die Teile 23 und 25 relativ zueinander und den ganzen
Einsatz gegenüber der Tragstruktur 15 zu bewegten. Da sich aber die beiden Lagereinsätze
27 und 25 normalerweise nicht ständig relativ zueinander oder zur Tragstruktur 15
bewegen sollen, sieht man zweckmäßig technische Mittel vor, um diese Relativbewegung
zu begrenzen bzw. zu beschränken.
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Zur Verhinderung einer Axialbewegung des Einsatzes 17 innerhalb der
Lagerfläche des Lagers 15 versieht man die eigentliche Lagerfläche 59 an ihren axialen
Enden mit
radial nach innen weisenden Schultern 56 und 38 etwa
gemäß Fig. 1. Um eine Drehbewegung zu verhindern, kann man z.B. die beiden Einsatzteile
25 und 25 gemeinsam durch Punktschweißungen an der Lagerinnenfläche 59 festlegen,
die in Fig. 1 schematisch dargestellt sind Man kann auch das äußere Teil 23 in der
Lagerfläche festlegen, und das innere Einsatzteil 25 dann am Einsatzteil 25.
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Im Sinne der vorstehenden Ausführungen können die Einsatzteile 23
und 25 als zusammengehörige Einheit ausgebildet werden. Da eine gewisse Relativbewegung
zwischen den Teilen 23 und 25 im Betrieb notwendig ist, z.B. wegen Verformungen
unter Belastung, thermischer Ausdehnung und dgl., geht man zweckmäßig so vor, daß
eine entsprechende Verbindung zwischen den Teilen 23 und 25 deren relative Beweglichkeit
eher begrenzt als verhindert. So können z.B. die Teile 25 und 25 dadurch als Einheit
hergestellt werden, wobei deren Relativbewegung begrenzt wird, daß man sie nur an
einer Stelle miteinander verbindet. Eine solche Verbindung der beiden Teile an einer
Stelle kann z.B. durch Punktschweißen an einem Ende der beiden Teile vorgenommen
werden, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Dabei ist das Ende 40 des Teiles 23 beispielsweise
fest und starr mit dem Ende 42 des Teiles 25 verbunden. Damit der ganze Einsatz
13 sich in UmSangsrichtung etwas ausdehnen kann, kann man die Einsatzteile so bemessen,
daß der montierte Einsatz innerhalb der Bohrung 39 einen kleinen Spalt zwischen
seinen beiden Enden bildet. Man kann auch die beiden Teile 23 und 25 in Umfangsrichtung
etwas versetzt miteinander verbinden, so daß der Spalt zwischen den beiden Enden
des einen Teils in Umfangsrichtung etwas verschoben gegenüber dem Spalt zu liegen
kommt, der zwischen den Enden des anderen Einsatzteiles ausgebildet ist. In diesem
Fa-lle würdedann
beispielsweise - s. Fig. 1 - ein kleiner Teil
45 des Teiles 25 über das Ende des Teiles 25 hinausstehen und das freie Ende 47
des Teiles 25 tragen.
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Man kann die beiden Teile auch irgendwo zwischen ihren beiden Enden
miteinander bei 52 durch Punktschweißungen 50 verbinden, wie Fig. 3 im einzelnen
andeutet.
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Weitere Möglichkeiten für die Begrenzung der Bewegung der Teile 25
und 25 zueinander und bezüglich des eigentlichen Lagers 15 sind in den Figuren 4
und 5 angedeutet.
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In Fig. 4 ist im Radialschnitt ein Teil einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Lagers gezeigt, bei welchem zwei zusammenwirkende Lagerelemente
den als Einheit zu betrachtenden Einsatz bilden. Dabei sind Maßnahmen vorgesehen,
um die Bewegung der beiden Einsatzteile relativ zueinander als auch die Bewegung
beider Einsatzteile bezüglich dem Lager selbst zu begrenzen.
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Der im ganzen mit 59 bezeichnete Lageransatz ist innerhalb des eigentlichen
Lagers 57 angeordnet. Der Einsatz 59 weist ein erstes Lagerelement 61 mit mehreren
mit Abstand angeordneten federnden Rippen 65 und ein zweites Lagerelement 63 auf,
das mit dem ersten Lagerelement zusammenwirkt und von den federnden Rippen 65 des
Elementes 61 unterstützt ist. Das Lagerelement 65 endet an beiden Enden in radial
nach außen weisenden lippenartigen Abschnitte 67 und 69, welche das Lagerelement
61 an einer Drehbewegung in der Papierebene hindern, wobei aber kleine Spalte 71
und 75 an dieser Stelle zwischen den Lagerelementen bestehen, damit diese Lagerelemente
61 und 63 eine gewisse Relativbewegung zueinander durchführen können, die durch
Belastung, thermische Ausdehnung und dgl. notwendig
werden. Es
ist weiter ein Schlitz 75 in der Lagerschale 57 vorgesehen, der die lippenartigen
Abschnitte 67 und 69 aufnimmt und dadurch die Relativbewegung der ganzen Anordnung
59 innerhalb des Lagers 57 entsprechend beschränkt.
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Bei dem soweit beschriebenen Ausführungsbeispiel wirken die Lippenabschnitte
67 und 69 am Element 63 sowohl mit dem Lagerelement 61 als auch mit dem Schlitz
75 im eigentlichen Lager 57 zusammen, um sowohl eine Relativbewegung der beiden
Lagerelemente zueinander als auch eine Relativbewegung der beiden Lagerelemente
gemeinsam zum ganzen Lager 57 zu beschränken.
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Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist wieder dafür gesorgt,
daß der federnd gestaltete Lagersatz 81 sowohl eine kleine Relativbewegung zwischen
den beiden Lagerelementen als auch zwischen dem ganzen Satz und dem eigentlichen
Lager gestattet.
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Die Anordnung 81 besteht aus einem ersten Lagerelement 85 und einem
zweiten Lagerelement 85. Das Element 83 weist wieder mehrere mit gegenseitigem Abstand
angeordnete e lastische Rippen 65 auf. Diese Rippen 65 liegen in Berührung mit dem
zweiten Element 85 und lagern bzw. unterstützen dieses zweite Element in der oben
unter Hinweis auf Fig. 1 beschriebenen Weise. Das Lagerelement 85 ist an seinen
beiden Enden auf sich selbst zurückgebogen und bildet so in Umfangsrichtung gesehen
Taschen 91 und 93, die ihrerseits die beiden Enden des Lagerelementes 83 aufnehmen.
Es ist ferner zur Binschränkung der Relativbewegung zwischen dem Lagerelement 85
und dem eigentlichen Lager 79 ein Zapfen 95 in der ohne weiteres aus Fig. 5 ersichtlichen
Weise vorgesehen. Die erforderliche Relativbewegung zwischen den beiden Lagerelementen
ist durch
die Spalte 91 und 92 zwischen den Umbiegungen des Elementes
85 und den freien Enden des anderen Elementes bestimmt.
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Das Element 85 kann an seinen beiden Enden jeweils so weit zurückgebogen
sein, daß eine Art Tasche entsteht, in welche jeweils die Enden des anderen Elementes
einstehen.
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Die zusätzliche radiale Dicke des Einsatzes, deran der Stelle der
Umbiegungen entsteht, ist dann kein Problem, wenn man nur dem Außenlager 79 zumindest
auf einem Teil seines Umfangs eine entsprechende Innengröße gibt.
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Auf eine Beschreibung der Funktion der Ausführungsform nach Fig. 4
und 5 kann hier verzichtet werden, da für den Fachmann die obigen Ausführungen zu
Fig. 1 und 2 sinngemäß gelten.
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Bei den bisherigen Ausführungsbeispielen weist einer der beiden Einsätze
die Rippen auf, während der andere Einsatz eine glatte Oberfläche hat. Man kann
den Rippen selbstverständlich auch von den bisher erläuterten Darstellungen abweichende
Gestaltungen geben, ohne die Erfindung zu verlassen. So können z.B. entsprechende
Rippen an beiden Elementen vorgesehen sein; es ist nur stets dafür zu sorgen, daß
sich zwischen zwei aufeinander folgenden Rippen die unter Hinweis auf die Figuren
1 und 2 erläuterten Kissen und dünnen Filme aus tragendem Schmiermittel bilden.
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So ist es z.B. in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung möglich,
daß sich die Rippen nicht über die ganze axiale Länge des Lagers erstrecken, sondern
daß zwei oder mehr solche Rippen in axialer Richtung aufeinander folgen, wodurch
dann die Rippen nicht nur in Umfangsrichtung sondern auch in axialer Richtung voneinander
getrennt sind.
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Eine weitere Möglichkeit der Ausbildung der elastischen
Erhebungen
ist z.B. in Fig. 6 dargestellt, wonach das Lagerelement 23 mehrere in Axialrichtung
aufeinander folgende Kugelkulotten-förmige Ausprägungen oder dgl. aufweist, die
ersichtlich wieder die Wirkung einer durchgehenden Rippe übernehmen.
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Die Ausführungsform nach Fig. 7 ist der nach Fig. 6 ähnlich: wieder
ist jede axial verlaufende Rippe in eine Vielzahl kleiner Erhebungen unterteilt.
Zusätzlich verlaufen aber die durch jeweils mehrere solche Erhebungen loo gebildeten
Rippen in Form von Winkeln. Bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform hat man
damit den Vorteil, daß bei entsprechender Laufrichtung das Schmiermittel, das die
eigentlichen Lagerkräfte übernimmt, zentral zur Mitte des Lagers (in axialer Richtung
gesehen) geleitet wird, mit welcher Maßnahme man beispielsweise das seitliche Heraustreten
der Schmiermittelflüssigkeit aus dem Lager an den beiden axialen Enden stark vermindern
kann. Lager nach Fig. 7 sind mithin in der zuletzt erläuterten Arbeitsrichtungwesentlich
starker belastet, als wenn man sie in der umgekehrten Richtung arbeiten lassen wollte.
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In manchen Fällen ist das Anfangsdrehmoment hinderlich oder zu groß.
In diesen Fällen kann man herkömmliche technische Maßnahmen zur Herabsetzung von
Reibungskräften verwenden, z.B. Beläge aus einem festen Schmiermittel, wie z.B.
Molybdändisulfid. Man kann auch ein fließfähiges Schmiermittel zwischen die einander
gegenüberliegenden Lagerflächen einspritzen. Bei einem mit Luft als Schmiermittel
nach der Erfindung arbeitenden Lager kann man ein wenig Wasser zwischen die tragenden
Flächen beim Start einspritzen. Das Wasser wird nach anlaufen des Lagers
schnell
verdampft sein und das Lager arbeitet nunmehr mit Luftschmierung. In diesem Zusammenhang
ist darauf hinzuweisen, daß Gase grundsätzlich im Sinne der vorliegenden Abhandlung
als "Schmiermittel" angesehen werden, auch wenn in den bisherigen Erläuterungen
fast ausschließlich von einem flüssigen Schmiermittel die Rede war.
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In Fig. 8 ist in auseinandergezogener Darstellung ein nach der Erfindung
ausgebildetes Axiallager 111 dargestellt. Das Lager weist zunächst das bewegliche
Teil des Axiallagers in Gestalt eines Tellers 119 auf, der mit der gedrehten Welle
oder Achse 121 verbunden ist. Das eigentliche Lager in einer Platte 115 besteht
aus einer Ausnehmung 123. Zwischen die Unterseite des Tellers 119 und die nach oben
weisende Fläche der Ausnehmung 123 ist wieder ein zweiteiliger Satz 117 aus Ringscheiben-förmigen
Lagerelementen 127 und 129 eingelegt.
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Der elastische Lagersatz 117 besteht aus einer ersten Ringscheibe
127 und einer zweiten Ringscheibe 129, die in der oben an Radiallagern erläuterten
Weise zusammenwirken.
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Das Lagerelement 127 weist mit in Umfangsrichtung vorgesehenem jeweiligen
Abstand federnde Rippen oder Erhöhungen 131 auf. Das zweite Lagerelement 129 wirkt
mit den Rippen 131 in der beschriebenen Weise zusammen. Die beiden Teile 127 und
129 sind als Einheit ausgebildet, deren beide Einzelteile nur eine begrenzte Relativdrehbewegung
zueinander ausführen können. Der ganze Einsatz 117 paßt in die Ausnehmung 123. Eine
relative Drehbewegung des zweiteiligen Einsatzes 117 in der Ausnehmung 123 kann
dadurch begrenzt bzw verhindert werden, daß man das Teil 117 in geeigneter Weise
auf der ebenen Grundfläche der Ausnehmung 123 festlegt. So kann z.B. der Ring 127
mit einer Punktschweißung innen in der Ausnehmung 123 festgelegt werden.
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Wegen der insoweit symmetrischen Gestaltung der entsprechenden Teile
kann das Lager in beiden Drehrichtungen arbeiten.
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Bei dem Lager nach der Fig. 8 spielensich dieselben Vorgänge im Betrieb
ab, wie dies zuvor erläutert wurde. Die Ringscheiben-förmigen Lagerelemente 127
und 129 wirken im Betrieb derart zusammen, daß das Teil 129 mit den elastischen
Rippen 131 zusammenwirkt bzw. über ihnen ruht, was durch die geschilderten Strömungsmittel-Phänomene
erreicht wird. Das Teil 129 schwimmt also gewissermaßen -auf mehreren Kissen aus
Strömungsmittel, die sich unter lokaler Verbiegung des Teiles 129 zwischen aufeinander
folgenden Rippen 131 bilden.
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In Fig. 9 ist in Art einer Explosionszeichnung eine Hälfte eines Lagereinsatzes
dargestellt, der für ein Lager nach Fig. 8 geeignet ist. Es sind dabei zwei halbkreisförmige
und in Form eines ganzen Kreises zusammengelegte Elementsätze erforderlich, um ein
vollständiges Druklager zu bilden. Jeder halbkreisförmige Elementensatz 131 weist
ein erstes Teil 153 und ein zweites Teil 155 auf. Das Teil 153, das als Halbring
links des Durchmessers A-A dargestellt ist, weist die erwähnten Rippen 157 auf,
die elastisch sind. Das Teil 155 besteht aus einem über einem Durchmesser B-B gefalteten
Ring, der also in Draufsicht die Gestalt eines Halbkreises hat und zwischen seinen
beiden Hälften das Teil 153 aufnimmt. Das Teil 155 besteht mithin aus den beiden
Halbkreishälften 159 und 161, die auf der Linie B-B miteinander verbunden sind.
Die Elemente 153 und 155 werden nun dadurch zu einem Elementensatz vereinigt, daß
geeignete Sicherungsmittel für die Tasche zwischen den beiden zusammenhängenden
Hälften derart vorgesehen sind, daß das Teil 153 innerhalb dieser Tasche
festgehalten
ist. Zu diesem Zweck kann z.B. die eine Hälfte 161 des Teils 155 einen radialen
kleinen Fortsatz 165 haben, der in Richtung zur anderen Hälfte umgebogen ist und
dort in eine entsprechende Ausnehmung einsteht, deren Anordnung aus Fig. 9 links
von dem kleinen Fortsatz 163 erkennbar ist.
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Nunmehr werden zwei der soeben beschriebenen "halben" Lagerelementsätze
in beispielsweise die Ausnehmung 125 gemäß Fig. 8 eingelegt und dann kann die Druckplatte
119 aufgelegt werden. Die Arbeitsweise des Lagers ist nach dem vorstehend erläuterten
evident. Man kann nun noch eine Relativdrehung der beiden halben Elementsätze im
Lager gegenüber dem Lager selbst dadurch verhindern, daß man z.B. einen dieser beiden
halben Sätze durch eine Punktschweißung am Boden der Ausnehmung 123 festlegt.
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Nach der Erläuterung eines Radiallagers und eines Axiallagers soll
im folgenden unter Hinweis auf Fig. 10 ein konisches Lager nach der Erfindung erläutert
werden, das zur Aufnahme sowohl axialer als auch radialer Belastungen geeignet ist.
Das im ganzen mit 211 bezeichnete Lager weist das bewegbare Lagerteil, hier einen
Konus 219 an einer Welle oder Achse 221 auf. Mit 217 ist ein zweiteiliger Lagersatz
bezeichnet; die Lagerpfanne ist in einem Ansatz 215 beispielsweise an einem Teil
eines Maschinengehäuses 225 angeordnet.
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Die aus federndem Werkstoff bestehenden zwei Teile 229 und 227 des
Lagerelementsatzes 217 haben im wesentlichen in Anpassung an die konische Form des
Lagers wieder die Merkmale, die zuvor erläutert wurden: das Teil 227 weist nach
innen - zum glatten Teil 229 hinweisend - Rippen 231 auf, die elastisch sind und
wieder den erläuterten Umfangsabstand
voneinander haben.
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Ein konisches Lager wird aus, leicht verständlichen Gründen mit mindestens
drei Rippen 231 im Teil 227 ausgestattet. Die Teile 227 und 229 sind so angeordnet,
daß die elastischen Rippen 231 zusammen mit den dazwischen liegenden Teilen des
Elementes 229 elastische Kissen aus Strömungsmittel, z.B. einen Schmieröl oder einem
Gas bilden. Das Teil 259 nimmt auf seiner inneren, d.h. in Fig. 10 oberen Fläche
den Konus 219 auf, während das Teil 227 mit seiner Außen- (d.h. unteren) fläche
in der eigentlichen Lagerbohrung 237 liegt. Es ist wieder nach den vorstehenden
Erläuterungen dafür gesorgt, daß die entsprechenden Teile 229 und 227 nur begrenzte
Relativbewegungen zueinander ausführen können, und daß die Einheit 217 ihrerseits
nicht frei im eigentlichen Lager 237 drehbar ist. Mit 241 und 243 sind Schultern
oben und unten an der Lagerfläche 237 bezeichnet, deren Sinn ohne weiteres evident
ist.
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Patentansprüche