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Reibungsfreies Druckpolsterlager Es gibt verschiedene Gattungen von
Lagern, sogenannten Druckpolsterlagern, in welchen der zu lagernde bewegliche Körper
gleichsam auf einem Kissen einer Flüssigkeit, wie Öl, Luft, schwebend gehalten wird.
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Damit solche Lager richtig arbeiten, ist es notwendig, daß, wenn z.
B. eine radiale Kraft auf den beweglichen Körper, etwa eine Welle, einwirkt und
ihn gegenüber dem festen Lagerteil zu verschieben Trachtet, die Flüssigkeit sehr
rasch aus derjenigen der Druckkammern entweicht, die in der dem beweglichen Körper
zugerichteten Fläche des unbeweglichen Körpers eingearbeitet sind, die in der Druckzone
gelegen ist, damit der Flüssigkeitsdruck in dieser Zone augenblicklich abnimmt,
während er in der oder den Druckkammern, die in der diametral gegenüberliegenden
Zone gelegen sind, ebenso schnell ansteigt. Es muß sich also eine selbsttätige augenblickliche
Zentrierung des beweglichen Körpers in seinem Lager vollziehen.
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Die Geschwindigkeit, mit der sich nach einer erfolgten Störumg das
Gleichgewicht der Drücke wieder einstellt, hängt von der Wirksamkeit des Flüssigkeitsentweichungssystems
ab.
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Bei bekannten Lagern, bei denen wie bei demjenigen, auf welche sich
die Erfindung bezieht, die Druckkammern mit Druckflüssigkeit gespeist werden, sind
die Druckkammern an ihren Enden so gut wie nur möglich, z. B. mittels Filzringen,
verschlossen. Es gibt dabei solche, bei denen der in einer bestimmten Druckkammer
herrschende Flüssigkeitsdruck mittels eines Ventils die Zufuhr von Druckflüssigkeit
zu dem oder den diametral entgegengesetzten Druckkammern regelt, und andere, bei
denen die Zufuhr von Dmuckflüssigkeit
zu einer bestimmten Druckkammer
ebenso wie das Ausfließen durch einen Steuerschieber geregelt wird, der durch eine
Feder auf den zu lagernden Körper gedrückt wird, um dessen Bewegungen abzutasten.
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Diese Konstruktionen befriedigen nicht, was Wirksamkeit und Schnelligkeit
der Zentrierung des durch äußere Einwirkung aus der Sollage gebrachten beweglichen
Körpers anbelangt. Außerdem ist ihr Preis infolge der notwendigen, unheimlich genauen
und schwierigen Bearbeitungen untragbar hoch. Übrigens, sind diese Konstruktionen
so kompliziert, daß sie nicht als Lager von kleinen Abmessungen (Wellendurchmesser
von einigen Millimetern) ausführbar sind.
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Die Erfindung bezweckt nun die Schaffung eines Druckpolsterlagers,
dem diese Nachteile nicht anhaften. Das gemäß der Erfindung ausgebildete Druckpolsterlager
zeichnet sich dadurch aus, daß es ausschließlich zur Steuerung (Regelung) der Menge
der aus den einzelnen Druckkammern entweichenden Druckflüssigkeit elastische Elemente
aufweist, die an den axialen Enden dieser Druckkammern angeordnet sind und von denen
jedes auf den Flüssigkeitsdruck reagiert, der in der zugehörigen Druckkammer herrscht,
und das auch das Entweichen der Druckflüssigkeit aus dieser Druckkammer steuert.
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Zweckmäßig bilden die erwähnten elastischen Elemente zusammen mit
den benachbarten Lagerteilen und namentlich dem zu lagernden Bauteil Flüssigkeitsentweichespalte,
deren Weite bei Zunahme des Flüssigkeitsdruckes in der zugehörigen Druckkammer abnimmt
und umgekehrt.
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Die elastischen Elemente bestehen vorzugsweise aus sehr dünnen Federzungen.
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Die Zeichnung stellt einige Ausführungsbeispiele des Druckpolsterlagers
gemäß der Erfindung dar. Fig. I ist ein Längsschnitt eines Horizontallagers; Fig.
2 ist ein Schnitt längs der Linie II-II der Fig. I in der unteren Hälfte und eine
Draufsicht in der oberen Hälfte; Fig.3 ist ein Längsschnitt einer als Spurlager
ausgebildeten. Ausführungsform; Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie IV-IV der
Fig. 3, bei weggenommener Welle; Fig. 5 ist ein Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform,
von der Fig.6 eine Draufsicht bei weggenogmmener Welle ist; Fig.7 zeigt in stark
vergrößertem Maßstab und im Längsschnitt einen Teil eines dieser Lager zwecks Veranschaulichung
der Wirkungsweise der federnden Verschlußzungen; Fig. 8 ist ein Längsschnitt eines
Lagers mit feststehendem Wellenteil und beweglichem Außenteil; Fig. 9 ist ein Schnitt
längs der Linie IX-IX der Fig. 8; Fig. Io ist ein Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform
gemäß der Linie X-X der Fig. II, die eine Draugfsicht bei zum Teil weggeschnittenem
Verschlußdeckel ist. Entsprechende Teile sind in den verschiedenen Figuren mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den Fig. I und 2 ist mit I eine Welle bezeichnet, welche in der
Lagerhülse 2 dreht, die in dem lediglich angedeuteten Support 3o eingepaßt ist.
Zwischen den Bauteilen 2 und 3 befindet sich eine Ringkammer 3, von der aus die
Druckflüssigkeit durch feine Löcher 4 in Druckkammern 5 gelangt. Diese sind durch
Wände 6 voneinander getrennt, die in Fig. 2 sichtbar sind.
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Es sind federnde ringförmige Verschlußdeckel 7 vorgesehen, die ebenso
viele Zungen 8 aufweisen, als das Lager Druckkammern 5 aufweist. Diese sehr dünnen
Federzungen passen zwischen die Verlängerungen der Trennwände 6, verschließen die
Druckkammern 5 und wirken gleichsam als Ventile. Die Form der Stirnkante dieser
Federzungen 8 ist der runden Form des beweglichen Körpers, d. h. der Welle I, angepaßt,
von dem sie nur ein Spalt in der Größe von o,oI bis o,o3 mm trennt, je nachdem der
Flüssigkeitsdruck groß oder klein, ist.
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Die Wirkungsweise der Federzungen ist in Fig. 7 veranschaulicht. Wenn
das Lager nicht unter Druck ist, so nehmen die Federzungen ganz frei die Lage 8
ein, wie bei vollständig entspanntem Federdeckel. Im normalen Betrieb des Lagers,
d. h. wenn die Welle I perfekt zentriert ist, nehmen die Federzungen die strichpunktiert
angedeutete Lage 81 ein und liegen nicht mehr am Lagerkörper 2 an. Wenn nun von
außen eine Kraft von links nach rechts auf die Welle einwirkt, verschiebt sich diese
ganz leicht nach rechts. Der linksseitige Spalt erweitert sich dementsprechend,
während der rechtsseitige Spalt sich dementsprechend vevengt. Folglich entweicht
mehr Druckflüssigkeit aus der linksseitigen Druckkammer, und der Flüssigkeitsdruck
fällt in letzterer ab. Die linksseitige Federzunge trachtet demzufolge danach, in
die Ausgangslage 8 zurückzukehren, wobei sich auf der linken Seite die Weite des
Spaltes wieder vergrößert und der Flüssigkeitsdruck noch mehr abnimmt. In der rechtsseitigen
Druckkammer hingegen nimmt der Flüssigkeitsdruck zu, weil sich dort der Entweichespalt
verengt hat. Die Federzunge kommt dort in die Lage 82. Dieser vorübergehende Unterschied
zwischen dem Druck in der links- bzw. rechtsseitig Druckkammer genügt, um die Welle
wieder zu zentrieren. Hat die Zentrierung stattgefunden, so nehmen die Federzungen
wieder die normale Betriebslage 81 ein. Diese Federzungen wirken als Ventile und
reagieren auf die kleinste Verschiebung der Welle.
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Im Spurlager gemäß den Fig. 3 und 4 findet man die gleichen Bauelemente
wie im vorbeschriebenen Lager. Die Einspritzöffnungen für die Druckflüssigkeit sind
in die Spurlaufplatte 9 eingearbeitet, auf welcher sich der Wellenzapfen abstützt.
Die Größte der Lauf- oder Tragfläche hängt natürlich von derjenigen der Axialschübe
ab, die aufzufangen sind. Sie hängt aber auch vom Druck der Flüssigkeit ab.
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Die, Fig. 5 und 6 zeigen -ein Spurlager mit Kugelpfanne, seine Art
Lager, die z. B. in gewissen Gyroskopien Verwendung findet. Der federnde Verschlußdeckel
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ist in der oberen Hälfte der Fig. 2 und ebenso in Fig. 6 sichtbar.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 8 und 9 ist die Welle der stillstehende
Lagerteil und aus den Bauteilen Io und II zusammengesetzt. Teil II besitzt Bohrungen
I2, I3, durch welche hindurch die Druckflüssigkeit in den Ringkanal I4 gelangt.
Der auf den Teil Io aufgepreßte Teil II weist eine Anzahl von Einspritzlöchern I5
auf. Diese münden in die Druckkammern I6 aus, die hier durch die Wände I7 voneinander
getrennt sind. Die beiden federnden Abschließringe 2o besitzen Zungen 22 und sitzen
auf Teil Io gegen Teil II angelehnt.
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Die Radnabe oder sonst ein drehbeweglicher Teil I8 besitzt eine sehr
glatte Bohrung I9, deren Durchmesser um o,oI bis o,o2 mm größer ist als der über
den Trennwänden I7 gemessene Durchmesser des Wellenteils II.
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Bezüglich Wirkungsweise gilt dasselbe wie für die vorhin beschriebenen
Ausführungen.
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In den Fig. Io und II ist eine Ausführungsform gezeigt, die bezüglich
Ansprüche an die Ausführungsgenauigkeit der Federzungen mehr Spiel zuläßt.
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Der beispielsweise im Preßgießverfahren erhaltene Lagerkörper 24,
in welchem die Welle 34 dreht, weist eine Ringmut 25 auf, von der aus die Druckflüssigkeit
durch die feinen Löcher 26 in die einzelnen Druckkammern 27 gelangt. An den axialen
Enden dieser letzteren sind Ausnehmungen 28 vorgesehen, welche den federnden Ventilzungen
29 der Abschließfeder 3o die notwendige Bewegungsfreiheit gewähren. Diese Abschließfedern
sind im übrigen zwischen dem Lagerkörper 24 und den Deckeln 3I eingeklemmt, welche
in runden Vertiefungen in den Stirnflächen des Lagerkörpers 24 eingepreßt sind.
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Jeder Decke1 3I besitzt ebenso viele Löcher 32, wie Druckkammern vorgesehen
sind. Hinter jedem Loch 32 arbeitet eine Federzunge 29. Die Form dieser letzteren
ist aus Fig. II ersichtlich. Ihre Wirkungsweise ist identisch mit derjenigen der
Federzungen aus den oben beschriebenen Ausführungen, obwohl sich hier die Entweichespalte
zwischen den Federzungen 29 und den Deckeln 3I befinden.
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Mit 33 sind Ausnehmungen bezeichnet, welche die Einführung von Werkzeugen
zur Entfernung der Deckel 3I ermöglichen.
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Die Lager gemäß der Erfindung besitzen wesentliche Vorteile; sie reagieren
augenblicklich auf die kleinste Verschiebung des zu lagernden Körpers; sie eignen
sich besonders für Kleinstausführungen; die Trennwände zwischen den Druckkammern
sind dünn, so daß die Druckkammern im Verhältnis dazu breit sind oder eine große
Anzahl davon vorgesehen werden kann.
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Es konnten Lager ausgeführt werden, die schon bei einem Flüssigkeitsdruck
von nur o,2 atü ausgezeichnet funktionieren. Da jeder Kontakt zwischen beweglichem
und feststehendem Körper ausgeschaltet ist, fällt jeder Verschleiß weg. Man kann
deswegen die Lagerkörper aus Kunststoffen, zweckmäßigerweise im Preßgießverfahren,
herstellen und jede spanabhebende Bearbeitung derselben wegfallen lassen, so daß
der Herstellungspreis äußerst gering ist.
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Als Druckflüssigkeit kommt je nach den Umständen z. B. Luft, Petrol,
eine Kühlflüssigkeit oder ein Öl sehr geringer Viskosität in Frage.