DE2544872A1

DE2544872A1 - Fluidlager

Info

Publication number: DE2544872A1
Application number: DE19752544872
Authority: DE
Inventors: Brugge Belgien Ir Blondeel
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert AG
Priority date: 1974-10-08
Filing date: 1975-10-07
Publication date: 1976-04-29
Also published as: DE2544872C2; FR2287616A1; JPS5164145A; SE7511187L; SE410993B; NL7511801A; CA1034627A; US4045098A; BE834067A; FR2287616B1; GB1509709A; CH604033A5; IT1056123B

Description

PATENTABTEILUNa

LEVERKUSEN

δ. ΟΚΤ. 1975

Fluidlager

Priorität : Grossbritannien, den 8. Oktober 1974- (provisional) und den 11. Juli 1975 (complete), Anm.Nr. 4-3 55V74-

Die Erfindung betrifft ein Lager, das ein Lastübertragungselement aufnehmen kann, so dass eine Oberfläche des Lagers und eine Oberfläche eines Teils des Lastübertragungselementes gemeinsam einen Lagerzwischenraum begrenzen, der über eine Pluideinlasszone mit einem Pluidvorrat in Verbindung steht, aus dem das Fluid unter Druck entlang des Zwischenraumes in eine oder mehrere Fluidauslasszonen strömen kann. Lager dieses Typs werden nachfolgend als Fluidlager bezeichnet.

Bei dem Druckfluid (unter Druck stehendem Fluid) kann es sich um ein komprimierbares Fluid, wie z.B. Luft, Wasserdampf oder Helium, handeln, oder es kann praktisch nicht-komprimierbar sein, wie Wasser oder öl. Fluidlager können für mehrere Anwendungszwecke konstruiert sein, beispielsweise als Drucklager, Muldenlager, Kugel- und -Pfannenlager und Hülsenlager.

Es sind bereits mehrere Typen von Fluidlagern bekannt, die unter einer geringen Belastung zwar zufriedenstellende Eigenschaften aufweisen, ihr Verhalten unter hoher Belastung ist jedoch unbefriedigend. Die bekannten Fluidlager haben insbesondere den Nachteil, dass sie instabil sind, insbesondere

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dann, wenn das verwendete Druckfluid gasförmig ist. Es ist bekannt, eine der Lageroberflächen aus einem elastomeren Material, wie Kautschuk, herzustellen, so dass sie unter dem Einfluss der Fluiddruckschwankungen in dem Lager Zwischenraum nachgibt, die elastischen Eigenschaften einer solchen Oberfläche waren in der Regel bisher jedoch unbefriedigend, insbesondere für die Verwendung von Gasen. Jeder dieser Nachteile kann dazu führen, dass die Lageroberflächen bei verhältnismässig geringen Belastungen miteinander in Kontakt kommen. Dadurch wird das Lager oder das von ihm aufgenommene Element insbesondere bei hohen relativen Geschwindigkeiten zwischen den Lageroberflächen oder dann, wenn das Element eine empfindliche Oberfläche hat, was bei den bisher üblicherweise verwendeten Lagern der Fall ist, beschädigt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Fluidlager mit einer erhöhten Stabilität und/oder einer maximalen Belastbarkeit anzugeben und dieses Ziel wird erfindungsgemäss erreicht mit einem Fluidlager, das ein Lastübertragungselement aufnehmen kann, bei dem eine Oberfläche des Lagers und eine Oberfläche eines Teils des Lastübertragungselementes gemeinsam einen LagerZwischenraum bilden, der über wenigstens einen Fluideinlass an einer Fluideinlasszone, aus der ein Fluid unter Druck entlang des Zwischenraumes in eine oder mehrere Fluidauslasszonen strömen kann, mit einem Fluidvorrat in Verbindung steht, wobei eine dieser Oberflächen nachgiebig ist und die Fluideinlasszone umfasst, so dass bei jeder beliebigen Lagerbelastung innerhalb eines bestimmten Bereiches der Zwischenraum dort, wo Belastungsaufnahmereaktionskräfte auftreten, eine Konvergenz in Richtung des Fluidstromes aufweist, und jede Zunahme dieser Belastung innerhalb dieses Bereiches eine relative Versetzung bzw. Verdrängung dieser Oberflächen hervorruft, die zu einer Verstärkung der Konvergenz führt und wobei das die nachgiebige Oberfläche enthaltendes Element wenigstens teilweise den oder mindestens einen Fluideinlass bestimmt.

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Die Erfindung bezieht sich insbesondere, jedoch nicht ausschliesslich, auf ITuidlager, die mit einem komprimierbaren Druckfluid beschickt werden, dessen Druckschwankungen diese relative Versetzung bzw. Verdrängung der Lageroberflächen hervorrufen.

Der Lagerzwischenraum kann in einem erfindungsgemässen üfluidlager je nach Verwendungszweck, für den es bestimmt ist, verschiedene Konfigurationen haben. So kann es sich bei dem Lager beispielsweise um ein Drucklager mit einem kreisförmigen Lagerspielraum mit einer zentralen Fluideinlasszone, aus der das Druckfluid radial nach aussen in eine umgebende Fluideinlasszone strömt, oder um ein Hülsenlager handeln, in dem der Zwischenraum die Form der Oberfläche eines Rohres hat und in dem das Druckfluid von einem Ende zu dem anderen strömt. Es sei darauf hingewiesen, dass im Falle eines Drucklagers die Lastaufnahmereaktionskräfte praktisch innerhalb des gesamten LagerZwischenräumes vorherrschen, während im lalle eines Hülsenlagers, das eine Welle aufnimmt, die Belastungskräfte auf der Welle bewirken, dass Belastungsaufnahmereaktionskräfte in einem Teil des LagerZwischenraumes auftreten.

Bei den Gegenstand der Erfindung bildenden ITuidlagern handelt es sich um solche, bei denen die Zusammensetzung einer nachgiebigen Oberfläche derart ist, dass das diese Oberfläche bildende Material nicht fliesst, wenn es den Lastaufnahmereaktion skr äf ten ausgesetzt ist. Das heisst, dass das diese Oberfläche bildende Material keinen örtlichen Verformungen unterliegt - und somit keine örtlichen Änderungen der Geometrie des Lagerzwischenraumes unter dem Einfluss von beispielsweise stehenden Wellenmustern des Fluidmediums auftreten -, wenn es den Last tragenden Reaktiönskräften ausgesetzt ist. Dies bedingt, dass der Elastizitätsmodul dieser nachgiebigen Oberfläche ausreichend hoch sein sollte und ein Wert, der einen Hinweis auf die untere Grenze dieses Elastizitätsmoduls einer solchen Zusammensetzung bei der erfindungsgemässen Anwendung gibt, wird sich auf 10 kg/cm

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belaufen.. Es ist daher klar, dass Elastomere, wie Kautschuk und dergleichen, und verhältnismässig leicht verformbare Kunststoffe, wie Polytetrafluoräthylen, zur Anwendung bei den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ausgeschlossen sind, während Materialien, wie Aluminium und Stahl, und Kunststoffe, wie Epoxoverbindungen, die durch Fasern verstärkt sind oder nicht, für die Verwendung in einem erfindungsgemässen Lager ausserordentlich gut geeignet sind.

Wenn eine geeignete geometrische Form- des Fluidströmungsweges gewählt wird, weist ein erfindungsgemässes Lager sehr gute Eigenschaften in bezug auf seine Steifigkeit und seine maximale Belastbarkeit auf und besitzt auch eine hohe Stabilität, selbst wenn das Fluid komprimierbar ist. Die bisher bekannten nachgiebigen Lager, in denen komprimierbare Fluids verwendet werden, weisen im allgemeinen bei fast allen Belastungen eine geringe Stabilität auf. Nach dem derzeitigen Stand der Entwicklung scheint es, dass eine Reihe von Faktoren die Belastung, die Steifigkeit und die Stabilitätseigenschaften der erfiüdungsgemäss aufgebauten Fluidlager beeinflussen, und bevorzugt sind daher die vorstehend definierten Lager, die eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen :

(a) Die Konvergenz tritt über den grösseren Teil des Abstandes zwischen der Fluideinlasszone und der Fluidauslasszone auf und sie besteht am zweckmässigsten über den gesamten oder praktisch den gesamten diesbezüglichen Abstand,

(b) die Konvergenz besteht ab einer bestimmten Stelle an der Fluideinlasszone,

(c) die Oberfläche des Lagers ist nachgiebig,

(d) die Konvergenz ist im wesentlich gleichmässig, d.h., der Zwischenraum konvergiert nicht stufenförmig, so dass abrupte Änderungen der Grosse des Lagerzwischenraumes in Richtung des Fluidstromes vermieden werden, ebenso wie der abrupte Beginn jeder dieser Änderungen.

Die Anwendung irgendeines oder aller dieser Merkmale ermöglicht die Herstellung eines Fluidlagers, das über einen sehr A-G Ι4·οο

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"breiten Belastungsbereich eine hohe Stabilität und eine hohe maximale Belastbarkeit aufweist. Es kann auch eine hohe Lagersteifigkeit erzielt werden. Insbesondere wirkt sich die Vermeidung von abrupten Änderungen der Grosse des Lagerzwischenraumes förderlich auf die laminare Strömung aus oder es werden mindestens unvorhersehbare Schwankungen des Druckgradienten zwischen den Fluideinlasszonen und -auslasszonen vermieden. Fluidlager des vorstehend beschriebenen Aufbaues können beispielsweise als Drucklager oder Hülsenlager ausgestaltet werden, die vorliegende Erfindung bezieht sich jedoch auch insbesondere auf eine neue Form eines Fluidhülsenlagers.

Bei dieser neuen Form eines Fluidhülsenlagers ist die Oberfläche des Lagers, die nachgiebig ist, die Oberfläche einer Lagerhülse, die so befestigt ist, dass sie in bezug auf das aufgenommene Lastübertragungselement in Abhängigkeit von den Schwankungen der Fluiddruckverteilung in dem Lagerzwischenraum, die auf die Schwankungen in der angewendeten Belastung zurückzuführen sind, angular verschiebbar ist. Bei Fluidlagern gemäss dieser neuen Form können die Seiten des Lagerzwischenraumes, wenn keine Belastung angewendet wird, parallel zueinander sein und solche Gestaltung wird vorgezogen. Die Lagerhülse ist vorzugsweise so befestigt, dass sie um einen Drehpunkt verschoben werden kann, der der Fluidauslasszone näher liegt als der Fluideinlasszone.

Die Erfindung umfasst auch Doppelhülsen-Fluidlager, in denen zwei Lagerhülsenabschnitte vorhanden sind, die zusammen mit den Oberflächen von Teilen des aufliegenden Lastübertragungselementes Lagerzwischenräume mit einer gemeinsamen Fluideinlasszone begrenzen.

Gemäss einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung die Steifigkeit skompensation eines Fluidlagers. Aus den vorstehenden Angaben kann entnommen werden, dass die relative Versetzung over Verdrängung der Lageroberflachen bei zunehmender Belastung, wodurch die Konvergenz des Lagerzwischenraumes ver-

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stärkt wird, das Auftreten einer relativen Versetzung oder Verdrängung zwischen dem Lagerelement und dem Lastübertragungselement erfordert. Die genannte relative Versetzung oder Verdrängung der beiden Elemente als Funktion von Änderungen des Belastungszustandes bestimmt, die Steifigkeit des Lagers und diese Steifigkeit ist positiv in einem solchen Sinne, dass eine Erhöhung der Belastung zu einer Verringerung des Abstandes zwischen diesen beiden Elementen führt.

Gemäss dem genannten anderen Aspekt der Erfindung kann das Fluidlager so kompensiert werden, dass im Gegensatz zu dem, was aus den obigen Ausführungen geschlossen werden könnte, keine relative Verschiebung des Lagerelementes in bezug auf das Lastübertragungselement erforderlich ist, um die geometrische Form des Lagerzwischenraumes zu ändern. Die Kompensation wird dadurch erzielt, dass man das Lager in der Weise anordnet, dass die Änderung des Abstandes zwischen den Lageroberflächen, die erforderlich ist, um die geometrische Form des Lagerzwischenraumes bei sich ändernden Belastungsbedingungen zu ändern, durch die nachgiebige Oberfläche selbst bewirkt wird anstatt durch das Lagerelement oder das Gehäuse, in dem diese nachgiebige Oberfläche befestigt ist. Daher bewegt sich die Membran nun in Richtung auf die gegenüberliegende Lageroberfläche zur Verstärkung der Konvergenz des Lagerzwischenraumes anstatt dass die Membran in einer Richtung von der gegenüberliegenden Lageroberfläche weg verschoben oder verformt wird, um die Konvergenz des Lagerzwischenraumes zu verstärken. Durch Kompensieren des Lagers auf die beschriebene Weise kann die Lagersteifigkeit viel grosser werden und im Extremfalle kann sie unendlich gross werden oder im Falle der Anwendung einer Uberkompensation kann sie sogar negativ werden und eine Vergrösserung des LagerabStandes für eine zunehmende Belastung bewirken.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielshaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen :

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Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemässen Drucklagers,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 ein Diagramm der Belastbarkeit und des Luftverbrauchs als Funktion des Lagerzwischenraumes bei einem Drucklager mit einer nachgiebigen Lageroberfläche und einem konvergierenden LagerZwischenraum,

Fig. 4 ein ähnliches Diagramm für ein Drucklager mit einer nicht-verformbaren Lageroberfläche und einem konvergierenden Lagerzwischenraum,

Fig. > ein ähnliches Diagramm für ein Lager mit einer nichtverformbaren Lageroberfläche und einem geradlinigen LagerZwischenraum,

Fig. 6 eine Querschnitt.sansicht eines modifizierten Drucklagers gemäss Fig. 1,

Fig. 7 eine Darstellung eines Membranlagers mit einer Kompensation und einer Uberkompensation im Vergleich zu einem nicht-kompensierten Lager,

Fig. 8 eine detailliertere Ansicht eines Membranlagers mit einer erhöhten Kompensation,

Fig. 9 ein Diagramm, welches das Verhalten dieses Lagers angibt,

Fig. 10 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemässen axialen Lagers,

Fig. 11 eine detaillierte Darstellung einer Form der Membran des Lagers gemäss Fig. 10,

Fig. 12 einen Querschnitt entlang der Linie 12-12 der Fig. 11,

Fig. 13 eine detaillierte Darstellung einer anderen Form der Membran des Lagers gemäss Fig. 10,

Fig. 14 einen Querschnitt entlang der Linie 14—14 der Fig. 13,

Fig. 15 ein Diagramm der Belastbarkeit eines Lagers gemäss Fig. 10, 11 und 12,

Fig. 16 ein Diagramm der Belastbarkeit eines Lagers gemäss Fig. 10, 13 und 14,

Fig. 17 eine andere Form der Membran für ein Lager gemäss Fig. 10,

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Fig. 18 eine detaillierte Darstellung des Lagerzwischenraumes, der mit der Membran gemäss Fig. 17 erhalten werden kann,

i"ig. 19 eine perspektivische Ansicht eines erfindungs gemäss en Lagers für die Auflage eines Film- oder Papierstreifens,

Fig. 20 eine schematische Darstellung eines anderen Lagers für die Auflage eines Film- oder Papierstreifens,

Fig. 21 eine Darstellung einer Walze, die durch teilkugelförmige erfindungsgemässe Lager drehbar gelagert ist,

Fig. 22 eine detaillierte Darstellung eines Lagers gemäss Fig. 21,

Fig. 23 eine Darstellung einer anderen Ausführungsform eines teilkugelförmigen Lagers,

Fig. 24 eine Darstellung eines kompensierten teilkugelförmigen Lagers,

Fig. 25 ein radiales erfindungsgemässes Lager,

Fig. 26 ein Druckdiagramm des erfindungsgemässen Lagers gemäss Fig. 25 im unbelasteten Zustand,

Fig. 27 ein Druckdiagramm des Lagers bei Einwirkung eines Drehmomentes, "

Fig. 28 ein Druckdiagramm für das Lager bei Anwendung einer radialen Belastung,

Fig. 29 eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemässen zylindrischen Lagers,

Fig. JO, linke Seite, einen Querschnitt entlang der Linie 3OA-3OA der Fig. 29, und

rechte Seite, einen Querschnitt entlang der Linie 3OB-3OB der Fig. 29,

Fig. 31 eine Längsschnittansicht einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemässen zylindrischen Lagers,

Fig. 32, linke Seite, einen Querschnitt entlang der Linie 32A-32A der Fig. 3"! und

rechte Seite, einen Querschnitt entlang der Linie 32B-32B der Fig. 31, ·

Fig. 33 in schematischer Form die verschiedenen Positionen des Drehpunktes einer Lagerhülse,

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Fig. 34 ein selbstjustierendes zylindrisches Lager, Fig. 35 einen Querschnitt entlang der Linie 35-35 der

Fig. 34- und
Fig. 36 ein erfindungsgemässes Lager, das zum Dämpfen der Vibration in einer Walze verwendet wird.

In der Fig. 1 ist ein selbstkompensierendes unter Druck stehendes Drucklager dargestellt, das aus zwei Wänden 10 und 11 besteht, welche die einander gegenüberliegenden Oberflächen und 13 bilden, die während des Betriebs durch das Druckfluid, in diesem Falle Luft, voneinander getrennt sind, welches in den durch die Pfeile angegebenen Eichtungen strömt. Die Wand 10 ist eine ebene, polierte, starre Wand eines Lastübertragungselementes, während die Wand 11 eine nachgiebige Wand in Form einer Membran ist, die an ihrem Umfang gegenüber einer Kammer 14 abgedichtet ist, die mit einem Einlass 15 verbunden ist, der eine Verbindung zu einem Vorrat an einem Druckfluid herstellt. Die Membran weist eine zentrale Fluideinlassöffnung 16 auf. Das Lager kann durch eine Kraft F in Richtung des Pfeils 18 belastet sein und diese Belastung wird durch eine Kugel 17 übertragen, die das Lager selbstjustierend macht. Das Gehäuse 14 und die Membran 11 können einen kreisförmigen Querschnitt haben, wie er durch die Querschnittsansicht gemäss Fig. 2 dargestellt ist. Die Lageroberfläche 13 der Membran 11 ist nicht eben, sondern weist eher eine geringe Konizität in einem solchen Sinne auf, dass die Grosse des Lagerzwischenraumes zwischen der Lageroberfläche 13 und der ebenen Lageroberfläche 12 von dem Rand der Öffnung 16 bis zu dem Umfang der Lageroberflache 13 allmählich abnimmt und dies über einen Winkel von 360°· Die beschriebene Konfiguration der Lageroberfläche 13 ist in einem vergrösserten Masstabe in dem oberen Teil der Fig. 3, die eine partielle vertikale Querschnittsansicht des Lagers durch die öffnung 16 repräsentiert, dargestellt. Die Bedeutung der Symbole in Fig. 3 ist wie folgt :

D. bedeutet den Gesamtdurchmesser des Lagers, D~ bedeutet den Durchmesser der nachgiebigen Lagerwand,

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d ist der Durchmesser der Fluideinlassöffnung 16,

c ist die Konizität des LagerZwischenraumes, ausgedrückt durch den vertikalen Abstand zwischen dem Umfang der öffnung 16 und einer Ebene, welche die Peripherie der Lageroberfläche 13 umfasst, und zwar für eine unbelastete Membran 11, d.h. auf beiden Seiten der Membran herrscht Atmo'sphär endruck,

a ist die Dicke der Membran, gemessen an dem Umfang der zentralen Öffnung 16,

s ist der Zwischenraum zwischen den Lageroberflächen während des Betriebs, gemessen an dem Umfang der Lageroberfläche

F ist die Belastung des Lagers, ausgedrückt in Kilo-Uewton, Q gilt für die Strömungsgeschwindigkeit des in den Einlass eingeführten, unter Druck stehenden Fluids, ausgedrückt in Gramm pro Sekunde (für Luft).

Die Funktionsweise des beschriebenen Lagers ist wie folgt : Der Druck an der Oberseite der Membran 11 ist gleich dem Druck der zugeführten Luft, während der Druck an der Unterseite der Membran von der Belastung auf dem Lager und von dem Druckabfall über der Öffnung 16 abhängt, wenn die öffnung ziemlich klein ist. Die-Druckverteilung auf den gegenüberliegenden Seiten der Membran ist anders, wenn eine Belastung erfolgt und die Folge davon ist, dass sich die Membran durchbiegt. Der Grad der Durchbiegung hängt von der angewendeten Belastung ab. So nimmt beispielsweise bei zunehmender Belastung der Zwischenraum an dem Lagerrand ab und infolgedessen steigt der Fluiddruck an Punkten entlang des Fluidströmungsweges zwischen der Fluideinlassöffnung 16 und dem Fluidauslass an dem Lagerrand. Wenn der Fluidzuführungsdruck und damit der Fluiddruck innerhalb des Gehäuses 14- praktisch konstant bleibt, besteht eine Druckdifferenz an der Membran, die bewirkt, dass sie sich von der Lastübertragungswand 10 wegbiegt. Die Konvergenz des Lagerzwischenraumes wird dadurch stärker, bis ein Gleichgewicht zwischen der Druckdifferenz an der Membran und den

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Spannungen, die in der Membran als Folge ihrer Verformung erzeugt werden, erzielt wird. Die Folge davon ist, dass ein Lager gemäss Fig. 1 imstande ist, grÖssere maximale Belastungen unter stabilen Bedingungen aufzunehmen als ein Lager mit vergleichbaren Dimensionen, dessen Lageroberflächen beide aus starren Wänden bestehen. Dieser Unterschied wird in den Fig. 3 und 4 erläutert, wobei die Fig. 3 die gemessenen Eigenschaften eines Lagers gemäss Fig. 1 und die Fig. 4 die Eigenschaften eines Lagers mit einer starren Vand anstelle einer nachgiebigen Membran darstellen. Die durchgezogenen Linien in den Fig. 3 und 4 stellen die Belastungen der Lager bei den Zuführungsdrucken dar, bei denen die Messungen durchgeführt wurden, nämlich bei einem Überdruck von 2, 4 und 6 Atmosphären, und die gestrichelten Linien stellen den Luftverbrauch bei den entsprechenden Luftzuführungsdrucken dar. Die Dimensionen der Lager waren folgende :

D = 97 mm (Gesamtdurchmesser der Lager),

äy, = 0,55 nmi (Durchmesser der Fluideinlassöffnung 16 in der nachgiebigen Lageroberfläche),

dp = 0,50 mm (Durchmesser der Fluideinlassöffnung in der starren Lageroberfläche),

Dp = 80 mm (Durchmesser der nachgiebigen Lageroberfläche),

a = 3,3 nun (Dicke der nachgiebigen Membran an der Fluideinlassöffnung) ,

c. = 26 um (Eonizität der unbelasteten nachgiebigen Lageroberfläche) ,

Cp = 19 um (Konizität der starren Lageroberfläche),

Material der Membran : Stahl mit einem Elastizitätsmodul von 9 x 10¹⁰ N/m².

Ein Vergleich zwischen den beiden Diagrammen zeigt, dass das Lager mit der nachgiebigen Oberfläche (Fig. 3) in der Lage ist, eine beträchtliche grössere maximale Belastung aufzunehmen als das Lager mit der starren Oberfläche (Fig. 4). Ausserdem zeigt das nachgiebige Lager eine Steifigkeit, die um etwa 50 % grosser ist als diejenige des starren Lagers. Der hier

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verwendete Ausdruck "Steifigkeit" bezieht sich auf eine Änderung des Zwischenraumes s bei einer gegebenen Änderung der Belastung F und es ist selbstverständlich, dass ein zunehmender Anstieg der Kurven eine zunehmende Steifigkeit des Lagers anzeigt. Es ist bekannt, dass eine Konvergenz , die gleich O ist, wie im Falle von zwei parallelen Lageroberflächen, die Wirkung hat, dass die Belastbarkeit und die Steifigkeit des Lagers viel geringer "sind, wie das Diagramm der Fig. 5 zeigt, worin IL = 97 mm und d = 0,55 mm. Schliesslich ist das nachgiebige Lager (Fig. 3) frei von instabilen Resonanzeffekten (pneumatisches Hämmern), während das Diagramm der Fig. 4-zeigt, dass bei einem LuftZuführungsüberdruck von 6 Atmosphären eine Zone der Instabilität auftritt, wie sie durch den gestrichelten Abschnitt in c.er ansonsten durchgehenden Kurve angezeigt ist.

Die Herstellung des Lagers gemäss Fig. 1 kann wie folgt durchgeführt werden : Ein massiver Stahlstift wird zu einer solchen Form abgedreht, dass er den zylindrischen Teil (d.h. die Seitenwand) des Gehäuses 14- und die nachgiebige Wand 11 bildet. Eine getrennte obere Wand wird dann hermetisch gegenüber dem zylindrischen Teil abgedichtet (nicht dargestellt). Die nachgiebige Wand 11, die eine gleichmässige Dicke hat, wird dann an ihrer unteren Oberfläche 13 in eine konische Form gebracht, indem man diese Oberfläche konisch umschlägt, oder indem man im Innern des Gehäuses 14 einen Überdruck (beispielsweise von Luft) einstellt, um die Vand 11 vorzuspannen, wonach die konvex gekrümmte Oberfläche 13 auf einer Oberflächenschleifeinrichtung so lange bearbeitet wird, bis sie glatt ist. Selbstverständlich können auch andere Herstellungsverfahren, wie z.B. das Formgiessen oder Stanzen, angewendet werden.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Lager wirkt der Luftdruck praktisch auf die gesamte obere Oberfläche der Membran 11 ein. Selbstverständlich gibt es auch andere Konfigurationen des Lagers, die sich von der in Fig. 1 dargestellten unterscheiden.

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So kann beispielsweise die Öffnung 16 wesentlich grosser sein, so dass die Oberfläche 11 der Wand 13, die durch das unter Druckfluid belastet wird, entsprechend kleiner ist so dass an der öffnung 16 kein Druckabfall auftritt. Bei einer extremen Konfiguration wirkt das unter Druck in den Lagerzwischenraum eingeführte Fluid nicht auf die obere Oberfläche der Membran und eine solche Ausführungsform ist in der Fig. erläutert, bei der das Lager eine kreisförmige Wand 20 aufweist, die an ihrem unteren Ende in einer Membran 21 endet, die mit einer Fluideinlassöffnung 22 versehen ist. Ein Vorrat von Druckfluid ist durch ein flexibles Rohr 23 und eine kleine Röhre 24-, die mit der Wand 21 in Verbindung steht, mit der öffnung verbunden. Selbstverständlich kann im vorliegenden Falle die unbelastete Konizität der unteren Oberfläche der Wand 21 viel geringer sein, da beim Betrieb der auf die Wand 21 einwirkende Gesamtdruck der Atmosphärendruck des Fluids in dem Lagerzwischenraum zwischen den beiden Lageroberflächen des Lagers ist. Daher entstehen während des Betriebs Spannungen in der Wand 21,die bewirken, dass ihre untere Oberfläche die gewünschte konische Gestalt annimmt.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Lager stand das Innere des Gehäuses unter Atmosphärendruck. Es ist klar, dass dann, wenn das Gehäuse an der Oberseite geschlossen und durch einen Einlass ähnlich wie der in Fig. 1 dargestellte Einlass 15 mit einem zweiten Vorrat eines Druckfluids verbunden ist, die Krümmung der Membran durch Variieren des Druckes dieses zweiten Vorrats gesteuert werden kann. Das erwähnte zweite Druckfluid kann das gleiche Fluid sein wie es zur Erzeugung des Lagerdruckes verwendet wird, z.B. Luft, oder es kann ein anderes Fluid sein, z.B. ein anderes Gas oder eine Flüssigkeit, wie Wasser oder öl. Ausser der Steuerung der Krümmung der Membran kann das zweite Fluid auch noch eine andere Funktion haben, nämlich diejenige, die Vibrationen der Membran, die auftreten können, wenn die Membran bei bestimmten Betriebsbedingungen, wie oben in bezug auf Fig. 4· beschrieben,

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in Resonanz kommt, zu dämpfen.

-Bei einer anderen Ausführungsform des Lagers gemäss Fig. 1 kann die Grosse der Fluideinlassöffnung 16 bis zu einem solchen Grad verringert werden, dass ihre Grössenordnung etwa derjenigen des Zwischenraumes s während des Betriebs des Lagers entspricht, so dass ein beträchtlicher Teil des Gesamtdruckabfalls in dem Fluid, möglicherweise bis zu der Hälfte, an dieser Öffnung auftritt. Ein solcher Typ einer Öffnung wird als Drosselöffnung bezeichnet und ihr Hauptvorteil besteht darin, den Verbrauch an Druckfluid (unter Druck stehendem Fluid) stark zu verringern, wobei fast kein nachteiliger Effekt auf die maximale Belastbarkeit des Lagers auftritt.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform kann diese Drosselöffnung eine variable Drosselöffnung sein. So kann beispielsweise die Öffnung so angeordnet sein, dass sie als Funktion des Luftdruckes in dem LagerZwischenraum dem Durchgang der Druckluft einen grösseren oder geringeren Widerstand entgegensetzt, und durch eine solche Anordnung kann der Luftverbrauch noch weiter herabgesetzt werden, wobei gleichzeitig die Gefahr der Verstopfung vermindert wird. In diesem Zusammenhang darf auf den Aufsatz D2, "Externally pressurized bearing with pressure dependent restrictors" verwiesen werden, der bei dem sechsten International Gas Bearing Symposium, abgehalten am 27· bis 29· März 1974 an der Universität von Southampton, verteilt wurde und worin näh:ere Einzelheiten über variable Drosselöffnungen (Restriktoren) zu finden sind.

Die Fig. 7 erläutert den Einfluss der Position des Einspannpunktes der nachgiebigen Lageroberfläche auf das Lagerverhalten und zwar für ein Drucklager, wie es oben beschrieben worden ist. Die Fig. 7a zeigt die rechte Hälfte einer Querschnittsansicht eines Lagers, bei dem die Membran an ihrer Peripherie eingespannt ist. Die Fijg. 7b zeigt ein Lager mit einer zentral eingespannten Membran, die nachfolgend als kompensiertes Lager bezeichnet wird, und die Fig. 7c zeigt ein Lager,

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in dem die obere Oberfläche der Membran vergrössert worden ist, um eine erhöhte Kompensation zu erzielen, das nachfolgend als Lager mit erhöhter Kompensation bezeichnet wird. Die unteren Hälften der Fig. 7a, 7b und 7c stellen die den jeweiligen Lagern entsprechenden Druckverteilungsdiagramme dar, wobei die Kurve 1 die Druckverteilung oberhalb der Membranen, die Kurve 2 die Druckverteilung unterhalb der Membranen und die Kurve 3 die Lastdruckverteilung der Membranen als Funktion des Radius r der Membranen angeben.

Die Fig. 7d, 7e und 7f stellen die drei jeweiligen Lager bei Halbbelastung und die entsprechenden Druckverteilungen dar, während die KLg. 7g, 7h und 7i die Lager bei voller Belastung und die entsprechenden Druckverteilungen darstellen. Die Fig. 7 j, 7k und 71 schliesslich stellen die Steifigkeit der verschiedenen Lagertypen, ausgedrückt durch die Belastungskraft F als Funktion des Abstandes h, dar, wobei der Abstand h der Abstand zwischen dem Einspannpunkt der Membranen und der gegenüberliegenden Lageroberfläche ist.

Das kompensierte Lager 171 unterscheidet sich von dem nichtkompensierten Lager 170 in folgenden Punkten : eine zentrale Beschickungskammer 173 ist in Form einer Bohrung vorgesehen, die durch eine Drosselöffnung 174· mit einer anderen zentralen Kammer 175 in Verbindung steht, die direkt mit der Unterseite der Membran 176 und über eine Bohrung 177 mit ihrer Oberseite verbunden ist. Die Befestigung der Membran des Lagers 171 ist umgekehrt wie die Befestigung der Membran des Lagers 170 in einem solchen Sinne, dass der Zentralabschnitt der Membran 176 an dem Gehäuse des Lagers 171 fixiert ist und der äussere Rand, der Membran in bezug auf die zylindrische Wand des Lagers verschiebbar ist. Der Zwischenraum zwischen der Peripherie der Membran 176 und dem Lagergehäuse ist durch einen sogenannte O-Ring 178 luftdicht verschlossen, der eine relative Verschiebung der einander gegenüberliegenden Oberflächen erlaubt, während er gleichzeitig den ringförmigen Hohlraum abdichtet.

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Das Lager 172 mit einer erhöhten Kompensation unterscheidet sich von dem Lager 171 dadurch, dass die Oberseite 180 der Membran 182 eine grössere operative Oberflächenzone aufweist als die untere Lageroberfläche 179 der Membran. Selbstverständlich ist in den unbelasteten Lagern 171 und 172 der Druck der Zentralkammer 175 gleich dem Druck in dem Lagerzwischenraum und gleich dem Atmosphärendruck. Die Membranen der drei verschiedenen Lager sind so dargestellt, dass sie einen divergierenden Lagerzwischenraum im unbelasteten Zustand festlegen. Es ist klar, dass dieser Zwischenraum im unbelasteten Zustand auch parallele Seiten aufweisen kann oder auch schwach konvergieren kann. Wenn das Lager belastet ist, steigt der Druck in der zentralen Kammer 175 his auf einen Wert an, der dem Druck an der Oberseite der Membran entspricht. In dem Lagerzwischenraum entspannt sich der Druck, so dass der Druck in dem LagerZwischenraum niedriger ist als der Druck in der Zentralkammer und daher auch niedriger als der Druck an der Oberseite der Membran. Als Folge dieser Druckdifferenz wird die Membran in Richtung der Lageroberfläche 183 verformt, so dass die Konvergenz des Lagerzwischenraumes ansteigt. Da gleiche Lagerzwischenraumkonfigurationen gleiche Belastbarkeiten aufweisen, geht aus einem Vergleich der Konfigurationen der Fig. 7d und 7e hervor, dass ein Lager mit einer Kompensation, die eine Versetzung der Membran in Richtung auf die gegenüberliegende Lageroberfläche bewirkt, über einen kleineren Abstand versetzt werden muss- Dieser Unterschied in bezug auf die Versetzung ist in den Fig. 7d und 7e durch den Abstand p. angegeben.

Die Konfiguration des Lagers 171 mit Kompensation hat ein geringeres Belastungsvermögen als Folge ihrer negativen Steifigkeit bei erhöhten Belastungen; tatsächlich tritt oberhalb einer bestimmten Belastung an der zentralen Beschickungsdrosselöffnung kein Druckabfall auf. Der Druck oberhalb der Membran ist gleich dem Beschickucgsdruck. Eine Erhöhung der Belastung beeinflusst nur die Druckverteilung in dem Zwischenraum,

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wobei sie zu einer verminderten Belastungsdruckverteilung 3 der Membran führt. Daraus resultiert eine Verringerung der Membranverformung und der Konvergenz des Zwischenraumes; dementsprechend nimmt die maximale Belastungskraft ab. Dieser Verlust wird durch den Abstand q in der Fig. 7k erläutert, welche den Verlust der maximalen Belastbarkeit des Lagers 171 im Vergleich zu dem Lager 17O zeigt. Die Kompensation des Lagers 171 bei voller Belastung wird durch den Abstand Pg in den Fig. 7h und 7k angegeben.

Die Belastbarkeit des kompensierten Lagers kann erhöht werden durch Vergrösserung der Oberfläche der Oberseite der Membran im Vergleich zu der Lagenoberfläche ihrer Unterseite. Dies wird in dem Lager 172 erzielt durch Erhöhung des Gesamtdurchmessers der Membran 182 und durch Verminderung der operativen Lageroberfläche 179 der Unterseite der Membran durch Einfrasen einer ringförmigen Aussparung, wie durch 181 dargestellt. Das Ergebnis dieser Konfiguration ist in der Fig. 7i dargestellt, die zeigt, dass auch bei einer maximalen Belastung die Konvergenz des Lagerzwischenraumes aufrechterhalten wird. Die Fig. 71 zeigt die Kompensation P₅,,die nun praktisch gleich der Kompensation p-] bei der Halbbelastung ist.

Selbstverständlich können die relativen Dimensionen und die Abdichtung der Membran eines kompensierten Fluidlagers von den Darstellungen der Fig. 7b und 7c verschieden sein. So kann beispielsweise der Durchmesser der Membranen 176 und 182 gleich dem äusseren Durchmesser der Lagergehäuse 171 und 172 sein, so dass die Membranen sich unter der Stirnseite 184 der zylindrischen Wand des Lagergehäuses erstrecken. Die Abdichtung des freien Endes der Membran in diesem Falle kann mittels eines O-Einges oder dergleichen erfolgen, der in einer halbkreisförmigen Rille in der Stirnfläche 184 angeordnet ist, und selbstverständlich ist die Elastizität der konventionellen O-Einge oder dergleichen so gross, dass Druckschwankungen von einigen zehn Mikrometern unter variierenden Belastungsbedingungen der Membran toleriert werden, ohne dass irgendein Pro-

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blem auftritt. Eine andere Art der Abdichtung des freien Endes der in den Fig. 7b und 7 c dargestellten Membranen besteht darin, dass man ein geeignetes Fett oder eine elastomere Verbindung verwendet.

Ein modifiziertes Lager vom Membran-Typ, wie es oben beschrieben worden ist, in dem der Durchmesser der Membran gleich dem äusseren Durchmesser des Lagergehäuses ist, ist in der Fig. dargestellt, wobei das Lager aus einem kreisförmigen, nichtverformbaren Körper 210, einer Membran 211, die mit einem Stift 212 mit einer zentralen Bohrung 215 versehen ist, und einer Lagerkappe 213 besteht, die auf die mit Gewinde versehene obere Hälfte des Stiftes 212 aufgeschraubt ist und einen Nippel 214- aufweist, der mit der Zentralbohrung des Stiftes in Verbindung steht. Das untere Ende der Bohrung 215 endet in einer Drosselöffnung, während eine weitere Bohrung 216 eine Verbindung zwischen der unteren Oberfläche und der oberen Oberfläche der Membran 211 herstellt. Zwischen der oberen Oberfläche der Membran und der unteren Oberfläche des Körpers 210 ist eine Kammer gebildet, deren Breite in der Nähe des zentralen Stiftes durch einen kleinen Abstandsring (in der Figur nicht dargestellt) bestimmt wird. Diese Kammer ist in der Nähe ihres äusseren Umfanges durch einen elastischen O-Eing 217 verschlossen. Die beschriebene Lagermembran arbeitet mit einer ebenen Wand zusammen (in der Figur nicht dargestellt), die von der unteren Oberfläche der Membran 212 auf die durch die Wand 183 in Fig. 7 dargestellte Weise klar getrennt ist und zusammen mit der Membran einen Lagerzwischenraum mit einer variablen geometrischen Form bildet. Die Dimensionen des beschriebenen Lagers, das aus einem konventionellen Konstruktionsstift hergestellt wurde, waren folgende : Dg (äusserer Durchmesser der Membran 211) = 85 mm

Dq (Durchmesser der operativen unteren Membran-

overflache) = 56,5 mm

D^_n (Durchmesser der operativen oberen Membran-

Oberfläche) = 76 mm

D.. (Durchmesser des Stiftes 212) =8 mm

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D.2 (Durchmesser der Drosselöffnung) = 0,5 mm

T (Dicke der Membran) = 3,1 mm

U (Dicke des verkleinerten Randabschnittes) = 2,5 mm·

Das Verhalten der beschriebenen Membranlager wird durch das Diagramm der Pig. 9 erläutert, welche die Belastungskraft F des Lagers, ausgedrückt in Newton-Werten, den Abstand h, der die Trennung zwischen dem Zentralabschnitt der unteren Oberfläche der Membran und der damit kooperierenden gegenüberliegenden ebenen Lageroberfläche (nicht gezeigt) darstellt. Daraus ist zu ersehen, dass ab einer Belastung von etwa 300 N der Abstand h eher zunimmt als abnimmt, was auf eine negative Steifigkeit hinweist. Bei einer Belastungskraft von etwa 1 IT tritt ein physikalischer Kontakt zwischen dem unteren Umfangsrand 218 der operativen Lageroberfläche der Membran und der gegenüberliegenden Lageroberfläche auf, wobei dieser Punkt auf der Kurve durch die Ziffer 220 angegeben ist.

Die I¹Ig. 10 stellt ein axiales Luftlager für eine drehbare Welle dar. Eine Welle 41 endet an ihrem unteren Ende in einer Spindel 42 mit einem verkleinerten Querschnitt. Um die Spindel herum sind zwei starre Scheiben 44 und 45 vorgesehen, die durch einen Abstandhalter 46 voneinander getrennt wird. Die Anordnung, bestehend aus den Scheiben und dem Abstandhalter, ist durch eine Schraubmutter 47 abgedichtet, die in aufgeschraubter Form auf das untere Ende der Spindel passt. Zwischen der Schraubmutter 47 und der äusseren Scheibe 45 ist ein Wäscher 4J angeordnet.

Die nachgiebige Lageroberfläche des Lagers gemäss Fig. 10 wird von einer ringförmigen Membran 48 gebildet, die zwischen den Lagergehäuseringen 35 und 35 eingespannt ist und mit Einlassöffnungen, wie z.B. der Öffnung 49, für den Einlass des Druckfluids, wie Luft, und mit Öffnungen, wie z.B. der Öffnung 50, die über die allgemeine zylindrische Wand 51 im Zentrum der Membran verteilt sind, versehen ist. Die ringförmige Membran 48 kann entweder praktisch massiv sein, wie in den Fig. 11

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und 12 dargestellt, oder es kann sich dabei um eine Kombination von zwei gekoppelten Membranabschnitten handeln, die einen inneren ringförmigen Kanal begrenzen, wie in den Fig. 13 und 14 dargestellt.

Wie in den Fig. 11 und 12 dargestellt, besteht die ringförmige Membran aus zwei ringförmigen Scheibenabschnitten 52 und 53 ₅ die durch Verleimen miteinander verbunden sind, nachdem drei radiale Killen in die einander gegenüberliegenden Oberflächen eingefräst worden sind. Die Rillen stellen radiale Kanäle in der zusammengebauten ringförmigen Membran dar und enden in öffnungen 50, die allgemein in der zylindrischen Zentralwand 51 der Membran angeordnet sind.

Der Einspanndurchmesser D₇ in Pig. 10 hat praktisch keinen Einfluss auf die Lagersteifigkeit, wenn die Membran der Fig. verwendet wird. Bei der in Fig. 11 dargestellten Membran nimmt jedoch die Lagersteifigkeit mit zunehmendem Einspanndurchmesser D₇ ab.

Bei der in den Fig. 13 und 14 dargestellten Membran werden zwei ringförmige Scheibenelemente 54 und 551 die jeweils eine ringförmige Rille aufweisen, mittels Zylinderschrauben (nicht dargestellt) in gleichen angulären Positionen in der Nähe ihrer äusseren Peripherie, wie durch die Position 56 in Fig. 13 angegeben, zusammengebaut. Die Dicke der ringförmigen Scheibenelemente an der Innenseite des ringförmigen Kanals, der beim Zusammenbau entsteht, ist etwa grosser als ihre Dicke an der Aussenseite des Kanals, so dass die Scheibenelemente an der zentralen Wand 51 miteinander gekoppelt werden, bevor ihre äusseren Umfangsteile miteinander in Kontakt kommen, und durch das Abdichten der Schrauben in Positionen, wie bei 56, werden ihre Zentren fest zusammengespannt und dadurch wird den Oberflächen der zusammengebauten ringförmigen Membran ein bestimmtes Mass an Konvexität verliehen. Diese Oberflächen werden dann durch Schleifen eben und parallel zueinander gemacht. Der Grund dafür ist der, die ringförmigen

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SclieibenelemerLte so vorzuspannen, dass ihre inneren Ränder immer miteinander in Kontakt sind, trotz ihrer Biegung während des Betriebs des Lagers.

Aus der Fig. 10 ist zu ersehen, dass zwischen beiden Oberflächen der Membran 48 und den Scheiben 44 und 45 ein konischer Zwischenraum vorliegt. Beim Betrieb des Lagers entweicht die Druckluft,' die durch die Öffnungen 50 in den Hohlraum zwischen der Zentralwand 51 und dem Abstandhalter 46 eingepresst wird, durch die konvergierenden Lagerzwischenräume an den Ober- und Unterseiten der Membran in die Atmosphäre. Wenn das Lager unbelastet ist und wenn das Gewicht der drehbaren Teile des Lagers ausgeglichen ist, entsteht ein Kräftegleichgewicht, welches die Membran in einer zentralen Position zwischen den Scheiben 44 und 45, wie dargestellt, hält.

Wenn das Lager belastet wird, beispielsweise durch Anwendung einer vertikalen Kraft F auf die Welle 41, wird diese Kraft auf die Scheiben 44 und 45 übertragen, so dass der Lagerzwischenraum an der Oberseite der Membran abnimmt und der Zwischenraum an der Unterseite zunimmt und dementsprechend wird die Druckverteilung an den beiden Seiten der Membran schwierig. Der höhere Druck wirkt auf die Oberseite der Membran ein, so dass eine nach oben gerichtete, auf die Welle 41 einwirkende Kraft erzeugt wird, welche die Lagerkraft des Lagers darstellt. Wegen des Druckunterschiedes auf den einander gegenüberliegenden Seiten der Membran biegt sich die Membran, wodurch der LagerZwischenraum an der Stelle der Zentralwand 51 an der Oberseite der Membran vergrössert und an ihrer Unterseite verkleinert wird. Auf diese Weise wird der vorher parallele Seitenwände aufweisende Zwischenraumabschnitt zwischen dem Abstandhalter 46 und der zentralen zylindrischen Wand 51 der Membran konvergent in Richtung auf ihr oberes Ende und, was vielleicht noch bedeutsamer ist, die Konvergenz des Zwischenraumes zwischen der Membran 48 und der oberen Scheibe 44 nimmt zu, während die Konvergenz des Zwischenraumes zwischen der Membran und der unteren Scheibe 45 abnimmt. In der End-

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9 5 44872

stellung wird der Lagerzwischenraum an der Unterseite α er " Membran geschlossen und dadurch wird ein maximaler Lagerdruck an der Oberseite der Membran erzeugt, während an der Unterseite Umgebungsdruck herrscht. Dieser Zustand stellt das theoretische Maximum, der Lagerkraft des Lagers dar. Die maximale anwendbare Lagerkraft ist etwas geringer, da beim Betrieb des Lagers selbstverständlich jeder direkte Kontakt zwischen der Membran und einem drehbaren Teil des Lagers vermieden werden sollte.

Das Diagramm 15 erläutert das Leistungsvermögen des vorstehend beschriebenen axialen Lagers, das mit der Membran gemäss den Fig. 11 und 12 versehen ist. Die Versetzung £. der Welle 41 als Funktion der Belastung wurde mittels eines Mikrokomparators bestimmt.,, der mit dem unteren Ende der Spindel 42 in Kontaktwar. Eine Versetzung L = 0 zeigt eine äussere Kraft F = O an. Die kontinuierlichen Kurven repräsentieren die Versetzung £ als Funktion der Belastung F für die jeweiligen Luftbeschickungsüberdrucke von 4 und 6 Atmosphären, während die gestrichelten Kurven die entsprechenden Strömungsgeschwindigkeiten bei 4 und 6 Atmosphären darstellen. Die Eigenschaften der Membran waren folgende :

D, = 95 mm (Aussendurchmesser der ringförmigen Membran) D^ = 34 mm (Innendurchmesser der ringförmigen Membran) Dy = 85 mm (Einspanndurchmesser)
Dicke der Membran = 6,780 mm
Dicke des Ringes 46 = 6,815 mm
Konizität c der Scheiben 44 und 45 = 0,005 mm Membranmaterial : Messing mit einem Elastizitätsmodul von

9 x 10¹⁰ H/m².

Das Diagramm der Fig. 16 erläutert das Leistungsvermögen des Lagers gemäss Fig. 10, das mit der Membran gemäss den Fig. 13 und 14 ausgestattet ist. Die Eigenschaften der Membran waren folgende :

D, = 95 mm (Aussendurchmesser der ringförmigen Membran) D^, = 34 mm (Innendurchmesser der ringförmigen Membran)

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ORIGINAL INSPECTED

D_n- = 80 mm (Aussendurchmesser des ringförmigen Kanals der

Membran)
D,- = 42 mm (Innendurchmesser des ringförmigen Kanals der

Membran)
Wanddicke der Membran zwischen dem ringförmigen Kanal und den

oberen und unteren Lagerzwischenräumen = 2,4 mm Gesamtdicke der Membran = 9,885 mm
Material der Membran : Stahl mit einem Elastizitätsmodul von

2,1 χ 1O¹¹ N/m².

Die durchgezogenen Kurven geben die Versetzung oder Verdrängung £ als Funktion der Belastung F für einen Abstandhalter 46 einer Dicke von 9,96 5 nun imcL Scheiben 44 und 45 mit einer Konizität von 0,028 mm bei Überdrucken voa 2, 4 und 6 Atmosphären an, während die gestrichelten Kurven die Verschiebung E für einen Abstandhalter 46 mit einer Dicke von 9,930 mm und für eine Konizität der Scheiben 44 und 45 von 0,021 mm angeben.

Eine dritte Ausführungsform einer Membran, die in einem erfindungsgemässen Lager der Fig. 10 verwendet werden kann, ist in Fig. 17 dargestellt. Die nachgiebigen Membranoberflächen, die mit den Scheiben 44 und 45 kooperieren können, werden durch die äusseren Oberflächen der dünnen, verformbaren, ringförmigen Wandabschnitte 26 und 27 gebildet, die durch ringartige Kanäle 28 und 29 in einem massiven Ring 30 festgelegt werden. Die ringförmigen Wandabschnitte 26 und 27 sind mit einer Vielzahl von kleinen in gleichen angulären Abständen voneinander angeordneten Öffnungen, wie sie beispielsweise durch die Öffnungen 31 und 32 dargestellt sind, versehen. Die Kanäle.28 und 29 stehen durch eine Bohrung 33 miteinander in Verbindung, die ihrerseits durch ein Rohr 34 mit einem Vorrat für das Druckfluid verbunden sein können. Die Oberflächen der Scheiben 44 und 45, die mit einer solchen Membran kooperieren können, können parallel zueinander verlaufen, da die konvergierenden Lagerzwischenräume sich nun von der Reihe von Öffnungen 31 und 32 in Richtung auf die Innen- und Aussenseiten der Membran erstrecken, wie in der Fig. 18 in vergrössertem Masstabe dar-

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gestellt. Selbstverständlich kann die Reihe von verschiedenen öffnungen 31 und 32 durch entsprechende Schlitze oder auch durch eine ununterbrochene kreisförmige Rille auf jeder Seite der Membran ersetzt werden.

In der Fig. 19 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Lagers als Unterlage für eine Materialbahn, die für Luft praktisch undurchlässig ist, dargestellt. Eine langgestreckte Luftkammer 60, bestehend aus einer horizontalen Bodenwand 61, zwei Seitenwänden 62 und 63 und einer Vorder- und Rückwand (letztere nicht dargestellt) ist mit Einlassen für Druckluft, wie z.B. den gezeigten Einlass 64, zur Erzeugung eines Überdruckes an Luft innerhalb der Kammer versehen, die in Richtung auf die offene Oberseite durch einen länglichen Schlitz 66 in einer länglichen nachgiebigen Wand 65 entweichen kann. Die nachgiebige Wand ist eine Membran in Form eines flexiblen Streifens aus Metall, Kunststoff oder dergleichen und weist eine schwache V-Form in der Querrichtung auf. Ein flexibler Streifen 67 kann auch in Richtung des Pfeils mittels einer geeigneten Einrichtung vorwärtsbewegt und in einer stabilen Position so festgehalten werden, dass er durch ein Druckluftpolster, das zwischen der konkaven Seite der Membran 65 und der Bahn 67 erzeugt wird, frei von einem Kontakt mit der Luftkammer gehalten wird.

Daraus ist zu ersehen, dass auf ähnliche Weise wie oben beschrieben, die geometrische' Form des Lagerzwischenraumes zwischen der Membran und der aufliegenden Bahn sich ändert, wenn sich die Betriebsbedingungen ändern. Diese Änderungen können auf Luftdruckschwankungen, Änderungen des Gewichtes der Bahn als Folge der Verwendung verschiedener Materialien, verschiedene Dicken von Schichten, die auf eine solche Bahn aufgebracht sind, verschiedene Trocknungsgeschwindigkeiten der auf solche Bahnen aufgebrachten feuchten Schichten, SpannungsSchwankungen in der Bahn als Folge von Vibrationen der Antriebswalzen oder als Folge der Neigung der Bahn, in Querrichtung sich einzurollen, oder auf Belastungsschwankungen

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durch selbsterregte Vibrationen zurückzuführen sein.

Jede dieser Differenzen in der angewendeten Belastung führt zu Änderungen der geometrischen Ion des Zwischenraumes zwischen der Bahn und der Membran durch Durchbiegen der Membran, wie durch die gestrichelten Linien für den Fall einer Durchbiegung in Richtung auf den Streifen 67, wie sie bei einer Verringerung der Belastung auftritt, dargestellt. Die beschriebene variable geometrische Form des Lagerzwisclienraumes erhöht die Steifigkeit des Lagers und erhöht dadurch beträchtlich die Stabilität des Bahntransports.

Ein möglicher Nachteil der vorstehend beschriebenen Anordnung ist der, dass unter bestimmten Umständen die Bahnkanten in enge Nachbarschaft zu der Oberseite der Seitenwände 62 und 63 der Luftkammer kommen können und dass ein zufälliger Kontakt auftreten kann. Eine verbesserte Lageranordnung ist in der Fig. 20 schematisch dargestellt, in der zwei voneinander unabhängige Luftkammern 68 und 69 benachbart zueinander angeordnet sind. Bei einer aus zwei oder möglicherweise auch aus mehr als zwei Luftkammern bestehenden Anordnung kann die Konfiguration der Lagerzwischenräume einiger oder sämtlicher Luftkammern asymmetrisch sein. In der dargestellten Ausführungsform ist die Lufteinlasszone jedes der Lagerzwischenräume zwischen den nachgiebigen Oberflächen und der aufliegenden Bahn in Richtung auf die seitlichen äusseren Seitenwände der Luftkammern verschoben, wodurch eine verbesserte Lagerkontrolle an den Rändern des Streifens 67 erzielt werden kann. Diese verbesserte Kontrolle kann beim Abdecken mit sich aufrollenden oder vibrierenden Seitenrändern förderlich sein.

Selbstverständlich können Lager des in den Fig. 19 und 20 dargestellten Typs auch als Träger für andere Arten von Materialien als biegsame Streifen oder Bänder verwendet werden. So können die Lager beispielsweise auch zum Tragen von Maschinenwagen verwendet werden, die sich in einer Richtung· wie die dargestellten Streifen (Bänder) oder in Richtungen

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bewegen können, die Komponenten aufweisen, die senkrecht zueinander sind. " Tm letzteren !Falle kann das Lager aus einer Vielzahl von !lagerbehältern bestehen, die benachbart zueinander angeordnet sind. Das zum Tragen von Maschinenwagen und dergleichen verwendete Druckfluid muss nicht notwendigerweise Luft sein, es kann sich dabei auch um öl, Wasser, Wasserdampf und dergleichen handeln.

Eine andere Ausführungsform, der Erfindung, bei der eine nachgiebige Lageroberfläche durch eine Membran gebildet wird, ist in den Fig. 21 und 22 dargestellt. Eine Walze 70, die beispielsweise eine einer Vielzahl von Bandförderwalzen in einem Trockner zum Trocknen von feuchten Schichten, die auf ein sich kontinuierlich vorwärtsbewegendes Band aufgebracht worden sind, sein kann, ist mittels der Kugeln 71 und 72 um ihre Achse frei drehbar gelagert. Die Kugeln sind mit den Enden der Walze starr verbunden und bilden zusammen mit den Trägern 73 und 74- teilkugelförmige Luftlager. Der Träger 73 ist unbeweglich befestigt, während der Träger 74- so angeordnet ist, dass er in einer Richtung parallel zur Achse der Walze geringe Versetzungen ausfuhren kann. Die erwähnte Beweglichkeit des Lagerträgers 74- ist durch den kleinen Zwischenraum, der zwischen dem Träger 74- und seiner zugeordneten Basis 75 besteht, schematisch dargestellt. Der Zweck dieses zusätzlichen !Freiheitsgrades besteht darin, jede Belastungskraft auf den Lagern in einer Richtung entlang der Achse der Walze 70 zu eliminieren. Axiale Kräfte können beispielsweise aufgrund einer ungenauen Einstellung des gegenseitigen Abstandes der Lagerkapseln oder durch Änderungen in bezug auf den Abstand zwischen den Kugeln als !Folge von Änderungen der Walzenlänge durch TemperaturSchwankungen auftreten.

Das Lager auf der rechten Seite der Walze ist in !Fig. 22 im Detail dargestellt. Die Kugel 72 ist mittels einer kurzen Spindel 76 fest mit der Walze 70 verbunden. Diese Kugel 72 bildet zusammen mit der allgemein kugelförmig gekrümmten Membran 77, die an dem T:?äger 74- befestigt ist, ein Luftlager.

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Die Membran ist mit einer Öffnung 78 versehen, durch welche Druckluft, die durch eine Verbindung 79 in das Innere des Trägers eingeführt wird, zwischen die Membran und den entsprechenden Abschnitt der Umfangsoberflache der Kugel einströmen kann. Die untere Wand 80 des Trägers kann auch eine Membran sein, die eine Öffnung 81 hat; dieser Aufbau kann mit der nachgiebigen Wand des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Lagers verglichen werden. Die Herstellung des Kugellagers erfolgte wie folgt :

Die Kugel 72, die den kritischsten Teil des Lagers bildet, war eine Kugel eines konventionellen Walzenlagers und vereinigte einen sehr niedrigen Gestehungspreis mit einem sehr hohen Genauigkeitsgrad in sich. Die Kugel war mit einer durch Elektroerosion eingearbeiteten -Bohrung versehen und nach der Herstellung der Bohrung wurde die Spindel 76 in die Bohrung eingekittet. Das gegenüberliegende Ende der Spindel wurde in eine axiale Bohrung der WaIae eingeschraubt. Die Membran bestand aus einer Aluminiumfolie, die unter Verwendung der Kugel 72 als Prägestempel und des Trägers 74- als zugehöriger Form in die erforderliche Gestalt gebracht wurde. Nach diesem Vorgang wurde die so geformte Membran an ihrem äusseren Rande an den entsprechenden inneren Rand des Trägers 74- angekittet und schliesslich mit einer Öffnung 78 versehen. Die untere Wand 81 des Trägers 74- bildete zusammen mit dem zylindrischen Teil des Trägers 74- einen integralen Teil und seine untere Oberfläche hatte eine konkave Form, die beispielsweise nach einem der beiden vorstehend in bezug a'if die Fig. 1 beschriebenen Verfahren hergestellt werden kann. Die vorstehend beschriebenen Kugel- und -Pfannen-Lager wiesen die folgenden Parameter auf : Gewicht der Walze : 25 kg
Durchmesser der Lagerkugeln : 50 mm
Dicke der Aluminiummembran : 0,25 mm
Durchmesser der Öffnung 78 : 0,5 mm
Luftzuführungsdruck : 3 bis 6 Atmosphären

Luftverbrauch für beide Kugellager und das Drucklager : etwa 0,4 mVstunde

Steifigkeit der Lager : etwa 20 Jf/um.
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Die Oberflächenbenandlung der Lageroberfläche der Membran 77 nahm einige Zeit in Anspruch als Folge der wiederholten lokalen Polierung der Membranoberfläche, die nach der kugelförmigen Verformung erforderlich war, um einen gleichmässigen Spielraum zwischen der Kugel 72 und der Membranoberfläche au gewährleisten. Ein verbesserter Aufbau des Lagers wurde erhalten bei Verwendung eines flüssigen Polymerisats, das zwischen die Kugel und die Membran 77 gegossen wurde, wobei die Kugel mit einem geeigneten Versiegelungsmittel beschichtet wurde, so dass nach dem Erstarren des Kunststoffes eine Schicht erhalten wurde, die fest an der Aluminiummembran haftete und deren konkave Seite tatsächlich eine perfekte Wiedergabe der Oberfläche der Kugel darstellte. Diese Schicht ist in der Fig. 22 durch die gestrichelte Linie 82 dargestellt. Die Schicht wurde mittels flüssigem Devcon WE, einer Epoxyverarbeitungsverbindung der Firma Devcon Cy, hergestellt. Die Dicke der erstarrten Schicht im Zentrum betrug etwa 40 μΐη. Die erforderliche Konvergenz des teilkugelförmigen LagerZwischenraumes in Richtung von der Fluideinlassöffnung 78 zu dem äusseren Lagerrand kann wie folgt erzielt werden : Nach einer ersten Methode erfolgt die Bildung einer teilkugelförmigen Membran unter Verwendung der Kugel als Prägestempel, wobei das Loch 78 noch nicht geformt ist, während innerhalb des Gehäuses 74- ein Überdruck aufrechterhalten wird. Wenn die Kugel herausgenommen wird und sich in dem Gehäuse wieder Umgebungsluftdruck einstellt, entstehen Spannungen in der Membran, welche diese weiter durchbiegen. Der Effekt dieser Spannungen ist im Zentrum der Membran maximal und an dem Umfangsrand null, so dass auf diese Weise die gewünschte Abweichung der Krümmung der Membran von der echten kugelförmigen Form erzielt wird, um die Konvergenz des LagerZwischenraumes zu gewährleisten.

Nach einer zweiten Methode erfolgt die Formgebung der Membran selbst ohne Überdruck an der Innenseite des Gehäuses 74. Ein flüssiger Kunststoff, wie er vorstehend beschrieben worden ist, wird dann zwischen die Kugel und die Membran eingeführt

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und innerhalb des Gehäuses 74 wird ein Luftüberdruck erzeugt, bis der Kunststoff ausgehärtet ist.

Eine modifizierte Ausführungsform des teilkugelförmigen Lagers der Pig. 22 ist in der Fig. 23 dargestellt, in der die gleichen Bezugsziffern die gleichen Elemente kennzeichnen. Eine Membran 77 ist über ein kleines Rohr 83 mit einem Beschickungsrohr verbunden. Die erwähnte Verbindung wird wie folgt erzielt : Das Rohr 83 passt gleitend in eine entsprechende Bohrung in dem Rohr 79 und ein O-Ring dichtet diese gleitende Verbindung ab.

Auf diese Weise kann die Membran 77 beim Betrieb des Lagers frei verformt werden , de. das Rohr 83 in bezug auf das Rohr frei bewegt werden kann. Die Membran 80 ist auf ähnliche Weise über ein Rohr 84 mit dem Beschickungsrohr 79 verbunden. Das Gehäuse 74 ist ausserdem mit einer öffnung 37 versehen, so dass das Innere des Gehäuses sich auf Umgebungsdruck befindet.

Es ist klar, dass die Funktion der Membranen 77 und 80 mit der Funktion der vorstehend in bezug auf die Fig. 6 beschriebenen Membran 21 verglichen werden kann.

Die Fig. 24- erläutert ein halbkugelförmiges Fluidlager vom Membran-Typ, das kompensiert worden ist, um die Steifigkeit des Lagers, wie sie weiter oben angegeben worden ist, zu erhöhen. In dieser Figur bildet eine Kugel 72, die durch eine Spindel 76 fest mit einer Walze 70 verbunden ist, zusammen mit der im allgemeinen kugelförmig gekrümmten Membran 185 ein Fluidlager. Die Membran endet in einem flachen Randabschnitt 186, dessen äusserer Rand durch einen O-Ring, einen ringartigen Faltenbalg oder dergleichen verschiebbar gegen die innere Oberfläche der zylindrischen Wand 187 des Lagergehäuses 188 abgedichtet werden kann. Die Membran ist mittels des zentralen Stiftes 189 fest an dem Lager befestigt. Das Lager ist mit einer mit Gewinde versehenen Bohrung 190 versehen, in die ein Mippel eingeschraubt sein kann, um eine Verbindung zu einer

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geeigneten Quelle für die IFluidzufuhr herzustellen, und es ist ferner mit einer Drosselöffnung 191, einer zentralen Kammer 192, bei der es sich um eine Bohrung mit einem grösseren Durchmesser als der Durchmesser der Drosselöffnung handelt, und einer öffnung 193 versehen, welche die zentrale Kammer mit dem Innern 194- des Lagers verbindet. Selbstverständlich ist der Betrieb dieses Lagers ähnlich dem Betrieb der vorstehend in bezug auf die Fig. 7 beschriebenen kompensierten Lager, so dass bei erhöhter Belastung die Konvergenz des Lagerzwischenraumes in dem Masse zunimmt, wie der äussere Randabschnitt der Membran 185 sich nach oben bewegt, so dass im Falle eines vollkommen kompensierten Lagers die Kugel 72 keine vertikale Versetzung auszuführen hat, um die geometrische Form des Lagerzwischenraumes zu steuern.

Die nachgiebige Wand der bisher beschriebenen Lager wurde als Membran bezeichnet; die nachgiebigen Wände der Lager, die nachfolgend beschrieben werden, bestehen aus Wänden, die selbst als solche keinen Verformungen während der Änderungen der Geometrie des LagerZwischenraumes unterliegen. Die Wandelelemente sind starr, sie können jedoch in bezug auf eine gegenüberliegende Lageroberfläche verschoben werden.

In der Fig. 25 besieht ein radiales Hülsenlager 85 für eine drehbare Welle 86 aus einem stationären zylindrischen Gehäuse 87 mit Stirnwänden 88 und 89, die gegenüber dem Gehäuse hermetisch abgedichtet sind. Zwei Lagerhülsen 90 und 91, die mit einem bestimmten Zwischenraum über die Welle 86 passen, stehen an ihren voneinander entfernten Enden mit den Stirnwänden des Lagers in Verbindung mittels elastischer Ringe 92 und 93, die einen luftdichten Verschluss zwischen den Wänden 88, 89 und den entsprechenden Hülsen 90 und 91 bilden und auch ermöglichen, dass sich die Hülsen 90 und 91 um imaginäre Punkte 94 und 95 drehen, die etwa auf der Achse der Welle angeordnet sind. Wenn keine Belastung auf die Welle einwirkt und wenn man das Gewicht der Welle vernachlässigt, laufen die Lagerhülsen 90 und 91 mit der Welle genau parallel, wie es in dem Druckdiagramm

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der Fig. 26 dargestellt ist. In dieser Figur wird die Druckverteilung in dem Lagßrzwischenraum zwischen der Hülse 91 und der Welle in einer vertikalen Ebene, welche die Achse der Welle umfasst, gezeigt. In diesem Diagramm gibt P. den im Lagerzwischenraum herrschenden LuftZuführungsdruck innerhalb des Lagergehäuses 87 an, während P^ für Atmosphärendruck steht. Die Punkte 96 und 97 sind die Auflagepunkte der geweiligen oberen und unteren Hülsenabschnitte an der öffnung in der Wand 89. Die Druckmuster oberhalb und unterhalb der Welle sind gleich, so dass keine Gesamtlasttragekraft erzeugt wird. Wenn die Welle 86 jedoch belastet wird, ändert sich die Druckverteilung in den Lagerzwischenräumen. Dies kann auf eine von zwei Arten oder eine Kombination dieser Arten erfolgen, je nach Typ der auf die Welle einwirkenden Last.

Wenn ein Drehmoment F angewendet wird, um die Achse der Welle zu kippen (Pig. 27), dann nimmt die Grosse der Lagerzwischenräume an den einander gegenüberliegenden Seiten der Welle in den von den beiden Lagerhülsen 90, 91 umgebenen Bereichen ab. Dies führt zu einer Änderung der Druckverteilung in den Lagerzwischenräumen, so dass die Hülsen 90, 91 sich um die jeweiligen Drehpunkte 94-, 95 in die in Fig. 27 dargestellten Positionen drehen, wobei sich die Enden der Hülsen an der Einlasszone in entgegengesetzten Eichtungen bewegen. Dieser Drehbewegung wirken die als Federn funktionierenden elastischen Ringe 92, 93* elastisch entgegen. Die Druckverteilung in dem LagerZwischenraum, der von der linken Hülse 90 umgeben ist, ist dann im allgemeinen so wie dargestellt und dies führt zur Entstehung einer Lasttragereaktionskraft M auf die Welle. In entsprechender Weise entsteht eine Lasttragereaktionskraft M durch die Bewegung der rechten Hülse 91· Diese Kräfte M bilden ein Drehmoment, das im Gleichgewicht das auf die Welle angewendete Moment F ausgleicht.

Wenn andererseits auf die Welle 86 eine seitliche Versetzungskraft F einwirkt, drehen sich die beiden Hülsen 90, 91 wiederum um die jeweiligen Punkte 94-, 95, in diesem Falle je-

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Enden sich

doch, so, dass ihre der Gaseinlasszone henachbarten in dem gleichen Sinne bewegen, wie in !Fig. 28 dargestellt. In jedem LagerZwischenraum werden wiederum Lasttragereaktionskräfte M erzeugt und im Gleichgewicht gleicht ihre Resultante die angewendete Belastung I" aus. Wenn der axiale Abstand zwischen den benachbarten Enden der Hülsen 90 und 91 in der Grössenordnung des nominallen d.h. unbelasteten Lagerzwischenraumes ist, entsteht eine sogenannte druckabhängige Drossel, weil sich die geometrische !Form des axialen Zwischenraumes zwischen den Hülsen 90 und 91 beträchtlich ändert, wenn sich die beiden Hülsen um die Punkte ^^L·t und 95 drehen, so dass die Geschwindigkeit der Luftzuführung automatisch auf der Seite des Lagers vermindert wird, wo ein reduzierter Druck erforderlich ist, und auf der Lagerseite, wo ein erhöhter Luftbedarf zur Einstellung eines erhöhten Lagerdruckes besteht, entsprechend erhöht wird. Dies geht aus der !Fig. 28 hervor, welche die ver- ■ breiterte Einlassöffnung an der Oberseite und die fast geschlossene Einlassöffnung an der Unterseite der Welle zeigt. Praktische Ausführungsformen von zylindrischen Lagern nach dem Prinzip des in !Fig. 25 dargestellten Lagers zeigen die !Fig. 29 bis 35- .

In den !Fig. 29 und 30 besteht das Lager aus einem zylindrischen Gehäuse 100 mit Endringen 101 und 102, die durch Zylinderkopfschrauben oder dergleichen an dem Gehäuse befestigt sein können. Die nachgiebige Wand des Lagers wird durch eine -einzige Hülse 103 gebildet, die durch drei Gruppen von zwei Schlitzpaaren unterteilt ist, beispielsweise durch die Gruppe von Schlitzen 108 und 109 in vier Hülsenabschnitte 104 bis IO7. Jeder Schlitz ist praktisch ein Schnitt durch die Wand der Hülse 103 über etwa 170°, so dass ein Schlitzpaar nur zwei entgegengesetzte kleine Abschnitte der Wand belässt, wie es beispielsweise in !Fig. 30 durch den Abschnitt 110 für die Schlitze 108 unddurch den Abschnitt 111 für die Schlitze 109 dargestellt ist. Die Schlitze 109 sind in bezug auf die Schlitze 108 um 90° verschoben. Die !Fig. 30 zeigt zwei verschiedene Querschnittsansichten der !Fig. 9, wobei es sich bei dem linken

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Teil A um einen Schnitt entlang der Linie 3OA-3OA der Fig. 29 und bei dem rechten Teil B um einen Schnitt entlang der Linie JOB-JOB der Fig. 29 handelt.

Die Aufgabe der oben erwähnten Schlitze besteht darin, elastische Federn zu erzeugen, die erforderlich sind, um die Lasttragekraft, die durch die Fluiddruckverteilung innerhalb des Zwischenraumes zwischen der Hülse 1OJ und einer Welle (nicht dargestellt) entsteht, aufzunehmen. Die Hülsenabschnitte 105 und 106 fungieren als nachgiebige Wände, während die jeweiligen Abschnitte 104 und 107 mit den benachbarten Eingen 101 und 102 starr verbunden sind. Zwei elastische Ringe 112 und 113 erstrecken sich luftdicht in der Nähe des Umfangs der Hülse 1OJ an den Schiitszonen zwischen den Schlitzabschnitten 104-, 105 und 106, 107.

Während des Betriebs des Lagers wird Druckluft durch die Verbindung 114 eingeführt. Unter dem Einfluss einer nach unten gerichteten Belastung auf der Welle (nicht dargestellt), die in der Hülse 1OJ gelagert ist, führen die Hülsenabschnitte 105 und 106 Drehbewegungen in bezug auf die Abschnitte 104 und IO7 aus, wodurch an der unteren Seite der Welle ein Lagerzwischenraum zwischen den Hülsenabschnitten IO5 und 106 gebildet wird, der in Richtung auf die Abschnitte 104 und 107 konvergiert, während an der Oberseite ein entsprechender divergierender Lagerzwischenraum entsteht.

In dem vorstehend beschriebenen Lager sind die nachgiebige Hülsenabschnitte 105 und 106 durch kleine Wandabschnitte miteinander gekoppelt, die zwischen der zentralen Gruppe von Schlitzen, die diese Abschnitte voneinander trennen, verbleiben. Als Folge dieser Kupplungen werden die Schlitzabschnitte 105 und 106 gezwungen, gleiche Drehverschiebungen auszuführen, die darüber hinaus im entgegengesetzten Sinne gerichtet sind, so dass diese Art Lager imstande ist, nur radiale Belastungen auf zunehmen.

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Ein Lager, das imstande ist, sowohl radiale Belastungen als auch axiale .Kippbelastungen auf eine Welle aufzunehmen, ist in den Fig. 31 und 32 dargestellt. Innerhalb eines stationären zylindrischen Gehäuses 120 sind zwei verschiedene Buchsen befestigt, die aus einem Eingabschnitt 121, 122 und einem zylindrischen Abschnitt 123 und 124 bestehen. Die biegsame Verbindung zwischen jedem Eingabschnitt und dem entsprechenden zylindrischen Abschnitt wird durch zwei Paare von angular gegeneinander versetzten Eillen oder Einschnitten auf ähnliche Weise wie vorstehend in bezug auf das in den Fig. 29 und 30 dargestellte Lager beschrieben erzeugt. Die Abschnitte 123 und 124 bilden die verschiebbaren Wände des Lagers. Diese Elemente .kooperieren jedoch nicht direkt mit der drehbar gelagerten Welle (niciit dargestellt). Die Hülsen 125 und 12,6 werden unter Druck in den Abschnitten 123 und 124 befestigt. Die inneren Umfangsoberflächeri dieser Hülsen bilden die Lageroberflächen für die Welle. Die Hülsen 125 und 126 werden mittels U-förmiger elastischer Einge 133 und 134 luftdicht gegenüber den äusseren Eingen 131 und 132 des Lagers versiegelt. Als Folge des beschriebenen Lageraufbaues können die beiden Lagerhülsen unabhängig voneinander arbeiten; auch tritt eine Drehung der beweglichen Lageroberfläche um einen Punkt auf, der innerhalb der wirksamen Länge der Lageroberfläche liegt. Die wirksame Länge ist in der Fig. 31 durch den Buchstaben L angegeben. Die imaginären Drehpunkte sind durch die Ziffern 127 und

128 angegeben. In dem Lager der Fig. 29 liegen die Drehpunkte

129 und 130 jenseits der wirksamen Länge L der Lagerabschnitte 105 und 106. Der Vorteil der Anordnung der Drehpunkte gemäss Fig. 31 in Gegensatz zu der Situation gemäss Fig. 25 besteht darin, dass die radiale Steifigkeit des Lagers grosser ist.

Diese erhöhte Steifigkeit ist leicht verständlich, weil sie auf dem gleichen Prinzip wie bereits weiter oben erörtert beruht, nämlich auf der Bewegung der nachgiebigen Lageroberfläche, mindestens teilweise, in Richtung auf die gegenüberliegende Lageroberfläche anstatt von dieser weg, um die Konvergenz des

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lagerZwischenräumes zu verstärken. Der beschriebene Mechanismus ist in I¹Xg. 33 in schematischer Form dargestellt, die eine Welle 200 zeigt, die in einem Hülsenlager 201 gelagert ist, das als den Hülsen 105 oder 125 auf der linken Seite der Fig. 29 und 31 äquivalent angesehen werden kann. Die Lufteinlasszone in Fig. 33 befindet sich auf der rechten Seite des LagerZwischenraumes, wie durch den Pfeil 202 angegeben.

Wenn der Drehpunkt der Hülse mit dem Angriffspunkt der Resultierenden des Luftdruckes an die Hülse zusammenfällt, dann besteht kein Einstellungskräftepaar mehr. Diese Position ist in der Fig. 33 durch die Ziffer 203 angegeben. Bei einer gegebenen Belastung kann die Lagerhülse 201 mit Hilfe einer äusseren Einstellungseinrichtung in einem solchen Winkel angeordnet werden, dass die radiale Versetzung der Welle null ist, was einer unendlichen Steifigkeit entspricht, und irgendwelche so gewünschte Steifigkeit kann durch Fortschreiten auf diesem Wege erzielt werden. Wenn der Drehpunkt in der Position oder 205 vorgesehen wäre, müsste die Welle eine radiale Versetzung hp bzw. h. durchführen, um die gleich Konfiguration des Lagerzwischenraumes zu erzielen. Schliesslich ist aus der Fig. 33 zu entnehmen, dass dann, wenn die operative Oberfläche 206 der nachgiebigen Lageroberfläche kleiner ist als die ganze Länge der Lagerhülse gemäss ihrer vollständigen Länge eine sehr geringe Steifigkeit erzielt wird.

In den Fig. 34 und 35 ist ein sich selbst einstellendes zylindrisches Lager dargestellt. Das Lager besteht aus zwei Hülsen 142 und 143, die mit einem gewissen Spielraum über eine Welle 144 passen. Die Hülsen sind durch feste Ringe 146, 147 und Federringe 148 und 149 in einer Buchse 145 befestigt. Die Funktion der Ringe 146 und 147 besteht darin, die axiale Position der Hülsen in der Ebene der Ringe positiverweise sicherzustellen und die gleichzeitig eine geringe Kippung der Hülsen um Drehpunkte, die auf der gemeinsamen Achse der Hülsen an ihrem Schnittpunkt mit der Ebene der Ringe liegen, erlaubt.

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Die Funktion der Federringe 148 und 149 besteht darin, die Reaktionskraft des Lagers zu erzeugen. Dia Form des Ringes 149 ist in Fig. 35 deutlich dargestellt, bei der es sich um einen Querschnitt entlang der Linie 35-35 durch, die Fig. 34 handelt. Der Ring ist an drei Positionen, die um 120° angular gegeneinander verschoben sind, mit verminderten Querschnittszonen versehen, so dass drei Vorsprünge, wie z.B. der Vorsprung 15O₅ in elastischem Eontakt mit der Buchse 145 stehen. Auf diese Weise können die Enden der Hülsen 142 und 143, die benachbart zueinander sind, kleine radiale Verschiebungen durchführen, wodurch, die variable geometrische Form des Lagerzwisch.enra.umes zwischen den Hülsen und der Welle erzielt wird.

Die Buchse 145 ist innerhalb der zylindrischen Bohrung des inneren Ringes 151 eines sich selbst einstellenden Lagers befestigt. Der äussere Ring dieses Lagers, nämlich der Ring 152, ist in einem Lagerblock befestigt, der aus einer Basis 154 und einer Kapsel 155 besteht. Die Abdichtung der Hülsen 142 und 143 gegenüber der. Endringen 156 und 157 des Lagers erfolgt mittels elastischer Ringe 158 und 159· Durch eine Verbindung, wie z.B. die Verbindung 153, die auf der linken Seite dargestellt ist, kann der Luftdruck Zutritt haben. Der Ring 146 ist mit nicht dargestellten öffnungen versehen, so dass sich der LuftZuführungsdruck gleichmässig innerhalb des Zwischenraumes zwischen den Hülsen 142 und 143 und der Buchse 145 verteilen kann. Es sei darauf hingewiesen, dass beim Betrieb des Lagers keine Drehung zwischen dem Ring 151 und dem Ring 152 auftritt.

Der einzige Zweck des diese Ringe aufweisenden einstellbaren Lagers besteht darin, die Selbsteinstellung des Luftlagers so zu gestalten, dass eine genaue Ausrichtung, die im Hinblick auf den sehr geringen Lagerzwischenraum unerlässlich ist, weggelassen werden kann, wenn das Lager installiert wird. Die Ringe 151 und 152 können sich relativ zueinander bewegen, wenn das Lager so installiert wird, dass die erforderliche

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genaue Ausrichtung gegeben ist und sie können erforderlichenfalls an Ort und Stelle relativ eingespannt werden.

Eine erfindungsgemässe Anordnung, bei der der Lagerdruck mehr aufgrund seines Dämpfungseffektes anstatt aufgrund seines Trageeffektes ausgenutzt wird, ist in der Fig. 36 dargestellt. Eine Walze 135, die in konventionellen Walzenlagern 136 und 137 drehbar gelagert sein kann, wird zum Umlenken des Weges einer laufenden Materialbahn 138, die in der Figur transparent dargestellt ist, verwendet. Die Walze selbst weist eine begrenzte dynamische Steifigkeit auf, so dass sie leicht vibrieren kann. Die Amplitude und die Frequenz der Walzenvibrationen hangen nicht nur von den Walzeneigenschaften ab, sondern sie werden auch durch die relative dynamische Steifigkeit der Materialbahn beeinflusst. Ferner können Resonanzfrequenzen, die mit dem unter Spannung stehenden Band zusammenhängen, zu zusätzlichen Vibrationsmustern für die Walze führen. Die Vibration der Walze kann dadurch herabgesetzt werden, dass man ein Gaslager 139 für die Walze in einer Position vorsieht, die sich etwa auf der Hälfte des Weges entlang der Walze befindet und die mit dem Bxsektor des Umhüllungswinliels der Materialbahri um die Walze herum zusammenfallen kann. Das Luftlager 139 weist eine nachgiebige Wand in Form einer Membran auf, die eine zylindrisch gekrümmte Lageroberfläche bildet. Die Wirkung des Lagers läuft auf eine Drei-Punkt-Unterstützung der Welle hinaus, so dass höhere Resonanzfrequenzen verbunden mit niedrigeren Amplituden erhalten werden.

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Claims

Patentansprüche

Fluidlager für die Aufnahme eines Lastübertragungselementes, bei dem eine Oberfläche des Lagers und eine Oberfläche eines Teils des Lastübertragungselementes gemeinsam einen LagerZwischenraum bilden, der über wenigstens einen Fluideinlass an einer Fluideinlasszone, aus der ein Fluid unter Druck entlang des Zwischenraumes in eine oder mehrere Fluidauslasszonen strömen kann, mit einem Fluidvorrat in Verbindung steht, und wobei eine der Oberflächen nachgiebig ist und die Fluideinlasszone aufweist, so dass bei jeder Lagerbelastung innerhalb eines bestimmten Bereiches der Zwischenraum beim Auftreten von Lastübertragungsreaktionskräften in Richtung des Fluidstromes konvergiert und jede Erhöhung dieser Belastung innerhalb dieses Bereiches zu einer relativen Versetzung der Oberflächen führt, die eine Verstärkung der Konvergenz mit sich bringt und wobei das die nachgiebige Oberfläche enthaltende Element wenigstens teilweise den oder wenigstens einen Fluideinlass bestimmt.

2. Fluidlager nach Anspruch 1, bei dem die Konvergenz über mindestens den grösseren Teil des Abstandes zwischen den Fluideinlasszonen und den -auslasszonen auftritt.

3- Fluidlager nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei dem die Konvergenz von einer Position an der Fluideinlasszone ab auftritt.

4. Fluidlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Konvergenz im wesentlichen kontinuierlich ist, um abrupte Änderungen und den abrupten Beginn von Änderungen der Grosse des Lagerzwischenraumes in Richtung des Fluidstromes zu vermeiden.

5· Fluidlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, bei dem die Oberfläche des Lagers nachgiebig ist.

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6. Fluidlager nach. Anspruch. 5₅ bei dem die nachgiebige Lageröle er fläche eine Membran ist.

7· Fluidlager nach. Anspruch. 6, bei dem die Membran eine ringförmige Scheibe ist, die am ausseren Rand befestigt ist, deren innerer Randabschnitt eine im wesentlichen zylindrische Oberfläche mit mindestens einer Fluideinlassöffnüng bestimmt und bei dem der LagerZwischenraum durch die einander gegenüberliegenden Oberflächen der ringförmigen Scheibe und die jeweils einander gegenüberliegenden Oberflächenabschnitte des aufliegenden Lastübertragungselementes begrenzt ist.

8. Fluidlager nach Anspruch 7, bei dem die ringförmige Scheibe aus zwei ringförmigen Scheibenabschnitten besteht, die miteinander verbunden sind unter Bildung eines inneren ringförmigen Kanals, mit dem eine Vielzahl der Fluideinlassöffnungen in Verbindung steht.

9· Fluidlager nach Anspruch 6, bei dem die Membran an ihrem Umfang abgedichtet ist unter Bildung einer Wand einer Kammer, die mit dem lluidvorrat in Verbindung steht.

lO.Fluidlager nach Anspruch 6, bei dem die Membran an ihrem Umfang abgedichtet ist unter Bildung einer Wand einer Kammer, die unter einem Druck mit einem Fluidvorrat in Verbindung steht, der von dem Druck des unter Druck in die Einlassöffnung eingeführten Fluids unabhängig ist.

.Fluidlager nach Anspruch 10, bei dem die Kammer gegenüber der Atmosphäre offen ist.

12.iTuidlager nach Anspruch 6, bei dem die Membran in Form eines Streifens vorliegt, der an seinen Längskanten befestigt ist und einen Einlassöffnungsschlitz aufweist, der parallel zu seiner Längsachse verläuft.

13.Fluidlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die nachgiebige Oberfläche des Lagers so angeordnet ist, dass

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sie eine Versetzung in Richtung auf die gegenüberliegende Lageroberfläche bei zunehmender Belastung des Lagers durchführen kann, um dadurch das Lager zu kompensieren und die Steifigkeit des Lagers zu erhöhen.

i4.Fluidlager nach Anspruch 1J, bei dem die nachgiebige Oberfläche des Lagers eine Membran ist, die an ihrem zentralen Abschnitt an einem Lagergehäuse befestigt ist und deren peripherer Abschnitt in der Lage ist, sich in bezug auf den zentralen Abschnitt zu bewegen und der in bezug auf einen benachbarten Wandabschnitt des Lagergehäuses fluiddicht versiegelt ist.

15-Fluidlager nach Anspruch 14-, bei dem die operative Oberfläche der Membran, die der gegenüberliegenden Lageroberfläche zugewandt ist, kleiner ist als die operative Oberfläche der Membran, die von der gegenüberliegenden Lageroberfläche abgewandt ist.

16.Fluidlager nach Anspruch 5, Dei dem die nachgiebige Oberfläche des Lagers so befestigt ist, dass sie relativ zu dem aufliegenden Lastübertragungselement in Abhängigkeit von Änderungen der Fluiddruckverteilung in dem Lagerzwischenraum, die Folgen von Änderungen in bezug auf die aufgelegte Last sind, angular versetzbar ist.

17-Fluidlager nach Anspruch 16, bei dem die nachgiebige Oberfläche des Lagers eine Oberfläche einer Lagerhülse ist.

18.]Tlui dl age r nach Anspruch 17, hei dem der Lagerzwischenraum, dann, wenn keine Belastung angewendet wird, im wesentlichen parallele Seitenwände aufweist.

19-Fluidlager nach Anspruch 17 oder 18, bei dem die Hülse so befestigt ist, dass sie um einen Punkt Drehbewegungen ausführen kann, der näher an der (den) Fluidauslasszone(n) liegt als an der Fluideinlasszone.

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20.Fluidlager nach einem der Ansprüche 17 bis 19, das eine Federeinrichtung aufweist, die der angularen Bewegung der Hülse relativ zu dem aufliegenden Lastübertragungselement elastisch entgegenwirkt.

21.Fluidlager nach einem der Ansprüche 17 bis 20, das zwei axial ausgerichtete Hülsenabschnitte aufweist, die jeweils eine Wand eines Lagerzwischenraumes mit einer Fluideinlasszone an den angrenzenden Enden dieser Hülsenabschnitte aufweist.

22.Fluidlager nach Anspruch 20, das im wesentlichen symmetrisch um die Fluideinlasszone herum ist.

23.Fluidlager nach einem der Ansprüche 21 und 22, bei dem die benachbarten Enden der Hülsenabschnitte relativ unabhängig voneinander beweglich sind.

24.Fluidlager nach einem der Ansprüche 16 bis 23, bei dem die anguläre Verschiebung der nachgiebigen Oberfläche des Lagers um einen Drehpunkt erfolgt, der zwischen der Fluidauslasszone und dem Zentrum des Abstandes zwischen der Fluxdeinlassζone und -auslasszone liegt, wodurch die Steifigkeit des Lagers erhöht wird.

25-Fluidlager nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die nachgiebige Oberfläche des Lagers eine kugelförmige Krümmung aufweist.

26.Fluidlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Fluideinlasszone eine oder mehrere Drosselöffnungen aufweist.

27.Fluidlager nach Anspruch 26, bei dem die Grosse der oder mindestens einer der Drosselöffnungen variabel ist, entsprechend den Schwankungen der Fluiddruckverteilung in dem Lagerzwischenraum, die eine Folge von Änderungen der angewendeten Belastung sind.

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28.i¹luidlager nach einem der Ansprüche 1 "bis 27, hei dem das Lager ein aerostatisch.es Lager ist.

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