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Die
Erfindung betrifft eine Offenend-Spinnvorrichtung mit einem aerostatischen
Axiallager für den
Schaft eines Spinnrotors, bei dem durch eine vorgeschaltete Drosselvorrichtung
Luft in einen Luftspalt eingeleitet wird, sowie eine solche Lagervorrichtung
eines aerostatischen Axiallagers und Verfahren zur Herstellung einer
Drosseleinrichtung. Die Lagervorrichtung und die Drosselvorrichtung
sind hierbei einteilig ausgebildet.
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Bei
einer bekannten Offenend-Spinnvorrichtung (
EP 0 435 016 B1 ) wird der
Schaft eines Spinnrotors an einem aerostatischen Axiallager, das
als Gegenlager für
den Schaft wirkt, abgestützt.
Dabei wirkt eine auf einer Lagerplatte ausgebildete Lagerfläche mit
dem Ende des Schaftes zusammen. Zwischen Lagerfläche und Schaftende wird ein
Luftspalt aufrechterhalten, indem durch Bohrungen in der Lagerplatte
Luft in den Lagerspalt eingeleitet wird. Der Lagerplatte ist eine
Drosselvorrichtung vorgeschaltet oder in die Lagerplatte integriert,
mit der der Luftstrom in den Lagerspalt gedrosselt und somit eingestellt
wird. Dieses Luftlager hat sich bei den bisherigen Betriebsbedingungen,
mit denen der Spinnrotor betrieben wird, bewährt. Es besteht jedoch ein
Bedarf für
noch höhere
Drehzahlen des Spinnrotors, die eine noch stärkere Belastung des Axiallagers
verursachen.
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Die
DE 44 36 156 C1 beschreibt
ein kombiniertes aerostatisches Axial- und Radiallager, wobei Mikrolöcher mittels
Laserbohren in den Lagerkörper eingebracht
sind. Durch eine große
Anzahl an Düsen (Mikrolöchern) sollen
die guten statischen Eigenschaften eines Lagers aus porösem Werkstoff
und die dynamischen Eigenschaften eines oberflächenverdichteten porösen Lagers
erzielt werden. Das Lager der
DE 44 36 156 C1 ist als rein aerostatisches Lager
ausgebildet und zur axialen Lagerung eines Spinnrotors bei sehr
hohen Drehzahlen nicht ausreichend.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Offenend-Spinnvorrichtung
mit einem aerostatischen Axiallager für den Schaft eines Spinnrotors,
eine Lagervorrichtung hierfür
und Verfahren zur Herstellung einer Drosselvorrichtung für das Axiallager
vorzusehen, so daß die
Belastbarkeit des aerostatischen Axiallagers unter Dauerbetrieb
noch weiter erhöht
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 26 gelöst. Ein
Verfahren zur Herstellung einer Drosseleinrichtung ist im Anspruch
27, 33 bzw. 37 angegeben.
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Bei
einer Offenend-Spinnvorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 wird die in den Luftspalt des aerostatischen Axiallagers
eingeleitete Luftmenge, d. h. der Luftdurchsatz, mittels einer Vielzahl
von Mikrolöchern
in der Drosselvorrichtung eingestellt. Die Lagervorrichtung des aerostatischen
Axiallagers ist dabei regelmäßig das Gegenlager
für die
Stirnseite des Rotorschaftes, in dem die Lagerfläche ausgebildet ist, die mit
der Stirnseite des Rotorschaftes zusammenwirkt. Die Lagervorrichtung
kann dabei beispielsweise als austauschbare Lagerplatte oder als
Lagerblock ausgebildet sein, die in ein Lagergehäuse eingebaut werden, welches
wiederum mit einem Druckluftanschluß versehen ist. Die Lagervorrichtung
ist einteilig mit der Drosselvorrichtung ausgebildet und besteht
aus einem Polyimid. Bei diesem hochtemperaturbeständigen Kunststoff
wird bei der Berührung
des Schaftes eine elastische Dämpfung
bewirkt und andererseits widersteht der hochtemperaturfeste Kunststoff
den hohen Temperaturen, die durch die Luftreibung im Luftspalt erzeugt
wird.
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Dieses
einteilig ausgebildete Element aus Drosselvorrichtung und Lagervorrichtung
kann dabei z. B. ein Lagerblock oder eine Lagerplatte oder dergleichen
sein. Hierbei münden
die Austrittsseiten der Mikrolöcher
unmittelbar in die Lagerfläche
des Axiallagers, so daß ein
minimales Luftvolumen zwischen dem Luftspalt und dem begrenzenden
Querschnitt des Mikrolochs zur Verfügung steht. Bei einer axialen Belastung
des Spinnrotors kann damit die Luft aus dem Luftspalt nicht oder
nur geringfügig
in die Mikrolöcher
zurückweichen
und wird überwiegend
im Luftspalt gehalten, so daß die
Steifigkeit des Axiallagers maximiert wird.
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Gegenüber einem
herkömmlich
gebohrten Loch ist die durch ein Mikroloch strömende Luftmenge erheblich reduziert.
Eine Bohrdurchmesserabweichung in einem einzigen, herkömmlichen
Bohrloch wirkt sich unmittelbar entsprechend auf die Durchflußmenge aus,
während
sich die Bohrabweichungen bei einer Vielzahl von Löchern gegenseitig
herausmitteln, so daß sich
die durch die Mehrzahl der Mikrolöcher strömende Durchflußmenge addiert
und der Vorgabewert der Luftströmung
genauer eingehalten wird. Ohne Wechsel des Bohrwerkzeugs kann durch Erhöhen oder
Verringern der Anzahl der Mikrolöcher in
der Drosselvorrichtung die für
jede Drosselvorrichtung vorgesehene Durchströmungsmenge eingestellt werden.
Auch aus der
EP 0 435
016 B1 ist das Vorsehen einer Vielzahl von herkömmlichen
Löchern
bekannt, wobei sich jedoch die gesamte in den Luftspalt eintretende
Luftmenge erhöht
und die Spaltbreite durch die erhöhte Luftströmung zunimmt, was eine Verringerung
der Lagersteifigkeit zur Folge hat. Dagegen kann trotz der Vielzahl
von Mikrolöchern
die Gesamtströmungsmenge
in dem Luftspalt gering gehalten werden, wodurch auch der Lagerspalt
minimal gehalten werden kann. Aufgrund des minimalen Luftspalts
erhöht
sich die Steifigkeit des Axiallagers, da sich die komprimierbare
Luftmenge verringert. Dadurch können
Eigenschwingungen des Rotors in axialer Richtung unterdrückt werden.
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Weiterhin
führt die
Minimierung des Luftdurchsatzes durch die Drosselvorrichtung dazu,
daß an
der Spinnvorrichtung der Druckluftverbrauch erheblich reduziert
werden kann, was die Energiekosten und somit die Produktionskosten
verringert.
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Durch
die flächige
Verteilung der Mikrolöcher über die
Lagerfläche
des Axiallagers wird verhindert, daß bei nicht paralleler Ausrichtung
der Lagerfläche zur
Stirnfläche
des Rotorschaftes die durch die Drosselvorrichtung eingeleitete
Luft in Richtung des breiter werdenden Spaltes entweicht, ohne daß im Bereich
der Engstelle des Luftspalts Luft zugeführt wird. Ein unterschiedlich
breiter Luftspalt kann z. B. dann entstehen, wenn der Spinnrotor
ausgetauscht wird oder die Lagervorrichtung des Axiallagers ausgetauscht
oder neu installiert wurde. Durch die flächige Verteilung der Mikrolöcher wird
auch in Bereiche, in denen die Spaltbreite verringert ist, die zur
Ausbildung des Luftspalts notwendige Luftmenge eingeleitet und so
die gewünschte
Luftlagerung gewährleistet.
Ebenso wird durch die flächige
Verteilung der Mikrolöcher
nach einer kurzzeitigen, starken Axialbelastung des Spinnrotors,
bei der die Luft aus dem Luftspalt weitgehend verdrängt wurde,
der Luftspalt durch das verteilte Einströmen der Luftmenge gleichmäßig wieder
hergestellt. Gleichzeitig erfolgt durch die gleichmäßige Verteilung
die Einstellung der stationären
Luftspaltbreite schneller und ohne Spaltbreitenschwankungen durch
Einpendeln des Luftdrucks.
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Bei
Stillstand des Spinnrotors breitet sich die durch jedes Mikroloch
einströmende
Druckluft rotationssymmetrisch um das Loch aus. Bei Drehung des Spinnrotors
erfolgt zusätzlich
eine Verteilung der Luft in Drehrichtung, wobei diese Verteilung
von der Umfangsgeschwindigkeit, das heißt von der Drehzahl des Spinnrotors
und von der Entfernung des Mikrolochs zur Drehachse, abhängt. Weiterhin
bewirkt die Fliehkraft eine radiale Komponente der Luftströmung und
die außen
eingeleitete Druckluft wird durch die innen eingeleitete verdrängt. Diese
Luftausbreitungsströmungen
bewirken einen ungefähr
spiralbahnförmigen
Verlauf der Luftverteilung außerhalb
der Rotationsmitte mit zunehmendem Querschnitt, so daß die flächige Verteilung
der Druckluft sowohl durch ein radiales Versetzen der Mikrolöcher als
auch durch einen Versatz in Kreisumfangsrichtung optimiert wird. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Verteilung der Mikrolöcher sind ein spiralbahnförmiges Anordnen
der Mikrolöcher,
wobei die Spiralbahn entgegen der Drehrichtung orientiert ist, oder
eine strahlenförmige Ausrichtung
der Mikrolöcher
von der Drehachse ausgehend.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Querschnitt des Mikrolochs
im Bereich der Austrittsseite vergrößert, so daß kleine Partikel, die bei
Betrieb des Lagers oder während
der Herstellung der Drosselvorrichtung in ein Mikroloch eindringen,
durch die durchströmende
Luft leichter wieder aus dem Mikroloch entfernt werden können. Somit
gelangen die Verunreinigungspartikel nach dem Eindringen in das
Mikroloch nicht bis zu dem für die
Drosselung notwendigen kleinsten Querschnitt und können sich
dort nicht festsetzen. Die Querschnittszunahme zur Austrittsseite
hin kann dabei stufig oder kontinuierlich erfolgen.
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Durch
Erweiterung des Querschnitts des Mikrolochs im Eintrittsbereich
können
Verunreinigungen der Drosselvorrichtung nach der Ausbildung der Löcher und
gegebenenfalls der Oberflächenbearbeitung
der Eintrittsseite leichter entfernt werden.
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Herstellungstechnisch
ist es vorteilhaft den kleinsten Querschnitt des Mikrolochs nur
auf einen kleinen Tiefenbereich des Mikrolochs insgesamt zu beschränken, da
dann nur über
diesen kleinen Tiefenbereich das Mikroloch präzise und mit definiertem Querschnitt
ausgebildet werden muß.
Insbesondere beim Laserbohren der Mikrolöcher ist dieses aufgrund des
(Gausschen-)Fokussierungsfeldes
vorteilhaft. Dabei verjüngt
sich zunächst
der Bohrquerschnitt von der Eintrittsseite des Laserstrahls her,
im Fokus in einer bestimmten Bohrtiefe wird der vorgegebenen Mindestquerschnitt
erreicht und zur Austrittsseite des Bohrlochs weitet sich der Bohrquerschnitt
wieder auf.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung ist die Eintrittsseite des Mikrolochs
mit einem Luftreservoir verbunden, aus dem die Luft für den Luftspalt
entnommen wird. Das Luftreservoir selbst ist nicht unmittelbar mit
einer Druckluftleitung verbunden.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung wird ein Block oder eine Platte oder
dergleichen als Stützstruktur
verwendet, bei denen Löcher
oder Ausnehmungen mit größerem Querschnitt
vorgesehen sind, die die Stärke
der Stützstruktur
bis auf einen kleinen Tiefenbereich einseitig oder zweiseitig erweitern,
wobei nur in einem kleinen Tiefenbereich die Mikrolöcher zur
Ausbildung des Luftdurchgangs ausgebildet werden. Gemäß einer
Ausgestaltung dient ein mit größeren Löchern oder
Ausnehmungen versehener Block oder eine Platte als Stützstruktur
zum Aufnehmen einer Folie mit Mikrolöchern, die dann als Drosselvorrichtung
wirkt.
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Ist
bei dem Lagerpaar aus Lagerfläche
in der Lagervorrichtung und der Stirnseite des Rotorschaftes auf
einer Lagerseite eine Mulde ausgebildet, die rotationssymmetrisch
zur Drehachse ist, so wird der Spinnrotor durch die dauernd anliegende
Axialkraft in Richtung Lagervorrichtung axial zentriert. Damit wird die
Laufruhe des Spinnrotors weiter verbessert.
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Wie
in der
EP 0 435 016
B1 beschrieben, bilden bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
die Lagerplatte mit der darin ausgebildeten Lagerfläche und die
Stirnseite des Schaftes eine reibungsarme Werkstoffpaarung. Dabei
wirkt die Werkstoffpaarung bei einer extremen axialen Belastung
des Spinnrotors, während
der die Luft aus dem Luftspalt verdrängt wird, als ein komplementäres Lagerpaar,
das bei direkter Berührung
eine geringe Reibung aufweist und eine Beschädigung vermeidet, die zur Einstellung des
Spinnbetriebes zwingen würde.
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Zur
Reibungsverringerung wird einem oder beiden Materialien des Werkstoffpaares,
vorzugsweise dem hochwarmfesten Kunststoff ein Zusatz beigemischt
werden, der beispielsweise in Matrixform in dem Material des Werkstoffpaares
gebunden ist, so daß die
Reibung nach oder bei einer Berührung
noch weiter reduziert wird. Reibungsreduzierende Beimischungen sind
z. B. Graphit, Teflon oder Molybdänsulfid.
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Wenn
bei der Werkstoffpaarung des Axiallagers ein Materialverschleiß auf Seiten
der Lagervorrichtung auftritt, ist es besonders vorteilhaft, wenn
der luftbegrenzende Querschnitt des Mikrolochs in einer Tiefe der
Lagervorrichtung ausgebildet ist, die unterhalb der Verschleißtiefe von
der Lagerfläche
her gesehen liegt. Dabei ist der Lochquerschnitt von der Luftaustrittsseite
her größer als
der luftdurchsatzbeschränkende
und -einstellende Querschnitt des Mikrolochs, so daß die Luftströmung bei
verschleißbedingtem
Kürzerwerden
des Lochs wegen des nahezu gleichbleibenden Strömungswiderstandes unverändert bleibt.
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Gemäß einem
Verfahren zur Herstellung der Mikrolöcher in der Drosselvorrichtung
wird ein Laserstrahl eingesetzt. Zur Verringerung der thermischen Belastung
des Bohrens wird ein gepulster Laserstrahl verwendet, der beim Materialabtrag
ein Plasma erzeugt, das das Material auch aus der Tiefe des Bohrlochs
abtransportiert. Weiterhin wird kurzwelliges Laserlicht verwendet,
das die Abbildungsgenauigkeit, d. h. den minimal möglichen
Bohrlochquerschnitt, und die Präzision
des Bohrlochs begünstigt. Weiterhin
ist dabei die Plasmaausbildung zum Materialabtrag gegenüber der
thermischen Belastung des zu bohrenden Materials erhöht. Wird
während
des Bohrens der Abstand zwischen Laserstrahloptik und zu bohrendem
Drosselmaterial konstant gehalten, so wird das fokussierte oder
parallelisierte Strahlprofil in Längsrichtung beim Lochbohren
im Material abgebildet, wobei der Eintritts- und/oder Austrittsbereich
des Mikrolochs gegenüber
dem kleinsten Querschnitt aufgeweitet ist. Dies bietet die oben
beschriebenen Vorteile.
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Gemäß einem
weiteren Herstellungsverfahren für
Mikrolöcher
können
diese auch nach dem photolithographischen Ausbilden einer Maske
in das Material der Drosselvorrichtung geätzt werden. Vorzugsweise werden
hier dünne
Folien oder Dünnschichten
verwendet, so daß die
Tiefe des auszubildenden Lochs beschränkt ist. Das Verhältnis zwischen
Tiefe und Durchmesser des geätzten
Lochs kann verbessert werden, wenn beim anisotropen Ätzen eines
kristallinen Materials oder eines strukturmäßig orientierten Materials,
z. B. einem beschichteten Kunststoffmaterial, die Ätzselektivität in die
Tiefe wesentlich höher
ist, als in die Breite. Ein Unterätzen der Ätzmaske ist hier von Vorteil,
um den verbreiteten Austritts- oder Eintrittsquerschnitt vorzusehen.
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Gegenüber dem
konventionellen Bohren ist bei den beschriebenen Bohrverfahren kein
Wechsel des Bohrwerkzeugs erforderlich, da kein Verschleiß während des
Bohrens stattfindet. Damit werden die Bohrspezifikationen reproduzierbar
eingehalten und die tatsächlich
erzielte Strömungsmenge
muß nicht nachgeprüft werden.
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Anhand
von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele
der Erfindung erläutert.
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Es
zeigen:
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1A Einen
Lagerblock eines aerostatischen Axiallagers mit einem einsetzbaren
Drosseleinsatz;
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1B eine
Rückansicht
des Drosseleinsatzes von 1A;
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1C eine
perspektivische Ansicht des Drosseleinsatzes von 1A;
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2 einen
Lagerblock in schematischer Querschnittsansicht mit integrierter
Luftdrossel;
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3 eine
schematische Querschnittsansicht, die den Querschnitt eines Mikrolochs
darstellt;
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4 eine
weitere Ausführungsform
eines Querschnitts eines Mikrolochs;
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5 eine
weitere Ausführungsform
des Querschnitts eines Mikrolochs;
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6 ein
in einer Folie ausgebildetes Mikroloch, das auf einer Trägerstruktur
aufgebracht ist;
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7 die
Lagerfläche
eines Axiallagers in Draufsicht und
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8 die
Lagerfläche
eines Axiallagers in Draufsicht mit einer weiteren Flächenverteilung
der Mikrolöcher.
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Die
in den Figuren dargestellten Größenverhältnisse
und Querschnittsverhältnisse
der Tiefen und Durchmesser der Mikrolöcher sind nur schematisch wiedergegeben,
und dienen beispielhaft dem besseren Verständnis der Erfindung.
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1A zeigt
eine Querschnittsansicht eines Lagerblocks eines aerostatischen
Axiallagers für eine
Offenend-Spinnvorrichtung. Das aerostatische Axiallager ist in einer
Rotorbaugruppe eingesetzt, wie sie in der
1 der
EP 0 435 016 B1 dargestellt
ist. Der Rotorschaft des Rotors ist dabei auf Stützscheiben gelagert und wird
durch einen Tangentialriemen angetrieben. Während der Rotation des Rotors üben die
Stützscheiben
eine axiale Kraft in Richtung des dem Rotortopf gegenüberliegenden
Endes des Schaftes aus, wobei diese axiale Kraft durch das Axiallager
abgestützt
wird.
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In
den Lagerblock 1 wird ein Drosseleinsatz 2 eingesetzt
und dort wiederlösbar
befestigt, z. B. durch eine Preßverbindung,
oder mittels Klebeverbindung oder ebenfalls mittels Preßverbindung
dauerhaft gehalten. Der Lagerblock 1hat an seinem Außenumfang
einen umlaufenden Vorsprung 3, mit dem der Lagerblock 1 mittels
einer Überwurfmutter
an einer Lagerblockhalterung der Spinnstelle der Offenend-Spinnvorrichtung
befestigt wird. Die nicht dargestellte Lagerblockhalterung ist mit
einer Druckluftversorgung verbunden, so daß der Drosseleinsatz 2 rückseitig
mit Druckluft beaufschlagt wird. Im Drosseleinsatz 2 sind
Mikrolöcher 4 ausgebildet,
durch die die Druckluft von der Rückseite zur Vorderseite austreten
kann. Aufgrund des geringen Querschnitts der Mikrolöcher 4 sind
diese nur als Strich dargestellt.
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An
der Stirnseite des Drosseleinsatzes 2 ist ein nasenartiger
Absatz 5 ausgebildet, der nach dem Einsetzen des Drosseleinsatzes 2 in
den Lagerblock 1 vor dem Drosseleinsatz einen Spalt freiläßt, in dem sich
die aus den Mikrolöchern 4 austretende
Druckluft zwischen dem Drosseleinsatz 2 und dem Lagerblock 1 verteilen
kann.
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In
der Stirnseite des Lagerblocks 1 sind Durchgänge 6 ausgebildet,
die z. B. mittels herkömmlicher
Bohrtechnik durch die Stirnseite durchgebohrt sein können. Die
Vorderseite des Lagerblocks 1 bildet zumindest teilweise
eine Lagerfläche 7 des
Axiallagers und wirkt so als Gegenlager für die Stirnseite des Spinnrotors.
Weiterhin ist an der Stirnfläche
des Lagerblocks 1 ein Sackloch 8 als Vertiefung
ausgebildet, anhand dessen der Verschleiß der Lagerfläche 7 kontrolliert
werden kann. Wurde durch Verschleiß die Lagerfläche 7 soweit
abgetragen, daß bei
einer visuellen Kontrolle durch das Bedienungspersonal das Sackloch 8 nicht
mehr zu erkennen ist, so hat die Lagerabnutzung einen Zustand erreicht, bei
dem der Lagerblock 1 ausgetauscht werden muß.
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1B zeigt
die Rückseitenansicht
des Drosseleinsatzes 2, aus der die kreislinienförmige Anordnung
der Mikrolöcher 4 um
die Rotationsachse des Spinnrotors ersichtlich ist. Die Linie A-A
zeigt die Schnittebene der Querschnittsdarstellung des Drosseleinsatzes 2 von 1A.
Weiterhin zeigt 1C eine perspektivische Ansicht
des Drosseleinsatzes 2 von schräg vorne.
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2 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines Lagerblocks 1a. In diesem Fall ist die Drossel für die Einstellung
des Luftdurchsatzes in den Lagerblock 1a integriert. Die
Mikrolöcher 4 erstrecken
sich von der Lagerfläche 7 bis
in eine Tiefe des Lagerblocks 1a, die unterhalb der Verschleißtiefe des
Lagerblocks 1a liegt. Der über die Verschleißtiefe der
Stirnseite hinausgehende Teil der Materialstärke der Stirnseite ist mittels
Sacklöcher 9 aufgebohrt.
Aufgrund der Sacklöcher 9 müssen die
Mikrolöcher 4 nicht
vollständig durch
die Materialstärke
der Stirnseite des Lagerblocks 1a durchgebohrt werden.
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3 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Mikrolochs 4a in
der Stirnseite eines Lagerblocks. Der Querschnittsdurchmesser des
Mikrolochs ist an der Lufteintrittsseite kleiner als an der Luftaustrittsseite,
wobei bei diesem Ausführungsbeispiel
ein Sackloch mit größerem Querschnitt
von der Lagerfläche 7 her
den kleineren Querschnitt des Mikrolochs fortsetzt. Die Luftströmungsrichtung
ist durch einen Pfeil dargestellt. Der erweiterte Querschnitt des
Mikrolochs 4a zieht sich bis in eine Tiefe, die über der
Verschleißtiefe
liegt. Dringt in das Mikroloch 4a von der Austrittsseite
her ein Verschleißpartikel
oder ein sonstiger Verunreinigungspartikel ein, so kann dieser aufgrund des
größeren Querschnitts
einfacher durch die Druckluft wieder ausgeblasen werden. Damit wird
ein lagerflächenseitiges
Verstopfen des Mikrolochs 4a vermieden. Die Luftströmungsmenge
in den Luftspalt wird durch den kleinsten Querschnittsdurchmesser bestimmt,
der selbst bei Verschleiß der
Lagerfläche 7 und
deren Abnutzung unverändert
bleibt, so daß über die
gesamte Lebensdauer des Lagerblocks eine konstante Luftströmung aufrecht
erhalten wird.
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung
eines Mikrolochs 4b, bei der das Mikroloch 4b zur
Luftaustrittsseite hin trichterförmig
erweitert ist und dabei ebenfalls ein Entfernen der Verunreinigungspartikel
im Mikroloch 4b ermöglicht.
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5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiels
eines Mikrolochs 4c, dessen Querschnitt im mittleren Bereich
getapert, d. h. verjüngt,
ist. Auch hier können
Verunreinigungspartikel von der Lagerflächenseite her leichter entfernt
werden und zusätzlich
werden Verunreinigungspartikel, die während der Herstellung eingangsseitig
in das Mikroloch 4c eindringen, bei einem Reinigungsschritt
leichter entfernt. Darüber
hinaus entspricht diese Querschnittsform in Längsrichtung des Lochs ungefähr dem Fokussierungsverlauf
eines Laserstrahls in Längsrichtung,
so daß während der
Herstellung des Mikrolochs mittels Laserbohren der Fokus nicht mit
zunehmender Bohrtiefe nachgeführt
werden muß,
was die Herstellung der Mikrolöcher
vereinfacht.
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6 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Ausbildung von Mikrolöchern 4d.
Bei diesem Beispiel sind die Mikrolöcher 4d in einer Folie 10 ausgebildet,
die dann auf eine Trägerstruktur 11 aufgebracht
wird. Entsprechend der Lage der Mikrolöcher 4d sind in der
Trägerplatte 11 Ausnehmungen 12 ausgebildet,
die die durch die Mikrolöcher 4d strömende Luft
zum Lagerspalt weiterführen.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
des Mikrolochs 4d wird die Luftzufuhrmenge durch den Querschnitt
des Mikrolochs in der Folie bestimmt, während aus der Ausnehmung 12 Verunreinigungen
leichter entfernt werden können.
Bei Betrieb des Axiallagers wird die Lagerfläche 7 der Trägerplatte 11 abgetragen,
während die
Tiefe des Mikrolochs in der Folie unverändert bleibt. Zur mechanischen
Stabilisierung kann zusätzlich
auf der Rückseite
der Folie 10 eine Stützplatte 13 (gestrichelt
dargestellt) aufgebracht werden, in die entsprechend der Lage der
Mikrolöcher 4d Bohrungen 14 vorgesehen
sind. Die Folie 10 und die Trägerplatte 11 bzw.
die Folie 10, die Trägerplatte 11 und
die Stützplatte 13 werden
in Sandwich-Bauweise aufeinandergelegt und z. B. mittels Klebung
miteinander verbunden.
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Die
Folie 10 und die Trägerplatte 11 bzw.
die Folie 10, die Trägerplatte 11 und
die Stützplatte 13 sind
als runde Einsatzplatte 15 ausgebildet, die in einen Lagerblock 1 mit
entsprechend rund ausgebildeter Aufnahme eingesetzt wird (nicht
dargestellt).
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7 zeigt
einen Ausschnitt aus einer Lagerfläche 7 mit den Austrittsöffnungen
der Mikrolöcher 4, 4a, 4b, 4c oder 4d.
Die Mikrolöcher
sind in Form einer Matrix über
die Lagerfläche 7 verteilt,
so daß der
Luftaustritt gleichmäßig über die
Fläche
verteilt erfolgt.
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8 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Verteilung der Mikrolöcher über die
Lagerfläche 7,
wobei die Mikrolöcher
entlang der punktiert dargestellten Spiralbahnen 16 ausgerichtet
sind. Die Drehrichtung der Spiralbahn ist in der dargestellten Draufsicht
im Uhrzeigersinn und verläuft
damit gegensinnig zur Drehrichtung des Spinnrotors, dessen Drehrichtung
in Zeichenrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn verläuft. Dadurch
wird eine gleichmäßige Verteilung
der Druckluft über
die Lagerfläche
erreicht, und die Luftzufuhrmenge kann noch weiter verringert werden,
selbst wenn der Rotorschaft nach der Erstinstallation zur jungfräulichen
Lagerfläche 7 verkantet
ausgerichtet ist.
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Die
Querschnittsdurchmesser der Mikrolöcher liegen typischerweise
im Bereich von 600 bis 5 Mikrometer. Vorzugsweise von 400 bis 20
Mikrometer. Der kleinste Durchmesser jedes Mikrolochs, der für den Luftdurchsatz
bestimmend ist, liegt beispielsweise im Bereich von 150 bis 10 Mikrometer,
während
der erweitere Querschnitts zur Lagerfläche 7 hin, aus dem
Verunreinigungspartikel leicht entfernt werden können, im Bereich von 400 bis
200 Mikrometer liegt. Die nutzbare Materialtiefe, die während des
Betriebs als Verschleiß abgetragen
wird, liegt typischerweise im Bereich von ca. 0,3 bis 4 mm. Bei
einer dünnen
Ausbildung der Drosselplatte bzw. bei der Verwendung einer Folie
oder dünnen
Platte zur Ausbildung der Mikrolöcher
wird eine Materialstärke
im Bereich von 1 mm bis 100 Mikrometer verwendet.
