DE2605861A1

DE2605861A1 - Wasser/gummi-lagerung fuer schnellaufende wellen

Info

Publication number: DE2605861A1
Application number: DE19762605861
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Digital Systems Inc
Current assignee: Digital Systems Inc
Priority date: 1975-02-14
Filing date: 1976-02-13
Publication date: 1976-08-26
Also published as: GB1488633A; FR2300644A1; US3929393A; JPS51132349A

Description

Die Erfindung betrifft eine mit hoher Drehzahl betreibbare Bohrspindel und bezieht sich insbesondere auf mit Wasser geschmierte Gummilager für eine solche Bohrspindel„

Bei mit außerordentlich hohen Drehzahlen umlaufenden Wellen oder Spindeln ist es nicht möglich, Kugel- und Rollenlager bekannter Art sowie irgendwelche anderen Lager mit ölschmierung zu verwenden,. Liegt die Drehzahl einer Welle Z₀B. im Bereich von 50 000 bis 100 000 U/min, werden Kugel- und Rollenlager schnell schadhaft, und bei mit Öl geschmierten Lagern tritt eine Überhitzung ein, die zu ähnlichen Schäden führt.

Für mit sehr hohen Drehzahlen umlaufende Wellen, Z₀B. Bohrspindeln, die bei bestimmten Arbeitsgängen benutzt werden, wurden daher bereits Luftlager entwickelt, die einen Betrieb in dem vorstehend genannten Drehzahlbereich ermöglichen,, Jedoch sind die Kosten der Herstellung solcher Luftlager hoch, und ihre Verwendung bedingt einen erheblichen Energieaufwand für die Erzeugung der benötigten Druckluft. Als Alternative hierzu wurde bereits vorgeschlagen, Lager zu verwen-

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den, bei denen ein Metall mit Gummi zusammenarbeitet, und bei denen als Schmierstoff Wasser verwendet wird, doch hat es sich als unmöglich erwiesen, Lager dieser Bauart im Bereich sehr hoher Drehzahlen zu verwenden, da sich die Abmessungen der aus Gummi hergestellten Bauteile verändern, was in erster Linie auf die Absorption von Wasser durch den Gummi zurückzuführen ist_o

Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges, für den Einsatz bei äußerst hohen Drehzahlen geeignetes Lager zu schaffen, bei dem der Grundgedanke, ein Metall mit Gummi zusammenarbeiten zu lassen und Wasser als Schmierstoff zu verwenden, angewendet wird, das sich jedoch in der Praxis bewährt und mit relativ geringen Kosten herstellbar ist₀ Im Vergleich zu Kugellagerungen bekannter Art sowie zu Lagern mit ölschmierung bietet die Erfindung erhebliche Vorteile: erstens ist es möglich, mit erheblich höheren Drehzahlen zu arbeiten, bei denen Kugellager normalerweise schnell zerstört werden, bzw» bei denen sich Gleitlager überhitzen; zweitens wird die Lagerreibung auch bei den sehr hohen Drehzahlen auf einem relativ niedrigen Wert gehalten; drittens ist es möglich, das Lagerspiel praktisch auf Null zu reduzieren, so daß die umlaufende Welle weder in radialer noch in axialer Richtung gegenüber ihrer optimalen Lage verlagert wirdj viertens ist es bei der Verwendung von Gummi möglich, die schwingungsdämpfenden Eigenschaften des Gummis auf vorteilhafte Weise auszunutzen, und fünftens ist die Konstruktion insgesamt so ausgebildet, daß sich die Lager im Vergleich zu anderen Konstruktionen langsamer abnutzen₀

Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung eine Welle geschaffen worden, die sich in entgegengesetzten Richtungen erstreckende konische Endabschnitte aufweist, welche mit einem ersten und einem zweiten Lagerklotz zusammenarbeiten; hierbei sind in die Lagerklötze zu den konischen Endabschnit-

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ten passende konische Gummibuchsen eingebaut, welche die konischen Endabschnitte der Welle umschließen und sie unterstützen Ferner ist eine Vorspanneinrichtung vorhanden, die dazu dient, die Lagerklötze längs der Welle gegen die konischen Endabschnitte so vorzuspannen, daß praktisch kein Spiel zwischen den zusammenarbeitenden konischen Flächen der Gummibuchsen und der konischen Endabschnitte verbleibt,, Die Lagerklötze sind mit Wasserdurchlässen versehen, damit den Berührungsflächen zwischen den Gummibuchsen und der Welle Wasser zugeführt werden kann, um die Welle "schwimmend" auf dem von den Poren der Gummibuchsen aufgenommenen Wasser zu lagernj hierbei werden alle Änderungen der Abmessungen der Gummibuchsen, die z.Bo auf ein Aufquellen der Gummibuchsen zurückzuführen sind, durch axiale Relativbewegungen zwischen den Buchsen und den Lagerklötzen ausgeglichen, so daß einerseits dafür gesorgt ist, daß das Lagerspiel praktisch ständig auf dem Wert Null gehalten wird, und daß andererseits das Auftreten übermäßig hoher Lagerdrücke vermieden wird_o

Somit ist durch die Erfindung eine mit automatischer Kompensation arbeitende Anordnung derart geschaffen worden, daß es möglich ist, Lager zu verwenden, bei denen jeweils eine mit Wasser geschmierte Buchse aus Gummi vorhanden ist.

Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren Einzelheiten anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Figo 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform von mit Wasser geschmierten Gummilagern für sehr hohe Drehzahlen;

Figo 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Figo 1J

Figo 3 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform erfindungsgemäßer Lager}

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Figo 4 eine perspektivische Darstellung eines zylindrischen inneren Bauteils der Anordnung nach Fig_o 3; und

Fig. 5 die Draufsicht einer bei der Anordnung nach Fig_o 3 verwendeten scheibenförmigen Feder«

In Figo 1 ist ein zylindrisches äußeres Gehäuseteil 10 dargestellt, in das ein unterer Lagerklotz 11 und ein oberer Lagerklotz 12 eingebaut sind_o Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist der untere Lagerklotz 11 in der bei 13 angedeuteten Weise an der Innenwand des Gehäuseteils 10 befestigte Der obere Lagerklotz 12 ist jedoch gegenüber dem Gehäuseteil 10 längs einer kurzen Strecke in axialer Richtung bewegbar, und um eine solche Bewegung zu ermöglichen, ist das Gehäuseteil mit mindestens einer Keilnut 14 versehen»

Der untere Lagerklotz 11 und der obere Lagerklotz 12 weisen jeweils eine ringförmige konische Stützfläche 15 bzw» 16 auf, an denen eine untere Lagerbuchse 17 aus Gummi bzw_o eine obere Lagerbuchse 18 aus Gummi befestigt sind. Die Gummibuchsen haben eine konische Form derart, daß sie zu den konischen Flächen 15 und 16 der Lagerklptze 11 und 12 passen, und gemäß Figo 1 sind die Verjüngungsrichtungen der konischen Flächen und der Lagerbuchsen aus Gummi einander entgegengesetzte

Gemäß Figo 1 erstreckt sich durch die Lagerbuchsen aus Gummi eine zentral angeordnete Welle 19 mit einem unteren Endabschnitt 20 und einem oberen Endabschnitt 21, die sich zu den konischen Innenflächen der Lagerbuchsen passend in entgegengesetzten Richtungen verjüngen« Bei der Ausführungsform nach Figo 1 nimt der Durchmesser des unteren Endabschnitts 20 der Welle 19 nach unten zu, während der Durchmesser bei dem oberen Endabschnitt 21 nach oben zunimmt. Das freie untere Ende der Welle 19 ist mit einem Futter 22 zum Aufnehmen eines Bohrers versehen, während am oberen Ende der Welle eine Riemenscheibe 23 zum Herstellen einer Antriebsverbindung zu einem

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- 5 nicht dargestellten Antriebsmotor ausgebildet sein kann«,

Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung ist eine Vorspanneinrichtung in Gestalt einer gewendelten Druckfeder 24 vorhanden, welche die Welle 19 umgibt, und deren Enden nach unten bzwo nach oben gerichtete Kräfte auf den unteren Lagerklotz

11 und den oberen Lagerklotz 12 ausüben, so daß die Feder bestrebt ist, die Lagerklötze voneinander zu entfernen« Zwar ist der untere Lagerklotz 11 gegenüber dem Gehäuseteil 10 fest= gelegt, doch ist ersichtlich, daß die durch die Druckfeder 24 auf den oberen Lagerklotz 12 aufgebrachte, nach oben gerichtete Kraft auf die Welle 19 übertragen wird und bestrebt ist, die Welle nach oben zu bewegen, so daß die in den unteren Lagerklotz 11 eingebaute Gummibuchse 17 gegen die konische Umfangsfläche des unteren Endabschnitts 20 der Welle gedrückt und in fester Anlage an ihr gehalten wird. Die Hauptaufgabe der Vorspanneinrichtung bzw_o der Druckfeder 24 besteht darin, zu gewährleisten, daß praktisch keinerlei Spiel zwischen den Lagerflächen der Gummibuchsen und der konischen Endabschnitte der Welle verbleibt.

Ferner weist die Anordnung nach Fig„ 1 Wasserkanäle auf, die dazu dienen, Wasser zwischen die zusammenarbeitenden konischen Flächen der Gummibuchsen und der konischen Endabschnitte der Welle zu leiten,, Zu diesen Wasserkanälen gehört ein im rechten unteren Teil von Fig_o 1 dargestellter Wassereinlaßkanal 25, der zu einem ringförmigen Verteilerkanal 26 im Inneren des unteren Lagerklotzes 11 führt. Dem oberen Lagerklotz

12 ist auf ähnliche Weise ein ringförmiger Verteilerkanal 27 zugeordnet, der mit dem unteren Verteilerkanal 26 durch einen sich durch das Gehäuseteil 10 erstreckenden flexiblen Schlauch 28 verbunden ist. Gemäß Fig₀ 1 hängt der flexible Schlauch 28 in einem solchen Ausmaß durch, daß geringfügige axi'ale ReIativbewegungen zwischen den beiden Lagerklötzen 11 und 12 möglich sind, ohne daß der flexible Schlauch gespannt wird,

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JJa die ringförmigen Verteilerkanäle 26 und 27 und die ihnen zugeordneten Kanäle innerhalb der Lagerklötze zum Zuführen von Wasser zu den Lagern von gleicher Art sind, dürfte es genügen, nur eine der beiden Anordnungen im einzelnen zu besciireiben_o Bei dem oberen Lagerklotz 12 gehören zu den in dem Lagerklotz ausgebildeten sich radial nach innen erstrekkende Dosierdüsen, von denen eine in Fig_o 1 bei 29 dargestellt ists diese Düsen erstrecken sich durch die Gummibuchse 18 und enden jeweils in einer von mehreren Taschen 30, welche an der Trennfläche zwischen der Gummibuchse und dem konischen Wellenabschnitt münden₀

Ferner ist bei der Anordnung nach Fig_o 1 eine Absaugeinrichtung vorhanden, zu der ein sich längs des Gehäuseteils 10 erstreckendes äußeres Rohr 31 gehört, an das sich ein unterer Abzweigkanal 32 und ein oberer Abzweigkanal 33 anschließen, welche zum unteren bzw_o zum oberen Teil des Innenraums des üehäuseteils 10 führen; außerdem ist ein zwischen den Enden des Gehäuseteils angeordneter Kanal 34 zum Absaugen von "Wasser aus dem Gehäuseteil vorhanden,, Wird die Absaugeinrichtung mit einem geringen Unterdruck beaufschlagt, strömt Luft von der Außenseite des Gehäuses aus am unteren und am oberen Ende des Gehäuseteils 10 an lockeren Dichtungen 35 und 36 vorbei nach innen, wodurch das Entweichen von Wasser aus den Enden des Gehäuseteils verhindert wird₀

Fig. 2 zeigt weitere Einzelheiten der Wasserkanäle im Inneren des oberen Lagerklotzes 12₀ Gemäß Fig_e 2 sind zusätzlich zu dem radialen Düsenkanal 29, der in der Tasche 30 an der Trennfläche zwischen dem konischen oberen Endabschnitt der Welle 19 und der Gummibuchse 18 mündet, weitere radial verlaufende Dosierdüsenkanäle 29' und 29" vorhanden, die ebenfalls in Verbindung mit dem ringförmigen Verteilerkanal 27 stehen und jeweils in der Tasche 30 entsprechenden Taschen mündeno Bei dem Aus führungs bei spiel nach Fig. 1 und 2 sind mindestens drei Düsenkanäle 29 in gleichmäßigen Umfangsab-

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ständen verteilt, so daß es möglich ist, das unter Druck zugeführte Wasser gleichmäßiger über die ringförmigen konischen Lagerflächen zu verteilen, als es beim Vorhandensein nur eines radialen Dosierdüsenkanals möglich sein würde.

Wird beim Betrieb der Anordnung nach Fig. 1 und 2 über den Einlaß 25 unter Druck stehendes Wasser zugeführt, strömt Wasser zu dem unteren ringförmigen Verteilerkanal 26 dem oberen ringförmigen Verteilerkanal 27 der beiden Lagerklötze, so daß die untere Gummibuchse 17 und die obere Gummibuchse 18 mit Wasser gesättigt werden, das die Poren des Gummis ausfüllt, so daß die Welle 19 durch den Wasserdruck an ihren konischen Endabschnitten "schwimmend" unterstützt wird₀ Hierbei wird das Lage rspiel praktisch auf dem Wert Null gehalten, da die Druckfeder 24 vorhanden ist, die in der beschriebenen Weise eine Kraft ausübt, welche bestrebt ist, die beiden Lagerklötze 11 und 12 in axialer Richtung, d₀h_o in derjenigen Richtung voneinander zu"entfernen, in welcher sich der Durchmesser der konischen Abschnitte 20 und 21 vergrößerte

Wenn hier davon gesprochen wird, daß das Lagerspiel praktisch gleich Null ist, bedeutet dies, daß zwischen dem Gummi der Lagerbuchsen und dem Metall der konischen Wellenabschnitte eine so enge Flächenberührung vorhanden ist, daß die Welle praktisch keine seitlichen oder axialen Bewegungen ausführen kann, daß jedoch in bzw_o an den oberflächlichen Poren des Gummis ein äußerst dünner Wasserfilm vorhanden ist, der die eigentliche Lagerung für die konischen Endabschnitte der aus Metall bestehenden Welle 19 bildet. Zwar wird das Wasser unter Druck kontinuierlich zugeführt, doch bei zunehmender Drehzahl der Welle wird das Wasser gegenüber der Zuführungsstelle angesaugt, so daß man den Druck herabsetzen könnte ₀ Wenn die Dosierdüsenkanäle Z₀B₀ einen Durchmesser von etwa 0,23 mm haben, würde ein Wasserdruck von etwa 7 bar ausreichen, so daß man die Welle 19 in Drehung versetzen könnte_β

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Alle Änderungen der Abmessungen der Gummituchsen, die auf eine Absorption von Wasser durch, den Gummi der Buchsen zurückzuführen sind, werden ohne weiteres durch entsprechende geringfügige axiale Verlagerungen der Lagerklötze und der Gummibuchsen gegenüber den konischen Endabschnitten der Welle ausgeglichen; hierbei gewährleistet die eine Vorspannung aufbringende Druckfeder 24, daß stets das gewünschte Lagerspiel aufrechterhalten wird, das praktisch gleich Null ist.

Figo 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der in dem die Lagerklötze unterstützenden zylindrischen Gehäuseteil ein Elektromotor zum Antreiben einer Welle bzw. einer Bohrspindel untergebracht ist_o Entsprechend zeigt Fig. 3 ein zylindrisches äußeres Gehäuseteil 37» in das ein unterer Lagerklotz 38 und ein oberer Lagerklotz 39 eingebaut sind, in denen konische Lagerbuchsen 40 und 41 aus Gummi befestigt sind ο

In dem Gehäuseteil ist eine Welle oder Bohrspindel 42 gelagert, die einen unteren konischen Endabschnitt 43 und einen oberen konischen Endabschnitt 44 aufweist; diese Endabschnitte sind zu den zugehörigen Lagerbuchsen 40 und 41 aus Gummi passend geformte Bei der Ausführungsform nach Fig_o 3 sind die Verjüngungsrichtungen der konischen Endabschnitte ebenfalls einander entgegengesetzt, doch sind die konischen Abschnitte im Vergleich zu der Ausführungsform nach Fig. 1 im umgekehrten Verhältnis zueinander angeordnete Mit anderen Worten, der Durchmesser des unteren Endabschnitts 43 der Welle 42 vergrössert sich nach oben, während sich der Durchmesser des oberen Endabschnitts 44 nach unten vergrößert. Das freie untere Ende der Welle 42 ist mit einem zum Aufnehmen eines Bohrers bestimmten Futter 45 versehen, das dem anhand von Fig_o 1 beschriebenen Futter 22 ähnelt_o

Im mittleren Teil des zylindrischen äußeren Gehäuseteils 37 ist ein zum Antreiben der Welle 42 dienender Elektromotor unter-

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gebracht, zu dem ein auf dem mittleren Teil der Welle angeordneter Läufer 46 gehört, der von Ständerwicklungen 47 umgeben isto Der Motorteil der Anordnung ist durch abgedichtete untere und obere Zwischenwände P1 und P2 vom unteren bzw_o oberen Abschnitt des Innenraums des Gehäuseteils 37 getrennte

Ebenso wie bei der Ausführungsform nach Figo 1 ist einer der Lagerklötze gegenüber dem Gehäuseteil festgelegt, während der andere Lagerklotz so unterstützt ist, daß er sich geringfügig in Richtung der Längsachse des Gehäuseteils bewegen kann_o Jedoch ist bei der Anordnung nach Fig. 3 der obere Lagerklotz 39 gegenüber dem zylindrischen äußeren Gehäuseteil 37 in der bei 48 dargestellten "Weise festgelegt, während der untere Lagerklotz 38 in axialer Richtung bewegbar ist» Gemäß Fig₀ 3 ist der untere Lagerklotz 38 in den mittleren Teil einer ringförmigen federnden Scheibe 49 eingebaut, die mit ihrem äußeren Rand gegenüber dem zylindrischen äußeren Gehäuseteil 37 festgelegt ist_o Hierbei ist die Anordnung derart, daß die federnde Scheibe 49 eine nach oben gerichtete Vorspannkraft auf den unteren Lagerklotz 38 ausübt, und daß diese Vorspannkraft durch die Welle 42 nach oben übertragen wird, um eine Vorspannkraft auf den oberen Lagerklotz 39 derart aufzubringen, daß das Lagerspiel der beiden Lager wiederum praktisch auf dem Wert Null gehalten wird₀

Der unteren Gummibuchse 40 und der oberen Gummibuchse 41 wird gemäß Figo 3 Wasser am rechten oberen Ende des Gehäuseteils 37 über einen Einlaß 50 zugeführt, an den sich ein ringförmiger Verteilerkanal 51 im Inneren des oberen Lagerklotzes 39 anschließt, von dem aus ein in der Wand des zylindrischen äußeren Gehäuseteils 37 ausgebildeter Kanal 52 nach unten verläuft, um eine Verbindung zu dem ringförmigen Verteilerkanal 53 in dem unteren Lagerklotz 38 herzustellen» Mit dem unteren Ende des Kanals 52 ist ein flexibler Schlauch 54 verbunden, der geringfügige axiale Bewegungen des durch die federnde Scheibe 49 unterstützten unteren Lagerklotzes 38 ermöglicht»

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An die ringförmigen Verteilerkanäle 51 und 53 in den beiden Lagerklötzen schließen sich radial nach innen verlaufende Dosierkanäle oder -düsen an, die in Taschen an den Trennflächen zwischen den Gummibuchsen und den konischen Endabschnitten der Welle 42 münden, wie es bereits anhand von Fig. 1 und 2 beschrieben wurde, so daß sich eine erneute Erläuterung erübrigen dürfte ο

Damit sich das Wasser abführen läßt, das aus den Lagern im oberen bzw₀ unteren Endabschnitt des Gehäuses unterhalb der Trennwand P1 bzw· oberhalb der Trennwand P2 entweicht, sind weitere Wasserkanäle vorhanden,, Um diese zusätzlichen Wasserkanäle abzugrenzen, ist gemäß Fig. 3 ein innerer Zylinder bzw<> eine Buchse 55 vorhanden, die in dem äußeren Gehäuseteil 37 gleichachsig mit diesem angeordnet ist und auf ihrer Außenseite mehrere zu ihrer Längsachse parallele Nuten aufweist, die zusammen mit der Innenwand des äußeren Gehäuseteils 37 Wasserkanäle abgrenzen,, Gemäß Fig. 4 sind Kanäle oder Nuten 56 vorhanden, die kurz vor dem oberen Ende des inneren Zylinders 55 enden. Ferner sind Kanäle bildende Nuten 57 vorhanden, deren obere Enden dem oberen Ende des inneren Zylinders näher benachbart sind.

Den kürzeren Nuten 56 sind obere Auslässe 58 und untere Auslässe 59 zugeordnet, und die oberen Auslässe 58 stehen in Verbindung mit dem Raum unter dem oberen Lagerklotz 39 unterhalb der oberen Trennwand P2_O Bei dieser Anordnung strömt das aus dem oberen Lager entweichende Wasser durch die kürzeren Wasserkanäle 56 zum unteren Teil der Vorrichtung, wo das Wasser aus den unteren Auslässen 59 entweicht, um dann zusammen mit Wasser erneut umgewälzt zu werden, das aus dem unteren Lager entweicht, wobei das Wasser dann durch die längeren Nuten 57 nach oben strömt, um über obere Auslässe 60 zu entweichen und zu einem Wasserabführungskanal 61 zu gelangen.

In Fig» 4 ist der innere Zylinder 55 zum besseren Verständnis

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der soeben beschriebenen Anordnung gesondert dargestellte Es ist ersichtlich, daß die genannten Nuten an der Außenfläche des Zylinders ausgebildet sind, und daß zu diesen Nuten die kürzeren Nuten 56 und die längeren Nuten 57 gehören, denen Auslässe 58 bzw_o 60 zugeordnet sind, wie es auch in Fig. 3 dargestellt ist.

Gemäß Figo 4 ist in der Umfangsrichtung des Zylinders 55 jede dritte Nut eine kürzere Nut 56, die dazu dient, Wasser von dem oberen Lager aus nach unten zum unteren Teil des Gehäuses zu leiten, während die übrigen längeren Nuten 57 Rückleitungswege für das Wasser bilden, das gemäß Fig. 3 aus der Vorrichtung über den Auslaß 61 abgeführt werden soll. Durch das Vorhandensein dieser verschiedenen Kanäle zum Umwälzen des Wassers ist eine Kühlung des beschriebenen Elektromotors gewährleistet, und hierin ist ein wichtiges Merkmal der Ausführungsform nach Figo 3 bis 5 zu erblicken.

Fig. 5 zeigt die schon anhand von Fig. 3 beschriebene federnde Scheibe 49 im Grundriß; es ist ersichtlich, daß zu der Scheibe 49 ein mit einer zentralen Öffnung versehener mittlerer Abschnitt 62 zum Unterstützen des unteren Lagerklotzes 38 gehört, und daß die Scheibe mit sich längs Kreisbögen erstreckenden Schlitzen 63 versehen ist, damit die Scheibe als Feder zur Wirkung kommen kann.

Die Vorrichtung nach Fig. 3 bis 5 arbeitet auf ähnliche Weise wie diejenige nach Fig. 1 und 2«, Wird die Welle 42 in Drehung versetzt, wird wiederum unter Druck stehendes Wasser über den Einlaß 50 zugeführt, um die verschiedenen Taschen an den inneren Enden der radial nach innen verlaufenden Dosierkanäle in den beiden Lagerklötzen zu füllen«. Die Taschen haben einen so großen Flächeninhalt, daß die konischen Lagerzapfen 43 und 44 der Welle von den Lagerflächen der Lagerbuchsen 40 und 41 abgehoben werden, bis das aus den Taschen entweichende Wasser an den Dosierkanälen oder -düsen zu einem solchen Druckabfall

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führt, daß sich wiederum in der anhand von Fig_o 1 beschriebenen Weise ein Gleichgewichtszustand einstellt. Ebenso wie bei der Ausführungsform nach FIg₀ 1 sind jedem Lager drei Düsen und drei Taschen zugeordnet, die in gleichmäßigen Winkelabständen von etwa 120° verteilt sind, so daß die Welle 42 frei schwimmend auf dünnen Wasserfilmen gelagert ist, die an den oberflächlichen Poren der Lagerbuchsen aus Gummi entstehen_o

Wie erwähnt, strömt das aus dem oberen Lager entweichende Überschüssende Wasser durch die oberen Auslässe 58 und die durch die kürzeren Nuten 56 gebildeten Kanäle des inneren Zylinders 55 nach unten zum unteren Teil des Innenraums des Gehäuses, um dann von dort aus zusammen mit dem aus dem unteren Lager entweichenden Wasser längs der längeren Nuten oder Kanäle 57 nach oben zu dem Wasserauslaß 61 zu strömen, wodurch der Elektromotor gekühlt wird_o Jedes etwaige Aufquellen der Gummibuchsen 40 und 41 wird ebenso wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 durch axiale Bewegungen der Lagerklötze 38 und 39 ausgeglichen, die durch die federnde Lagerung des unteren Lagerklotzes mit Hilfe der federnden Scheibe 49 ermöglicht werdeηο

Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist somit durch die Erfindung eine gegenüber dem Stand der Technik erheblich verbesserte Bohrspindel für sehr hohe Drehzahlen geschaffen worden, die in mit Wasser geschmierten Lagern läuft, und die die eingangs genannten Vorteile bietet» Bei beiden beschriebenen Ausführungsformen ist die Welle oder Spindel somit in Wasserlagern "schwimmend" gelagert, zu denen Lagerbuchsen aus Gummi gehören, und da sich die Lagerbuchsen infolge axialer Relativbewegungen der Lagerklötze selbsttätig einstellen, ist eine im wesentlichen vollständige Spielfreiheit der Lager auch bei auftretenden Änderungen der Abmessungen der Lagerbuchsen aus Gummi gewährleistete

Durch die Erfindung sind die bei den bis jetzt bekannten Gummi/Wasser-Lagern auftretenden Probleme vermiedene

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1J Wasser/Gummi-Lager für eine mit hoher Drehzahl umlaufende Welle, gekennzeichnet durch eine Welle (19; 42) mit sich in entgegengesetzten Richtungen verjüngenden konischen Endabschnitten (20, 21; 43, 44), einen ersten Lagerklotz (11; 38) und einen zweiten Lagerklotz (12; 39) mit dazu passenden, konischen, die konischen Endabschnitte der Welle umgebenden und sie unterstützenden Gummibuchsen (17, 18; 40, 41), eine Vorspanneinrichtung (24; 49), welche die Lagerklötze gegenüber der Welle jeweils in der Richtung vorspannt, in der sich der Durchmesser der konischen Wellenabschnitte vergrößert, um in den beiden Lagern ein Lagerspiel aufrechtzuerhalten, das im wesentlichen gleich Null ist, sowie durch in den Lagerklötzen ausgebildete Kanäle (26, 27, 29J 51, 53) zum Zuführen von Wasser zu den Berührungsflächen zwischen den Gummibuchsen und den konischen Wellenabschnitten derart, daß die Welle auf in den Poren der Gummibuchsen vorhandenem Wasser "schwimmend" gelagert ist, und daß jede Änderung der Abmessungen der Gummibuchsen durch axiale Relativbewegungen der Gummibuchsen derart ausgeglichen werden, daß in den Lagern ein Spiel aufrechterhalten wird, das im wesentlichen gleich Null ist.

2. Wasser/Gummi-Lager nach Anspruch 1 für eine mit hoher Drehzahl umlaufende Bohrspindel, gekennzeichnet durch ein äußeres zylindrisches Gehäuseteil (10; 37)» einen unteren Lagerklotz (11; 38) und einen oberen Lagerklotz (12; 39), die im unteren bzwo oberen Ende des Gehäuseteils angeordnet sind und jeweils eine ringförmige konische Fläche (15, 16) aufweisen, eine untere Gummilagerbuchse (17; 40) und eine obere Gummilagerbuchse (18; 41), die an der zugehörigen konischen Fläche des betreffenden Lagerklotzes befestigt ist und zu der konischen Fläche des betreffenden Lagerklotzes paßt, wobei sich die Durchmesser der konischen Flächen der Lagerklötze und der Gummilagerbuchsen bei

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dem unteren und dem oberen Lagerklotz in entgegengesetzten Richtungen vergrößern, eine durch die Gummilagerbuchsen hindurchragende Welle (19; 42) mit einem unteren Endabschnitt (20; 43) und einem oberen Endabschnitt (21; 44), die sich entsprechend der konischen Form der Gummilagerbuchsen in entgegengesetzten Richtungen verjüngen, wobei einer der Lagerklötze in dem Gehäuseteil axial verschiebbar ist, während der andere Lagerklotz gegenüber dem Gehäuseteil festgelegt ist, eine in dem Gehäuseteil angeordnete Vorspanneinrichtung (24; 49), die den axial bewegbaren Lagerklotz (12; 38) in derjenigen Richtung vorspannt, in welcher sich der Durchmesser seiner konischen Fläche (16) vergrößert, so daß die beiden Gummilagerbuchsen gegen die zugehörigen konischen Flächen der Welle so vorgespannt werden, daß das Lagerspiel der beiden Lager im wesentlichen auf dem Wert Null gehalten wird, sowie durch in den Lagerklötzen und den Gummilagerbuchsen ausgebildete Kanäle (26, 27, 29; 51» 53) zum Zuführen von Wasser zwischen den zusammenarbeitenden konischen Flächen der Gummilagerbuchsen und der konischen Endabschnitte der Welle derart, daß die Welle "schwimmend" in Wasserlagern gelagert ist, die durch das in den Poren der Gummilagerbuchsen vorhandene Wasser gebildet werden, und daß die Vorspanneinrichtung ein Aufquellen der Gummilagerbuchsen als Folge ihrer Sättigung mit Wasser zuläßt und gleichzeitig bewirkt, daß das Spiel zwischen den Lagerflächen im wesentlichen auf dem Wert Null gehalten wird_o

3ο Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Wasserkanälen ein Wassereinlaßkanal (25; 50) gehört, daß jeder Lagerklotz (11, 12; 38, 39) einen in Verbindung mit dem Wassereinlaßkanal stehenden ringförmigen Verteilerkanal (26, 27; 51, 53) aufweist und mit mindestens drei Dosier- bzw₀ Düsenkanälen (29, 29', 29") versehen ist, die in gleichmäßigen Abständen über den Umfang des zugehörigen Verteilerkanals verteilt sind und sich in die zugehörige Gummilagerbuchse (17, 18; 40, 41) hinein erstrecken, und daß diese Dosierkanäle in Taschen (30) münden, die an den Berührungsflächen

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zwischen den Gummilagerbuchsen und den zugehörigen konischen Abschnitten (20, 21; 43, 44) der Welle (19J 42) angeordnet sind ο

4„ Lageranordnung nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchmesser des unteren konischen Endabschnitts (20) der. Welle (19) nach unten vergrößert, daß sich der Durchmesser des oberen konischen Endabschnitts (21) der Welle nach oben vergrößert, daß der genannte eine Lagerklotz (12), der axial bewegbar ist, gegen Drehbewegungen gegenüber der Innenwand des Gehäuseteils (10) durch eine Führungskeilanordnung gesichert ist, und daß zu der Vorspanneinrichtung eine gewendelte Druckfeder (24) gehört, welche die Welle umgibt und mit ihren Enden auf den unteren Lagerklotz (11) eine nach unten gerichtete Kraft und auf den oberen Lagerklotz (12) eine nach oben gerichtete Kraft ausübt, um die Lagerklötze voneinander weg vorzuspannenο

5ο Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Wasserkanälen ein die in den Lagerklötzen (11, 12) ausgebildeten ringförmigen Verteilerkanäle (26, 27) verbindender flexibler Schlauch bzw. ein flexibles Rohr (28) gehört, der bzw. das einen ausreichenden Durchhang aufweist, um Änderungen des axialen Abstandes zwischen den Lagerklötzen zu ermöglichen«,

6. Lageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Wasserkanälen ferner eine Absaugkanalanordnung (31 bis 34) gehört, die nahe dem unteren Lagerklotz (11) und dem oberen Lggerklotz (12) in Verbindung mit dem unteren und dem oberen Teil des Innenraums des Gehäuseteils (10) steht und zum Abführen von Wasser dient.

7ο Lageranordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchmesser des unteren konischen Endabschnitts (43) der Welle (42) nach oben vergrößert, daß sich der Durch-

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messer des konischen oberen Endabschnitts (44) der Welle nach oben verkleinert, dab zu der Vorspanneinrichtung eine federnde Scheibe (49) gehört, deren mittlerer Teil den genannten, axial bewegbaren Lagerklotz (38) unterstützt, und deren äußerer Rand gegenüber der Innenwand des Gehäuseteils (37) ortsfest angeordnet ist, und daß der mittlere Abschnitt (62) der federnden Scheibe den genannten Lagerklotz in derjenigen Richtung vorspannt, in welcher sich der Durchmesser des zugehörigen konischen Endabscnnitts der Welle vergrößert, um den unteren Lagerklotz (38) gegen den oberen Lagerklotz (39) vorzuspannen.

8. Lageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abschnitt der Welle (42) einen Läufer (46) trägt, und daß das Gehäuseteil (37) auf seiner Innenseite mit den Läufer umgebenden, zwischen den Lagerklötzen (38, 39) angeordneten Ständerwicklungen versehen ist, so daß ein eingeschlossener Elektromotor zum Drehen der Welle vorhanden ist_o

9ο Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Wasserkanälen ein innerer Kanal (52) innerhalb der Wand des Gehäuseteils (37) gehört, der in Verbindung mit den ringförmigen Verteilerkanälen (51, 53) im Inneren der Lagerklötze (38, 39) steht, und daß die Verbindung zu dem Verteilerkanal des axial bewegbaren Lagerklotzes (38) durch eine flexible Rohr- oder Schlauchleitung (54) hergestellt ist, um Bewegungen dieses Lagerklotzes in axialer Richtung zu ermöglichen.

10. Lageranordnung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß zur Abgrenzung der Wasserkanäle ferner ein in dem äußeren Gehäuseteil (37) gleichachsig damit angeordneter innerer Zylinder (55) vorhanden ist, der an seiner äußeren Umfangsfläche parallel zur Achse des Zylinders verlaufende Nuten (56, 57) aufweist, welche zusammen mit der Innenfläche des äußeren. Gehäuseteils Wasserkanäle abgrenzen, daß der innere Zylinder nahe dem unteren Lagerklotz (38) und dem oberen La-

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gerklotz (39) mit unteren Wasserdurchlässen (59) bzw. oberen Wasserdurchlässen (58) versehen ist, und daß diese Durchlässe so angeordnet sind, daß sie Wasser von dem oberen Lagerklotz aus längs einiger Nuten (56) nach unten und dann zusammen mit aus dem unteren Lagerklotz entweichenden Wasser durch die übrigen Nuten (57) nach oben strömen lassen, um es dem Wasser danach zu ermöglichen, aus dem äußeren Gehäuseteil zu entweichen, so daß der Läufer und die ötänderwicklungen durch das Wasser gekühlt werden.

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