DE1575444C3 - Selbstzentrierendes Umlauf-Druck -Iager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein selbstzentrierendes Umlauf-Drucklager gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind zahlreiche Vorrichtungen bekannt, bei denen Lager zur Übertragung einer Kraft zwischen zwei sich relativ zueinander drehenden Teilen nötig sind. Ein Beispiel eines solchen insbesondere für M instrumente bestimmten Lagers ist in der deutsci Patentschrift 344627 beschrieben. Bei dieser kannten Konstruktion eines Kugeldrucklagers ist e polierte Stahlkugel von einer Art Käfig umschlos und stützt ein beweglich zu lagerndes Schaftende gen eine ruhende polierte Lägerfläche am Käfiggri ab. Das zur Lagerfläche parallel liegende fla Schaftende ist ebenfalls eine harte, polierte Fläc

ίο Ähnliche Lageranordnungen sind in der deutsci Patentschrift 48 694 sowie in den USA.-Patentsch ten 405 559 und 679 078 beschrieben. Derartige : ger nützen sich leider meist schneller als erwüns ab, insbesondere wenn die Vorrichtung im Dauer trieb oder mit hohen Drehzahlen arbeiten muß ο beides und haben eine verhältnismäßig hohe Gesa; reibung. Der Grund dafür besteht darin, daß die ; lierte Stahlkugel praktisch immer außerzentrr läuft und dann in Gleit-Rollberührungskontakt

ao der Käfigwand einerseits und in Rollberührurigsk takt mit den beiden Lagerflächen andererseits st Insbesondere der Andruck und Gleit-Rollber rungskontakt mit der Käfigwand ist völlig ungle: mäßig und führt bei höheren Drehzahlen verhält mäßig rasch zu einer insbesondere ungleichmäßi Abnützung der Käfiginnenwand, zu einem unglei mäßigen Bremsmoment auf die Drehachse zwisc den beiden Lagerflächen und auch zu zusätzlic Reibung, nicht zuletzt wegen des entstehenden M:

rialabriebs. Aus diesen Gründen sind die Lager η dem genannten Stand der Technik auch nur für \ gleichsweise niedrige Drehzahlen geeignet, beispi weise das Lager nach der deutschen Patentsch 344 627 für die Anwendung in Elektrizitätszähler^ Ein Beispiel für eine sich ständig mit hoher Dr zahl drehende Lagervorrichtung ist mit der in USA.-Patentschrift 2 930 231 offenbarten Dur satz-Integriervorrichtung bekanntgeworden. D Vorrichtung weist eine ein Unwuchtgewicht in E hung setzende Turbine auf, wobei das Gewicht ; entsprechende Zentrifugalkraft erzeugt, die auf 1 im wesentlichen vorrichtungsfeste auswuchtb Kraftleiste übertragen wird. Die Kraftübertragung folgt dabei über eine lange dünne Stange, die an ren Enden in Lagern der beschriebenen Art gela ist, beispielsweise in einer als »Endstein-R. stein«-Lager bekannten Konstruktion. Die Stange verhältnismäßig lang, um Winkelfehler insbesonc von Dimensionsfehlern in der Relativausrichtung Endlager zu vermindern. Eine derartige Anordn neigt jedoch selbst bei dieser Ausbildung zu sehn ι rem Verschleiß als im Hinblick auf die Lebensd; einer zugeordneten Gesamt- bzw. Meßvorricht erwünscht ist.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugru: ein Umlauf-Drucklager insbesondere für eine wendung in einer Integriervorrichtung nach de der USA.-Patentschrift 2 930 231 beschriebenen zu schaffen, das geringere Reibung und insbeson nicht mehr die beschriebenen Abnützungserscheii gen der Lager nach dem Stand der Technik aufv und mit dem sich zusätzlich eine kippmoment Lagerung einer drehenden Achse oder Stützst. gegenüber einer Lagerfläche erreichen läßt.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich durcl: im Kennzeichen des Patentanspruchs I angegeb Maßnahmen, durch die eine Selbstzentrierung Kugel des Kugeldrucklagers erreicht wird. Vo

hafte weitere Ausgestaltungen dieses Erfindungsge- Im Betrieb wird das Turbinenrad 14 durch einen

dankens sind in den Unteransprüchen gekennzeich- Druckluftstrom in Drehung versetzt, wobei die durch

net. die Gewichte 24 a, 24 b erzeugte Zentrifugalkraft

Die Erfindung ist im folgenden in Anwendung auf eine aufwärts gerichtete Kraft gegen den Napf 30

eine Vorrichtung nach der erwähnten USA.-Patent- 5 ausübt. Diese Kraft wird durch die Kugel 34 und die

schrift 2 930231 unter Bezug auf die Zeichnungen in Stange 38 auf die Kraftleiste 40 übertragen, wobei

beispielsweisen Ausführungsformen beschrieben. Es letztere über eine in der eingangs genannten USA.-

ist jedoch zu bemerken, daß die Erfindung keines- Patentschrift beschriebene Düsen-Klappeneinrich-

wegs auf diesen Anwendungsfall beschränkt ist. Es tung den Druckluftstrom zur Turbine steuert, so daß

zeigt ίο deren Drehgeschwindigkeit der Durchsatzmenge des

F i g. 1 eine zur Darstellung der von der umlaufen- zu messenden Fluidums unmittelbar proportional ist.

den Turbine getragenen erfindungsgemäßen Druck- Die Turbine läuft mit Drehzahlen von bis zu etwa

lageranordnung teilweise weggebrochene Seitenan- 3000 U/min um und erzeugt in der Stange 38 eine

sieht einer Durchsatz-Integriervorrichtung, Kraft in der Größenordnung von 45 bis 454 g.

Fig.2 einen Schnitt durch die Lagerkonstruktion, 15 Im Betrieb der Vorrichtung hat.es sich gezeigt, in vergrößertem Maßstab, und daß sich die Kugel 34 selbsttätig über der Drehachse : F i g. 3 einen F i g. 2 ähnelnden Schnitt durch eine der Turbine 14 zentriert, vorausgesetzt, daß sich die abgewandelte Ausführungsform der Erfindung. Anfangsstellung der Kugel nicht zu weit von dieser Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung weist eine Achse entfernt befindet. Bei der vorstehend beschrie-Basis bzw. einen Sockel 10 auf, die bzw. der einen ao benen Vorrichtung erfolgt diese Selbstzentrierung die betrieblichen Teile umgebenden mantelartigen mit einer anfänglichen radialen Versetzung um min-Deckel 12 trägt. Zu diesen betrieblichen Teilen zählt destens etwa 0,25 mm, obgleich diese spezielle Vereine drehbar angetriebene Luftturbine 14, die auf Setzungsstrecke nicht als kritische Grenze betrachtet einer lotrechten Welle 16 sitzt, welche ihrerseits in wird. Der Napf 30 dient in erster Linie dazu, zu genicht dargestellten herkömmlichen Lagern um ihre 25 währleisten, daß sich die Anfangsstellung der Kugel, Achse herum drehbar gelagert ist. An der Oberseite d. h. ihre Lage beim Anlassen der Vorrichtung, indes Turbinenrads ist eine Tragplatte 18 mit hoch- nerhalb des radialen Versetzungsbereichs befindet, i gebogenen Außenenden 20 α und 20 b befestigt. bei welchem eine automatische Selbstzentrierung der ¹ An den hochgebogenen Enden 20 a, 20 b sind je Kugel sichergestellt wird. Im Betrieb berührt der ^[ ein Quer-Biegestück 22 α bzw. 22 b zur schwenkba- 30 Napf weder die Kugel noch begrenzt oder ändert er j ren Lagerung je eines L-förmigen Hebelarms 24 α ihre Bewegungen in irgendeiner Weise, obgleich sein j bzw. 24 b angebracht. Jeder Hebelarm weist einen Vorhandensein das Bedienungspersonal vor Verletaufwärts abstehenden, als Gewicht dienenden Teil zungen durch eine herausgeschleuderte Kugel sichert. auf, der eine Zentrifugalkraft um die durch die Über- Obgleich noch keine völlig zufriedenstellende Er- ! schneidungsstelle der beiden biegsamen Streifen des 35 klärung für die selbstzentrierende Wirkung der Kugel betreffenden Biegestücks festgelegte Achse herum zu 34 gefunden werden konnte, scheint es offensichtlich erzeugen vermag. Das Hebelarmmoment jedes Ge- zu sein, daß infolge der unterschiedlichen Eigen- ; wichts ist mittels einer Gewindemutter 26 a, 26 b ein- schäften der einander gegenüberliegenden, mit der \ stellbar. Die einwärts gerichteten Abschnitte der Kugel in Berührung stehenden ebenen Berührungs- !Arme 24 a, 24 6 sind an einem im wesentlichen 40 flächen der Glieder 32 und 36 eine einwärts gerich- !U-förmigen Tragglied 28 befestigt, dessen lotrechte tete Radialkraft auf die Kugel ausgeübt wird. ;
Schenkel biegsam sind, so daß sie eine geringfügige Es ist möglich, daß die selbstzentrierende Wirkung Schwenkbewegung der Hebelarme 24 a, 24 b um die vom Unterschied in der Nachgiebigkeit der beiden betreffenden Quer-Biegestücke herum zulassen^ Flächen 32 und 36 herrührt. In dieserrHinsicht Wie auch aus F i g. 2 hervorgeht, trägt das Trag- 45 wurde festgestellt, daß die Kugel, wenn sie gegenüber glied 28 einen zentral angeordneten zylindrischen der axialen Mitte des Glieds 32 versetzt ist und Napf 30 von kreisförmigem Querschnitt, in dessen durch dieses in Drehung versetzt wird, anscheinend Boden ein kreisförmiges Scheibenglied 32 aus ge- auch eine Rollbewegung durchführt, während sie sich wohnlichem Gummi mit zumindest mäßiger Nachgie- um die Kreisbahn der Drehbewegung herumbewegt bigkeit vorgesehen ist. Das Scheibenglied 32 ist mit 50 und dabei den Gummi in ringförmiger Bahn zusamleichtem Festsitz in den Napf 30 eingepaßt und dreht menzudrücken trachtet. Das zusammengedrückte sich zusammen mit letzterem, wenn die Turbine 14 nachgiebige Material in dieser Eindruckbahn erzeugt umläuft. hinter der Mitte der Kugel, d. h. hinter der lotrechten Die flache Oberseite des Gummi-Scheibenglieds Projektion dieser Mitte auf das Glied 32, eine Ge-32 steht mit einer harten, im wesentlichen perfekt 55 genwirkkraft mit radial einwärts gerichteter Komposphärischen Stahlkugel 34 in Berührung, die eine nente, während der Rest des zusammengedrückten glatte Oberfläche ohne jegliche Unregelmäßigkeiten Materials eine Gegenwirkkraft mit auswärts gerichteaufweist. Bei einer bereits hergestellten Vorrichtung ter Komponente erzeugt. Da diese Eindruckbahn der beschriebenen Art besitzt die Kugel einen Durch- ringförmig ist, ist ihre außerhalb des durch die Bewemesser von etwa 6,35 mm. Mit der Oberseite dieser 60 gung der lotrechten Projektions-Mittenachse der Ku-Kugel 34 steht die flache Fläche eines Saphir-Lager- gel, während sie ihre anfängliche Kreisbahn durchglieds 36 in Berührung, das parallel zur flachen läuft, festgelegten Kreises liegende Fläche größer als Oberseite der Gummischeibe 32 angeordnet und am die innerhalb dieses Kreises liegende Räche. Es kann unteren Ende einer Stange 38 befestigt ist, welche ih- somit sein, daß die größere Druckenergie der äußererseits gemäß F i g. 1 starr am Mittelbereich einer 65 ren Fläche eine größere einwärts gerichtete Kraftauswuchtbaren Kraftleiste 40 befestigt ist, die wie- komponente erzeugt, welche danach trachtet, die Kuderum am nicht dargestellten linken Ende um eine gel einwärts in Richtung auf die Drehachse zu verlawaagerechte Achse herum schwenkbar ist. gern.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß auch andere Werkstoffe als Gummi für das Lagerglied 32 verwendet werden können. Beispielsweise gewährleistet eine nachgiebige Korkscheibe ebenfalls die selbstzentrierende Wirkung.

Es bestehen gewisse Anzeichen dafür, daß die Differentialwirkung zwischen den beiden Gliedern 32 und 36 eine Wirkung hervorbringt, die von den unterschiedlichen Reibungskoeffizienten dieser beiden Glieder abhängt. Ein gewisser Schlupf der Kugel an der Stelle, an welcher sie mit der Saphirfläche des Glieds 36 in Berührung steht, scheint aus den vorstehenden Beobachtungen offensichtlich zu sein. Sobald jedoch die Kugel den Drehmittelpunkt erreicht hat, dreht sie sich anscheinend mit dem nachgiebigen Gummiglied 32 mit, so daß die aktive Lagerungsberührung zu diesem Zeitpunkt zwischen der Kugel und dem Saphirglied 36 besteht. Da zwischen der Kugel und dem unteren Lagerglied 32 keine Relativbewegung vorhanden ist, tritt im Betrieb auch kein nennenswerter Verschleiß an letzterem auf. Das Saphirglied 36 erleidet ebenfalls keinen nennenswerten Verschleiß, da es in der Lage ist, die Berührung mit einer sich ohne Kreisbewegung oder andere Bewegungsunregelmäßigkeiten an einer Stelle drehenden Kugel über lange Zeiträume hinweg auszuhalten.

F i g. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines selbstzentrierenden Drucklagers mit den Merkmalen der Erfindung. In diesem Fall besteht das obere Lagerglied 36 a aus mäßig nachgiebigem Gummi und ist an einer vorrichtungsfesten Stange 38 α angebracht, während das untere Lagerglied 32 a ein in einen umlaufenden Napf 30 α eingesetztes Saphirglied ist. Die Kugel 34 α ist dieselbe wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2.

Wenn die Kugel 34 a in eine gegenüber der Drehachse des Napfs 30 α versetzte Stellung gebracht wird und sich der Napf mit verhältnismäßig hoher Drehzahl dreht, verlagert sich die Kugel radial einwärts in Richtung auf den Drehmittelpunkt. Wie im vorher beschriebenen Fall tritt diese Bewegung nur dann auf, wenn sich die Kugel anfänglich innerhalb eines bestimmten Abstands vom Mittelpunkt befindet; anderenfalls trachtet die Kugel bei sich drehendem Napf danach, radial auswärts zu wandern. Auf Grund von Versuchen besteht ein gewisser Hinweis darauf, daß die Kugel bei dieser Ausführungsform der Erfindung zur Erzielung der Selbstzentrierung anfänglich etwas näher an der Mitte angeordnet sein muß als bei der Anordnung gemäß F i g. 2. ·

In jedem Fall zeigen die Lager gemäß den Fig. 2 und 3 eine selbstzentrierende Wirkung, die eine automatische Ausrichtung der betreffenden Lagerteile auf die Drehachse gewährleistet. Ersichtlicherweise erzeugt die Differentialwirkung der beiden aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehenden Lagerflächen, welche der Berührung mit der Kugel unterschiedliche Eigenschaften entgegensetzen, eine einwärts gerichtete Radialkraft. Wenn diese Kraft größer ist als die auf die Kugel einwirkende Fliehkraft, die ihrerseits dem Umlaufradius der Kugel proportional ist, so bewegt sich die Kugel einwärts in Richtung auf den Drehmittelpunkt, wo sie im weiteren Betrieb der Vorrichtung verbleibt.

Diese selbstzentrierende Wirkung ist besonders deshalb vorteilhaft, weil sie eine geringen Verschleiß gewährleistende Lagerausrichtung bietet. Außerdem erfolgt diese Ausrichtung selbsttätig, so daß die Notwendigkeit für eine Bearbeitung mit engen Toleranzen während der Herstellung oder Einstellung der Vorrichtung entfällt.

Obgleich vorstehend bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Einzelheiten erläutert sind, ist darauf hinzuweisen, daß die vorstehende Offenbarung lediglich der beispielhaften Veranschaulichung und Erläuterung der Erfindung dienen soll, damit ihre Prinzipien verständlich sind und in verschiedenster Form dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden können, ohne daß dabei de: Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Selbstzentrierendes Umlauf-Drucklager, bestehend aus zwei Lager-Berührungsgliedern mit einander zugewandten, parallelen ebenen Flächen, von denen das eine Glied um eine senkrecht zu den ebenen Flächen verlaufende Achse herum drehbar gegenüber dem anderen Glied gelagert ist, und einer zwischen die beiden Flächen eingesetzten, mit ihnen in Berührung stehenden Kugel, die eine längs der Drehachse einwirkende Schubbzw. Druckbelastung aufzunehmen vermag, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flächen (32, 36) aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Berührungseigenschaften gegenüber der Kugel (34) bestehen und eine Differentialwirkung entwickeln, die eine gegen die Drehachse (16) gerichtete Kraft an der Kugel erzeugt, wenn die Kugel nicht über der Drehachse zentriert ist und durch Drehung des einen Glieds (30 bzw. 38) gegenüber dem anderen (38 bzw. 30) um die Drehachse herum in Drehung versetzt wird.

2. Umlauf-Drucklager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flächen (32, 36) aus Werkstoffen unterschiedlichen Nachgiebigkeitsgrads bestehen.

3. Umlauf-Drucklager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Fläche aus nachgiebigem und die andere Fläche aus nicht nachgiebigem Werkstoff besteht.

4. Umlauf-Drucklager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nachgiebige Werkstoff Gummi ist.

5. Umlauf-Drucklager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die nachgiebigere Fläche aufweisende Glied drehbar gelagert ist, während das andere Glied vorrichtungsfest ist.

6. Umlauf-Drucklager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebigere Fläche auch einen höheren Reibungskoeffizienten besitzt als die andere Fläche.

7. Umlauf-Drucklager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flächen (32, 36) aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Reibungskoeffizienten bestehen/

8. Umlauf-Drucklager nach Anspruch 7, da-. durch gekennzeichnet, daß die eine Fläche aus einem mäßig nachgiebigen Werkstoff mit höherem Reibungskoeffizienten als die andere Fläche besteht.

9. Umlauf-Drucklager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (34) aus einem harten Werkstoff besteht und eine glatte Außenfläche aufweist.