DE19705197C1

DE19705197C1 - Gaslagerung eines schnelldrehenden Werkzeugs

Info

Publication number: DE19705197C1
Application number: DE19705197A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Wanger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-12
Filing date: 1997-02-12
Publication date: 1998-12-10
Anticipated expiration: 2017-02-13

Description

Aus der Druckschrift EP 02 27 991 A2 ist eine Gaslagerung einer schnelldrehenden Welle bekannt, bestehend aus einer rotierenden Welle, die in einem Gehäuse in radialer Richtung gasgelagert ist, wobei die Lagerbohrung von einer kreisförmigen Grundform abweicht. Die Druckschrift DE-PS 7 11 527 beschreibt ein Gleitlager, bei dem der Lagerkörper von einer Buchse umschlossen ist, deren Wandstärke ungleichmäßig an ihrem Umfang verteilt ist. Die Werkstoffkombination Keramik/Metall ist aus der Druckschrift DE-PS 9 65 772 bekannt. Weitere Erkenntnisse zum Stand der Technik sind aus folgenden Druckschriften bekannt: US 54 98 083, DE 35 20 560 A1, DE 31 13 004 A1, DE 26 16 132 A1, JP 56-42 717 A.

Um das Auftreten einer Instabilität in Form von sogenannten Halbfrequenzwirbeln bei Gas lagern zu verhindern, muß die Steifigkeit des Lagers erhöht werden.

Aufgabe war es, eine definierte Unrundheit der Lagerbohrung zur Erzielung von Schmierkeilen unter Betriebsbe dingungen zu erreichen, und dadurch das Auftreten von Lagerinstabilitäten zu höheren Drehzahlen hin zu verschieben.

Es wurde nun gefunden, daß die thermische Erwärmung des Lagers im Betrieb genutzt werden kann, um die notwendige Unrundheit der Lagerbohrung entstehen zu lassen. Hierzu ist es notwendig, daß der zylindrische Lagerkörper in eine Buchse mit einem niedrigeren oder höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten eingepreßt ist. Außerdem muß die Wand stärke der umschließenden Buchse am Lagerumfang ungleichmäßig dick ausgeführt sein. Durch Erwärmung des Lagers entstehen dann unterschiedliche Wärmespannungen am La gerumfang, die ähnlich einem Bimetall zur beabsichtigten Biegeverformung der Lagerboh rung führen. Kommt es nun zum Auftreten des gefürchteten Halbfrequenzwirbels, was eine Erwärmung des Lagers zur Folge hat, dann verformt sich die Lagerbohrung aufgrund dieser Erwärmung immer stärker, bis ein stabiler Gleichgewichtszustand erreicht ist, und der Halbfrequenzwirbel nachläßt. Jedoch ist beabsichtigt den Halbfrequenzwirbel im gesamten Betriebsbereich der Lagerung erst gar nicht auftreten zu lassen. Deshalb wird die Erwär mung des Gaslagers bei steigender Drehzahl der Welle durch Gasreibung im Lagerspalt ge nutzt, damit die Unrundheit der Lagerbohrung entsteht und sich somit die Lagersteifigkeit erhöht, was das Auftreten des Halbfrequenzwirbels bei höheren Drehzahlen vollständig verhindert.

Die Verformung des Lagerkörpers und der Buchse durch unterschiedliche Wärme dehnungen findet nur im elastischen Verformungsbereich statt, ohne einen Bruch zu verur sachen. Außerdem wird der Lagerkörper aus Keramik bzw. Graphit durch das Einpressen in die Buchse hauptsächlich unter Druck belastet. Bei Druckspannungen besitzen diese Werk stoffe eine gute Festigkeit.

Um die Ausdehnung des Lagers am Lagerdurchmesser in seiner Größe optimal an die Wel lenausdehnung anpassen zu können, ist es sinnvoll die dem Lagerkörper übergepreßte Buchse wiederum in eine Buchse einzupressen oder einzukleben. Damit die Wärmeausdeh nung am Lagerdurchmesser variiert werden kann, muß die zweite Buchse einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als die erste Buchse haben. Um eine Unrundheit der La gerbohrung zu gewährleisten, kann in diesem Fall sowohl die erste Buchse als auch die zweite Buchse in ihrer Wandstärke unterschiedlich dick am Umfang des Lagers ausgeführt sein.

Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Gaslagerung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand eines teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.

Fig. 1.1 zeigt den Lagerkörper 1, der in eine unrunde Buchse 2 eingepreßt ist, die am Um fang eine dünne Stelle 3 aufweist.

Fig. 1.2 zeigt den Lagerkörper 1, der in eine unrunde Buchse 2 eingepreßt ist, die am Um fang zwei gegenüberliegende dünne Stellen 3, 4 aufweist.

Fig. 1.3 zeigt den Lagerkörper 1, der in eine unrunde Buchse 2 eingepreßt ist, die am Um fang zwei dünne Stellen 3, 4 aufweist, welche um 90 Grad versetzt zueinander angeordnet sind.

Fig. 1.4 zeigt den Lagerkörper 1, der in eine unrunde Buchse 2 eingepreßt ist, die am Um fang drei dünne Stellen 3, 4, 5 aufweist, welche um 120 Grad versetzt zueinander angeord net sind.

Fig. 1.5 zeigt den Lagerkörper 1, der in eine unrunde Buchse 2 eingepreßt ist, die am Um fang zwei dünne Stellen 3, 4 aufweist, welche um 90 Grad versetzt zueinander angeordnet sind. Die Buchse 2 ist in eine weitere Buchse 6 eingepreßt oder eingeklebt.

Fig. 1.6 zeigt den Lagerkörper 1, der in eine Buchse 2 eingepreßt ist, die wiederum in eine Buchse 6 eingepreßt oder eingeklebt ist. Die Buchse 6 hat eine dünne Stelle 3 am Lagerum fang.

Fig. 2 zeigt eine konkrete Ausführung der Lagerung eines Offenend-Spinnrotors 1. Hierbei ist eine Welle 3, an der ein Spinnrotor 1 angebracht ist, durch zwei Lager 5, 6 in radialer und axialer Richtung aerodynamisch gelagert. Am hinteren Ende der Welle 3 befindet sich eine Scheibe 10, die zusammen mit dem Lager 6 den axialen Lagerspalt bildet, der vom Radialspalt des Lagers 6 mit Druckluft versorgt wird.

Die Lager 5, 6 sind an elastischen O-Ringen 8, 9 im Spindelgehäuse 2 weich aufgehängt. Jedes der beiden aerodynamischen Lager 5, 6 besteht aus einer Lagerschale 4, 7 aus Graphit und einer übergepreßten Buchse aus Aluminium. Der Wellenwerkstoff ist Stahl.

Die Lager 5, 6 sind wie bei Fig. 1.1 gestaltet.

Claims

1. Gaslagerung eines schnelldrehenden Werkzeugs, bestehend aus einer rotierenden Welle, die in einem Gehäuse in radialer Richtung gasgelagert ist, wobei die Lagerbohrung im Betrieb von einer kreisförmigen Grundform abweicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper von einer Buchse umschlossen ist, deren Wandstärke ungleichmäßig an ihrem Umfang verteilt ist, und daß die umschließende Buchse einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Lagerkörper hat, so daß eine Temperaturerhöhung der Lagerung im Betrieb eine Abweichung der Lagerbohrung von der kreisförmigen Grundform zur Folge hat.

2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der umschließen den Buchse am gesamten Umfang des Lagers höchstens dreimal abnimmt.

3. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lagerkörper umschlie ßende Buchse von einer weiteren Buchse umschlossen ist.

4. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lagerkörper und der umschließenden Buchse eine zusätzliche Buchse angebracht ist.

5. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper mit der um schließenden Buchse in das Gehäuse eingeklebt ist.

6. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper mit der Buchse durch elastische Elemente im Gehäuse befestigt ist.

7. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper aus keramischem Werkstoff besteht, und die umschließende Buchse aus einem metallischen Werkstoff besteht.

8. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper aus Graphit be steht, und die umschließende Buchse aus einem Kohlefaserverbundwerkstoff besteht.

9. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schnelldrehende Werkzeug ein Offenend-Spinnrotor ist.