DE10040193A1 - Gasdrucklager - Google Patents

Abstract

Ein Gasdrucklager umfaßt ein Gaslagerelement, welches eine Düsenplatte (1) aufweist. Die Düsenplatte (1) weist eine vorderseitige Lagerfläche (12) auf, in der zumindest eine Gasaustrittsdüse (28) vorgesehen ist, die von einem Druckgas beaufschlagt ist, so daß ein aus der Gasaustrittsdüse (28) austretender Gasstrom ein homogenes Gaspolster zwischen der Lagerfläche (12) und einer zugeordneten Gegenlagerfläche (5) bildet. Die Düsenplatte (1) weist weiterhin zumindest eine Sacklochbohrung (24) mit einer in einer von der Lagerfläche (12) verschiedenen Fläche (14) gelegenen Öffnung (24') auf. Die Sacklochbohrung (24) besitzt einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Gasaustrittsdüse (28). Die Sacklochbohrung (24) steht mit der Gasaustrittsdüse (28) in Fluidverbindung. Auf der von der Lagerfläche (12) verschiedenen Fläche (14) der Düsenplatte (1) ist eine Abdeckung (3) für die dortige Öffnung (24') der Sacklochbohrung (24) vorgesehen. In die jeweilige Öffnung (24') der Sacklochbohrung (24) ist jeweils ein Stopfen (30; 32; 34) aus einem elastischen Material eingesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasdrucklager mit einem eine Düsenplatte aufweisenden Gaslagerelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Gasdrucklager sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Nachdem die als Gasdruckkanal zur Versorgung der Gasaustrittsdüse erforderliche Sacklochbohrung an eine Druckgasversorgung angeschlossen ist, was beispielsweise durch eine Querbohrung erfolgt, muß die rückseitige Öffnung der Sacklochbohrung wieder verschlossen werden, damit das Druckgas aus der Gasaustrittsdüse austreten kann.

Hierzu wurde bislang die Düsenplatte auf ihrer Rückseite mit einer Deckelkonstruktion abdichtend verschlossen, wobei die Deckelkonstruktion häufig Teil des Gaslagerelements war, auf dem die Düsenplatte montiert wurde.

Bereits beim Vorsehen nur einer mit einer rückseitigen Sacklochbohrung verbundenen Gasaustrittsdüse, insbesondere aber dann, wenn eine Vielzahl von Gasaustrittsdüsen und Sacklochbohrungen in der Düsenplatte vorgesehen ist, können die sich zwischen dem Deckelabschnitt des Gaslagerelements und der Düsenplatte aufbauenden Druckkräfte, die als Spannungen innerhalb der Druckplatte zu deren Befestigungspunkten hin verlaufen, für Verformungen der Druckplatte sorgen. Diese Verformungen wiederum haben zur Folge, daß die vorderseitige Lagerfläche der Düsenplatte nicht mehr eben ist und damit ein nichtebener Lagerspalt im Gasdrucklager entsteht, wodurch die Tragfähigkeit des Lagers wesentlich herabgesetzt wird. Um diese unerwünschte Verformung zu vermeiden, mußten bislang sowohl die Düsenplatte als auch der Deckelabschnitt des Gaslagerelement eine so dicke Wandstärke aufweisen, die gewährleistete, daß sich die Verformungen in einem sehr engen Toleranzbereich begrenzen ließen. Diese Ausbildung führte jedoch zu sehr dicken Gaslagerelementen, was einem platzsparenden und gewichtssparenden Einsatz von Gasdrucklagern im Wege stand.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Gasdrucklager anzugeben, das unter Beibehaltung nur minimalster Verformungen im Bereich der Lagerfläche einen gewichts- und platzsparenden Einbau ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Gasdrucklager gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, daß jeweils ein Stopfen aus einem elastischen Material in die jeweilige Öffnung einer Sacklochbohrung eingesetzt ist.

Wird das Innere der Sacklochbohrung mit Druckgas beaufschlagt, so versucht die vom Gasdruck auf die in das Innere der Sacklochbohrung weisende Stirnfläche des Stopfens einwirkende Druckkraft, diesen aus der Öffnung der Sacklochbohrung hinaus zu drücken. Dieser Druckkraft setzen sich jedoch die Reibungskräfte zwischen der Außenumfangsfläche des Stopfens und der Innenumfangsfläche der Sacklochbohrung sowie die vom rückseitigen Deckel auf die rückseitige Stirnfläche des Stopfens wirkende Abstützkraft entgegen. Da somit der Stopfen aufgrund dieser der Gasdruckkraft entgegenwirkenden Kräfte nicht sofort aus der rückseitigen Öffnung der Sacklochbohrung hinaustreten kann, wird der elastische Stopfen in seiner Axialrichtung gestaucht und baut somit radial auswärts wirkende Druckspannungen auf, die als Druckkraft gegen die Innenumfangsfläche der Sacklochbohrung wirken und dort die Reibungskräfte zwischen dem Stopfen und der Sacklochbohrung erhöhen, so daß schließlich die Reibungskräfte so groß werden, daß sie den wesentlichen Teil der auf den Stopfen einwirkenden Gasdruckkraft abstützen und der Anteil der Gasdruckkraft, der vom rückseitigen Deckel abgestützt werden muß, gegenüber der Lösung des Standes der Technik ohne Stopfen wesentlich herabgesetzt wird.

Da somit beim erfindungsgemäßen Gasdrucklager der Kraftfluß des größten Teils der Druckkraft über den Stopfen unmittelbar in die Wandung der Sacklochbohrung und damit in die Düsenplatte eingeleitet wird, kommt es nicht zu den großflächigen Spannungen in der Düsenplatte, die im Stand der Technik auftreten, so daß die Düsenplatte auch bei wesentlich geringerer Materialdicke sowohl der Düsenplatte als auch des Deckels nicht verformt wird und die Lagerfläche und damit auch der Lagerspalt eben bleiben. Als Gas wird vorzugsweise Druckluft verwendet.

Vorzugsweise verjüngt sich der Stopfen zum Inneren der Sacklochbohrung hin. Diese Ausgestaltungsform erleichtert das Einsetzen des Stopfens in die Sacklochbohrung und gewährleistet trotzdem einen ausreichenden Aufbau von durch die Verformung des Stopfens bedingten Reibungskräften zwischen dem Umfangsbereich des Stopfens, der mit dem Innenumfang der Sacklochbohrung in Berührung steht und der Sacklochbohrung, wobei bei zunehmender Stauchung des Stopfens die Kontaktfläche zwischen Stopfen und Sacklochbohrung vergrößert wird.

Der maximale Durchmesser des Stopfens ist dabei gleich dem Durchmesser der Sacklochbohrung oder geringfügig größer als dieser. Hierdurch wird bereits beim Einschalten der Druckgasversorgung ein Teil der Abstützkräfte des Stopfens vom Innenumfang der Sacklochbohrung aufgenommen und die Abstützlast des Deckels wird bereits beim Aufbau des Gasdrucks verringert.

Vorzugsweise besitzt der Stopfen eine kegel- oder kegelstumpfförmige Gestalt. Diese Ausgestaltung des Stopfens erleichtert die Stopfenmontage.

Vorzugsweise ist dabei der kegelstumpfförmige Stopfen an seiner zum Inneren der Sacklochbohrung weisenden Seite mit einer zentralen Vertiefung versehen. Diese zentrale Vertiefung sorgt für einen noch schnelleren Aufbau von gegen die Innenumfangswandung der Sacklochbohrung wirkenden Radialkräften, da sich der Stopfen im Bereich der Vertiefung nicht nur axial staucht, sondern aufgrund des Gasdrucks auch unmittelbar radial verformt und gegen die Wandung der Sacklochbohrung drückt.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform besitzt der Stopfen eine kugel- oder halbkugelförmige Gestalt. Die kugelförmige Ausgestaltung erleichtert dabei eine maschinelle Bestückung der Öffnungen mit den Stopfen.

Vorzugsweise besteht der Stopfen aus Gummi oder einem gummiähnlichen elastisch verformbaren Material.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Düsenplatte eine Mehrzahl von Sacklochbohrungen auf, die jeweils mit einer zugeordneten Gasaustrittsöffnung in Fluidverbindung stehen, wobei zumindest eine Versorgungsbohrung für Druckgas vorgesehen ist, die zumindest eine Gruppe von Sacklochbohrungen miteinander verbindet. Bei einer derartigen Düsenplatte mit einer Mehrzahl von Gasaustrittsdüsen ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit den durch Stopfen verschlossenen Sacklochbohrungen besonders vorteilhaft, da auch derartige Multi-Düsenplatten selbst bei geringerer Wandstärke als im Stand der Technik nicht verformt werden.

Vorzugsweise kann die Sacklochbohrung im Bereich der rückseitigen Öffnung auch konusförmig ausgebildet sein und sich zur Öffnung hin erweitern. Auch diese Ausbildung erleichtert das Einsetzen der Stopfen.

Entspricht dabei der Öffnungswinkel des konischen Bohrungsabschnitts im wesentlichen dem Konuswinkel des kegel- oder kegelstumpfförmigen Stopfens, so wird einerseits das Einsetzen des Stopfens erleichtert, andererseits steht der Stopfen bereits unmittelbar nach dem Einsetzen auf der nahezu gesamten axialen Länge in Berührung mit der konischen Wandung der Sacklochbohrung, so daß bei Druckbeaufschlagung schneller hohe Reibungskräfte an der Wandung aufgebaut werden können.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Gasaustrittsöffnungen in der Lagerfläche der Düsenplatte von mittels eines energiereichen Strahls gebohrten Mikrolöchern gebildet, die vorzugsweise kegelförmig ausgebildet sind, wobei deren engster Querschnitt an der Mündung in die Lagerfläche gelegen ist. Diese von Mikrolöchern gebildeten Gasaustrittdüsen sorgen für ein äußerst gleichmäßiges und homogenes Gaspolster. Diese Ausgestaltung der Gasaustrittsdüsen, die an sich bereits aus der DE 44 36 156 C1 bekannt ist, besitzt den Vorteil, daß der Luftverbrauch der Einzeldüsen äußerst niedrig ist und daß eine große Anzahl Düsen für eine hohe statische Tragkraft in den Lagerkörper eingebracht werden kann, ohne dadurch den Gesamtgasverbrauch in unwirtschaftliche Bereiche steigen zu lassen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1. eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Düsenplatte und

Fig. 2. einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Düsenplatte.

In Fig. 1 ist eine Düsenplatte 1 eines erfindungsgemäßen Gasdrucklagers abgebildet. Die Düsenplatte 1 besteht aus einem kubischen Düsenplattenkörper 10, der eine - in Fig. 1 untere - ebene Lagerfläche 12, eine - in Fig. 1 obere - rückseitige Fläche 14 sowie vier Seitenflächen 16, 18, 20, 22 aufweist.

In die Düsenplatte 1 sind von der rückseitigen, von der Lagerfläche 12 abgewandten Fläche 14 her Sacklochbohrungen 24 eingebracht, die jeweils in einer Öffnung 24' in der rückseitigen Fläche 14 münden. Die Sacklochbohrungen 24 sind in der in Fig. 1 beispielhaft dargestellten Düsenplatte in vier Reihen 24A, 24B, 24C und 24D angeordnet, die gemeinsam ein Rechteck bilden, wie in Fig. 1 zu erkennen ist. Etwa auf der Hälfte der Höhe der Düsenplatte sind vier Querbohrungen 26A, 26B, 26C, 26D vorgesehen, die jeweils die Sacklochbohrungen einer zugeordneten Reihe 24A, 24B, 24C, 24D durchdringen und somit miteinander in Fluidverbindung bringen. Die Querbohrungen 26A, 26B, 26C, 26D dienen als Versorgungsbohrungen für ein Druckgas. Da alle Sacklochbohrungen 24 über zugeordnete Querbohrungen 26A, 26B, 26C, 26D gegenseitig in Fluidverbindung stehen, wird eine sehr gleichmäßige Druckfluidverteilung in den Sacklochbohrungen erzielt.

Die Anordnung der Bohrungen im Inneren der Druckplatte wird nun anhand der Fig. 2 beschrieben, die einen Schnitt entlang der Ebene II-II-II in Fig. 1 durch die Sacklochreihe 24C mit Blick in Pfeilrichtung zeigt. Des weiteren ist in Fig. 2 gezeigt, wie die Düsenplatte 1 auf einem Trägerelement 2 des Gaslagerelements mittels schematisch dargestellter Schraubverbindungen 2', 2" befestigt ist, wobei ein mittlerer Abschnitt des Trägerelements 2 eine Abdeckung 3 für die rückseitige Fläche 14 der Düsenplatte 1 bildet.

Ebenfalls in Fig. 2 ist ein Gegenlagerelement 4 schematisch dargestellt, das eine Gegenlagerfläche 5 besitzt, die der Lagerfläche 12 der Düsenplatte 1 mit Abstand gegenübergelegen ist, wodurch ein Lagerspalt 6 zwischen der Lagerfläche 12 und der Gegenlagerfläche 5 gebildet wird.

In Fig. 2 ist zu erkennen, daß vom Grund 24" eines jeden Sacklochs 24 eine eine Gasaustrittsdüse 28 bildende Mikrobohrung ausgeht, die in die Lagerfläche 12 mündet und so einen Gasdurchtritt von der Sacklochbohrung zur Lagerfläche 12 und damit in den Lagerspalt 6 schafft.

Weiterhin sind in Fig. 2 drei Beispiele für Stopfen gezeigt, mit denen die jeweilige Sacklochbohrung 24 im Bereich ihrer rückseitigen Öffnung 24' verschlossen ist. Beispielhaft ist ein kegelstumpfförmiger Stopfen 30 gezeigt, der mit seinem Ende kleineren Durchmessers in die Sacklochbohrung 24 hineingesteckt ist und dessen größerer Durchmesser geringfügig größer ist als der Durchmesser der Sacklochbohrung 24, so daß sich der elastische Stopfen 30 aufgrund der beim Einführen in das Sackloch 24 entstehenden Radialkräfte radial staucht und sich somit unter radialer Druckspannung zumindest in einem Bereich seines Außenumfangs gegen den Innenumfang des Sacklochs 24 abstützt.

Ein alternativer kegelstumpfförmiger Stopfen 32 ist an seinem in das Sackloch 24 weisenden Ende mit einer axial gerichteten Vertiefung 32' versehen, die ein radiales Spreizen des in Fig. 2 unteren, in das Innere der Sacklochbohrung 24 gerichteten Endabschnitts des Stopfens 32 unter Einwirkung von Druck erleichtert.

Eine zweite alternative Stopfenform ist in Fig. 2 ebenfalls dargestellt und betrifft einen kugelförmigen Stopfen 34. Der Äquatorialdurchmesser des kugelförmigen elastischen Stopfens 34 ist ebenfalls geringfügig größer als der Innendurchmesser der Sacklochbohrung 24, so daß sich der kugelförmige Stopfen 34 unter radial gegen die Innenwandung der Sacklochbohrung 24 gerichtetem Druck in der Sacklochbohrung 24 verklemmt. Die Sacklochbohrung 24 kann in diesem der Öffnung 24' benachbarten Bereich auch mit einer dem Radius des kugelförmigen Stopfens 34 angepaßten Ringnut versehen sein, um den kugelförmigen Stopfen 34 zusätzlich zum Reibschluß auch im Formschluß in der Sacklochbohrung 24 zu halten.

Sind zumindest ein Teil der Öffnungen 24' der Sacklochbohrungen 24 der Düsenplatte 1 mittels Stopfen dicht verschlossen und ist die rückseitige Fläche 14 mittels der deckelartigen Abdeckung 3 abgedichtet und wird über die Querbohrungen 26A, 26B, 26C und 26D Gasdruck, beispielsweise Druckluft, in die rückseitig geschlossenen Sacklochbohrungen 24 eingeleitet, so entweicht das eingeleitete Druckgas nur durch die Gasaustrittsdüsen 28 in den Lagerspalt 6, wobei innerhalb der rückseitig geschlossenen Sacklochbohrungen 24 ein Überdruck entsteht, der bestrebt ist, die jeweiligen Stopfen 30, 32 beziehungsweise 34 aus der zugeordneten Sacklochbohrung 24 - in Fig. 2 nach oben - herauszudrücken. Da die Stopfen 30, 32 und 34 jedoch aufgrund der Reibungskräfte zwischen ihrem jeweiligen Außenumfang und dem Innenumfang der zugeordneten Sacklochbohrung 24 sowie durch die deckelartige Abdeckung 3 an einem Heraustreten aus der jeweiligen Öffnung 24' der zugeordneten Sacklochbohrung 24 gehindert sind und da sie elastisch sind, werden sie von der Druckkraft axial gestaucht (in Fig. 2 nach oben), wodurch sie sich wiederum in Radialrichtung ausdehnen und großflächig an den Innenumfang des zugeordneten Sacklochs 24 fest anlegen, wodurch die Reibungskräfte in diesem Bereich spürbar ansteigen und den Stopfen im zugeordneten Sackloch festhalten.

Die auf den jeweiligen Stopfen 30, 32, 34 einwirkenden Druckkräfte werden so unmittelbar auf die Wandung der zugeordneten Sacklochbohrung 24 übertragen und somit lokal in den Düsenplattenkörper 10 eingeleitet, so daß keine wesentlichen Biegemomente zwischen den Befestigungspunkten 2', 2" der Düsenplatte 1 am Trägerelement 2 auftreten und die Düsenplatte unverformt bleibt, wodurch auch die Lagerfläche 12 der Düsenplatte 1 eben bleibt.

Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen.

Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

Bezugszeichenliste

1

Düsenplatte

2

Trägerelement

2

' Schraubverbindung

2

" Schraubverbindung

3

Abdeckung

4

Gegenlagerelement

5

Gegenlagerfläche

6

Lagerspalt

10

Düsenplattenkörper

12

Lagerfläche

14

Rückseitige Fläche

16

Seitenfläche

18

Seitenfläche

20

Seitenfläche

22

Seitenfläche

24

Sacklochbohrungen

24

' Öffnungen

24

" Grund

24

A Reihen von Sacklochbohrungen

24

B Reihen von Sacklochbohrungen

24

C Reihen von Sacklochbohrungen

24

D Reihen von Sacklochbohrungen

26

A Querbohrungen

26

B Querbohrungen

26

C Querbohrungen

26

D Querbohrungen

28

Gasaustrittsdüse

30

kegelstumpfförmiger Stopfen

32

kegelstumpfförmiger Stopfen

32

' Vertiefung

34

kugelförmiger Stopfen

Claims (11)

1. Gasdrucklager mit einem eine Düsenplatte (1) aufweisenden Gaslagerelement,
wobei die Düsenplatte (1) eine vorderseitige Lagerfläche (12) aufweist, in der zumindest eine Gasaustrittsdüse (28) vorgesehen ist, die von einem Druckgas beaufschlagt ist, so daß ein aus der Gasaustrittsdüse (28) austretender Gasstrom ein homogenes Gaspolster zwischen der Lagerfläche (12) und einer zugeordneten Gegenlagerfläche (5) bildet,
wobei die Düsenplatte (1) zumindest eine Sacklochbohrung (24) mit einer in einer von der Lagerfläche (12) verschiedenen Fläche (14) gelegenen Öffnung (24') aufweist,
wobei die Sacklochbohrung (24) einen Durchmesser besitzt, der größer ist als der Durchmesser der Gasaustrittsdüse (28),
wobei die Sacklochbohrung (24) mit der Gasaustrittsdüse (28) in Fluidverbindung steht,
wobei auf der von der Lagerfläche (12) verschiedenen Fläche (14) der Düsenplatte (1) eine Abdeckung (3) für die dortige Öffnung (24') der Sacklochbohrung (24) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils ein Stopfen (30; 32; 34) aus einem elastischen Material in die jeweilige Öffnung (24') einer Sacklochbohrung (24) eingesetzt ist.

2. Gasdrucklager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Stopfen (30; 32; 34) zum Inneren der Sacklochbohrung (24) hin verjüngt.

3. Gasdrucklager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Durchmesser des Stopfens (30; 32; 34) gleich dem Durchmesser der Sacklochbohrung (24) oder geringfügig größer als dieser ist.

4. Gasdrucklager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (30; 32) eine kegel- oder kegelstumpfförmige Gestalt besitzt.

5. Gasdrucklager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmige Stopfen (32) an seiner zum Inneren der Sacklochbohrung weisenden Seite ein zentrale Vertiefung (32') aufweist.

6. Gasdrucklager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (34) eine kugel- oder halbkugelförmige Gestalt besitzt.

7. Gasdrucklager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (30; 32; 34) aus Gummi oder einem gummiähnlichen elastisch verformbaren Material besteht.

8. Gasdrucklager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenplatte (1) eine Mehrzahl von Sacklochbohrungen (24) aufweist, die jeweils mit einer zugeordneten Gasaustrittsöffnung (28) in Fluidverbindung stehen und daß zumindest eine Versorgungsbohrung (26A, 26B, 26C, 26D) für Druckgas vorgesehen ist, die zumindest eine Gruppe (24A, 24B, 24C, 24D) von Sacklochbohrungen (24) miteinander verbindet.

9. Gasdrucklager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sacklochbohrung (24) im Bereich der rückseitigen Öffnung konusförmig ausgebildet ist und sich zur Öffnung hin erweitert.

10. Gasdrucklager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel des konischen Bohrungsabschnitts im wesentlichen dem Konuswinkel des kegel- oder kegelstumpfförmigen Stopfens (30; 32) entspricht.

11. Gasdrucklager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsöffnungen (28) in der Lagerfläche (12) der Düsenplatte (1) von mittels eines energiereichen Strahls gebohrten Mikrolöchern gebildet sind, die vorzugsweise kegelförmig ausgebildet sind, wobei deren engster Querschnitt an der Mündung in die Lagerfläche (12) gelegen ist.