DE3439648A1

DE3439648A1 - Aerostatisches lager

Info

Publication number: DE3439648A1
Application number: DE19843439648
Authority: DE
Inventors: Joachim Prof. Dr.-Ing. 8000 München Heinzl; Manfred Dr.-Ing. 8039 Puchheim Lehmann; Hans 8034 Germering Zehentbauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-10-30
Filing date: 1984-10-30
Publication date: 1986-05-07
Also published as: EP0180154A3; DE3439648C2; EP0180154A2; EP0180154B1; US4735862A; ATE62981T1; DE3582648D1

Description

Prof. Dr. Joachim Heinzl
Dr. Ing. Manfred Lehmann
Hans Zehentbauer

Aerostatisches Lager

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gaslager mit einem Lager.körper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Vielzahl von Druckschriften befaßt sich mit Gaslagern, deren Lagerkörper aus gesintertem Material bestehen.

Eine grundsätzliche Abhandlung derartiger Lager findet man in einem Aufsatz von "Schmidt" (wt-Z. incl. Fertig. 61 (1971), S. 616, 617). Darüber hinaus sind in der DE-A-31 10 712 poröse Luftlager mit gezielt verdichteten Oberflächen beschrieben.

Diese Druckschriften sind nur als Beispiele für den umfangreichen Stand der Technik genannt.

In der Praxis sind verschiedene Bauformen für

poröse Gaslager bekannt geworden: 20

a) Gaslager, bei denen die Speiseluft beim Strömen durch die gesamte Sinterfläche mit insgesamt geringer Porosität gedrosselt wird. Der Strö-

mungswiderstand ist im gesamten Material konstant und hoch. Hierbei ergeben sich sehr hohe Toleranzanforderungen an den Sinterrohling, wenn die Lagerfläche wenig bearbeitet werden soll. 5

Als Ausgangsmaterial werden Sintermetalle und Kunstkohle verwendet.

b) Gaslager/ bei denen Speiseluft an der Lagerfläehe gedrosselt wird. Zur Erzielung dieser Drosselung werden die vorbearbeiteten Lageroberflächen des Sintermaterials durch Schleifen mit losem Korn unter Druck verdichtet. Hierbei kann nur die gesamte Lagerfläche gleichzeitig bearbeitet werden. Es kann keine sichere Aussage bezüglich der nach dem Schleifen verbleibenden Restdicke und der mechanischen Stabilität der obersten Körnerschicht getroffen werden. Die verbleibenden Drosselöffnungen sind an der Lageroberfläche ungleichmäßig verteilt. Im Bereich der Lagerfläche können Reste des losen Schleifkorns im Sintermaterial eingelagert sein.

c) Gaslager, bei denen als Drosselelemente dünne Düsenplatten auf ein der Speiseluftzuführung dienendes poröses Grundmaterial aufgebracht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lager so zu gestalten, daß sie gegenüber dem Stand der Technik eine höhere Steifigkeit besitzen, und daß die Betriebssicherheit für eine hohe Einsatzdauer gewährleistet ist. Vor allem soll die Herstellung der Lager mit einem wirtschaftlichen Fertigungsverfahren erfolgen können.

Dabei ist es zur Erzielung einer hohen Tragkraft

und einer optimalen Steifigkeit notwendig, die Lufteinspeisung in das Lager mit möglichst vielen sehr
kleinen Öffnungen gleichmäßig über die ganze Lagerfläche zu verteilen, damit überall tragender Druck
aufgebaut wird. Bei der Einspeisung müßte eine Drosselung, d.h. ein massenstromabhängiger Druckabfall
stattfinden, damit eine Spaltänderung eine hohe
Kraftänderung zur Folge hätte. Dadurch wird eine
hohe Steifigkeit gewährleistet. Die Drosselung sollte unmittelbar beim Eintritt der Luft in den Lagerspalt stattfinden, damit stabilitätsschädliche Totvolumina so klein wie möglich gehalten werden. Dagegen sollte der Strömungswiderstand im Grundgefüge (vor den Drosseln im Lagermaterial) gering sein,

damit der zur Aufrechterhaltung des tragenden Luftpolsters notwendige Massenstrom ungehindert nachgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Gaslager mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die besonderen Vorteile der Erfindung liegen darin, daß sich die dünne Drosselschicht direkt an der Lageroberfläche befindet, so daß die Forderung nach
geringem Totvolumen nach den Drosselöffnungen erfüllt ist.

Die Vielzahl feinster Poren ergibt eine gleichmäßig über die Lagerfläche verteilte Lufteinspeisung und
damit eine hohe Tragkraft bei geringem Luftverbrauch. Da die tragende Struktur nicht verdichtet wird, ist der Strömungswiderstand im Grundgefüge gering, d.h. die Luft wird gleichmäßig nachgeführt, das Lagerverhalten ist stabil.

Die entstehende wabenförmige Struktur der Lageroberfläche zeichnet sich dadurch aus, daß die Sinterkörner der Oberflächenschicht sehr stark gegeneinander gequetscht werden.Dadurch sind die Kontaktstellen zu den Nachbarkörnern sehr stark vergrößert, so daß ein sehr stabiler Verbund in der Oberfläche entsteht. Die ursprünglich vorhandene Zahl der Kontaktstellen wird durch das Bearbeitungsverfahren nicht verändert. Es kann keine angeschnittenen Sinterpartikel geben, die nur noch an einer geschwächten Kontaktstelle hängen und sich im Betrieb lösen.

Ausgehend von einfach herzustellenden Sinterrohlingen wird durch Walzen in einem Arbeitsgang die Oberfläche so verdichtet, daß sowohl die gewünschten feinsten, gleichmäßig verteilten Düsenöffnungen entstehen, als auch die Formgenauigkeit der Lageroberfläche sehr gut angenähert wird. Durch Austauschen des Walzwerkzeuges gegen ein spanabhebendes Werkzeug (Schneiddiamanten) kann auf geeigneten Maschinen in einer Aufspannung die erforderliche Luftlagergenauigkeit erreicht werden. Der für optimale Tragkraft und Steifigkeit erforderliche Massendurchsatz durch die Lageroberfläche läßt sich bei der Bearbeitung kontrollieren. Das Gegenstück des Luftlagers, das keine Düsenöffnungen enthalten muß, kann leicht angepaßt werden.

Mit Hilfe eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung anhand stark schematisierter Zeichnungen noch näher erläutert werden.

Es zeigt

Figur 1 einen Sinterrohling vor der Be

arbeitung,

Figur 2 das Sinterteil gemäß Figur 1 nach dem Walzen und

Figur 3 das gemäß Figur 2 gewalzte Sinterteil nach der spanenden Feinstbearbeitung.

Der in Figur 1 schematisch und stark vergrößert dargestellte Ausschnitt eines Sinterkörpers 1 stellt den unbearbeiteten Sinterrohling dar.

Für einen stabilen Aufbau der Lagerrohlinge sollen die Sinterkörner 1a, 1b möglichst dicht angeordnet sein. An der späteren Lageroberflache·.;, sollen die Sinterkörner 1a in dichtester Anordnung verteilt sein, um "Löcher" zu vermeiden.

Beim Füllen der Sinterform wird daher die spätere Lageroberfläche zuerst mit Sinterkörnern 1a bedeckt. In einer weiteren Ausgestaltung des Sinterrohlings könnte diese Oberflächenschicht auch aus kleineren, als den hier dargestellten Sinterkörnern 1a aufgebaut sein; das tragende Grundgefüge kann mit Sinterkörnern 1b einer gröberen Körnung ausgebildet sein.

Für eine hohe Steifigkeit und Tragkraft ist - wie bereits erwähnt - eine große Anzahl gleichmäßig verteilter Poren 2 direkt an der Lageroberfläche notwendig.

Bei der erfindungsgemäßen Gestaltung werden dazu die Sinterkörner 1a der obersten Schicht durch plastisches Aneinanderwalzen so verformt, daß eine Oberfläche entsteht, die eine wabenförmige Struktur mit vielen gleichmäßig verteilten feinsten Poren 2 in den Wabenecken aufweist, wie in Figur 2 gezeigt ist.

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Die gewünschte Verdichtung zum Erreichen der Drosselwirkung bis zu einer optimalen Restdüsenfläche läßt sich durch Messung des Massendurchsatzes durch die Lageroberfläche gezielt erreichen. Die Verdichtung durch Walzen kann so weit fortgesetzt werden, bis die Lageroberflache vollständig verschlossen ist.

Damit ist es möglich, in der Lageroberfläche einzelne Bereiche ganz zu verschließen, an anderen Bereichen dagegen gezielt Düsenöffnungen in Form von Poren 2 noch offen zu lassen. Bei der plastischen Verformung der Sinterkörner 1a durch Walzen kann das Werkzeug je nach der Führung des Wälzkörpers über die Oberfläche rollen und/oder gleiten. In Versuchen haben sich Anordnungen bewährt, bei denen die Kante eines Kugellagers leicht schräg gestellt über die Oberfläche geführt wird, so daß bei hoher Flächenpressung der Rollbewegung ein Gleitanteil überlagert ist.

Nach dem Walzen kann die spanende Feinbearbeitung stattfinden, was durch Fräsen oder Drehen mit Diamantwerkzeugen erfolgt. Damit ist ohne weiteres die für Luftlager erforderliche Maßgenauigkeit zu erzielen.

Mit der Erfindung werden auch die erforderlichen Maßtoleranzen leichter beherrschbar. Als Ausgangsmaterial dienen Sinterrohlinge, deren Maßhaltigkeit stark von Sintertemperatür, -druck und -dauer abhängig ist. Übliche Abweichungen liegen im Bereich von 2 - 5 % des Nennmaßes. Die Gestaltabweichung der Ausgangsfläche liegt bei etwa einem Korndurchmesser d. Beim Verdichten durch Walzen wird die Gestaltabweichung auf /10 verbessert. Durch Fräsen

oder Drehen mit Diamantwerkzeugen wird die Gestaltabweichung auf /100 reduziert und erreicht, daß die Lageroberflache etwa in der Mitte der obersten Körnerschicht entsteht, wie aus Figur 3 ersichtlich ist. Aus Figur 3 ist auch die eingangs bereits erwähnte mechanische Stabilität der Lageroberfläche ersichtlich: Die Kontaktstellen zu den benachbarten Sinternkörnern 1a und 1b sind durch den Walzvorgang stark vergrößert, so daß ein sehr stabiler Verbund in der Oberfläche entsteht. Die ursprüngliche Zahl der Kontaktstellen wird durch die spanende Bearbeitung nicht verringert. Es kann keine stark angeschnittenen Sinterkörner 1a geben, die nur noch an einer geschwächten Kontaktstelle im Verbund hängen und sich im Betrieb lösen könnten.

Trotz allem wird die Luftführung durch das Grundgefüge nicht behindert.

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Claims

Prof. Dr. Joachim Heinzl

Dr_. Ing. Manfred Lehmann
Hans Zehentbauer

Ansprüche

Ί) Gaslager mit einem aus gesintertem Material bestehenden Lagerkörper, bei dem wenigstens eine der Lageroberflächen gezielt verdichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterkörner (1a) der Lageroberfläche des Sinterkörpers (1) wabenförmig geformt sind, so daß an den Wabenecken feinste Poren (2) entstehen.
2) Verfahren zum Herstellen eines Sinterkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der späteren Lageroberfläche entsprechende Schicht von Sinterkörnern (1a) so in eine Sinterform eingebracht wird, daß diese Schicht die höchste Packungsdichte an Sinterkörnern (1a) aufweist.
3) Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gezielte Deformierung der Sinterkörner (1a) der Oberflächenschicht des Sinterkörpers (1) durch Walzen erfolgt.
4) Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollbewegung beim Walzen eine geringe Gleitbewegung überlagert wird.
5) Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Formgenauigkeit der Lageroberfläche nach dem Walzen durch spanabhebende Bearbeitungsverfahren wie Drehen oder Fräsen erzielt wird.
6) Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim spanenden Feinstbearbeiten die deformierten Sinterkörner (1a) maximal bis zum halben Korndurchmesser angeschnitten werden.
7) Gaslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterkörner (1a) der Lageroberfläche eine geringere Korngröße aufweisen, als die Sinterkörner (1b) des übrigen Sinterkörpers (1).
8) Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers nach Anspruch 2 und 7/dadurch gekennzeichnet, daß in die Schicht mit der höchsten Packungsdichte Sinterkörner (1a) mit geringerer Korngröße eingebracht werden, als beim übrigen Sinterkörper.