DE3001061C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gaslager, bei dem zur Abstützung einer rotierbaren Welle Gas unter Druck aus einer Druckgasquelle einem Lagerspalt zuführbar ist, das Lager zueinander versetzte und zum Lagerspalt hin offene Ringnuten aufweist, ein zu einer Druckgasquelle führender Gasdurchgang vorgesehen ist und die Ringnuten mit dem Gasdurchgang über eine Vielzahl von zueinander versetzt angeordneten Gaszufuhrkanälen verbunden sind, wobei jede Ringnut jeweils von einem Ende des Lagers oder Lagerteils um einen Abstand von etwa 5 bis 15% der gesamten Länge entfernt angeordnet ist.

Ein Lager dieser Art ist aus der Zeitschrift "MACHINE MODERNE", Februar 1970, Seite 20-28 bekannt. Bei dem bekannten Lager ist die Tiefe der Ringnuten sehr viel größer dimensioniert als der Lagerspalt. Bei einer solchen Dimensionierung kann leicht ein Kurzschlußeffekt zwischen dem Bereich mit kleinem Lagerspalt und dem Bereich mit großem Lagerspalt entstehen, mit der Folge, daß die Druckdifferenz zwischen den beiden Bereichen und somit die Tragfähigkeit des Lagers absinkt.

Des weiteren ist aus der US-PS 31 99 931 ein Gaslager bekannt, bei dem die Druckluft über einen ringförmigen Drosselspalt und die Ringnut in den Lagerspalt strömt. Aus der genannten Druckschrift ist des weiteren ein Typ von Gaslager bekannt, das umfangsmäßig verteilte, lokale Zulaufdrosseln für die Druckluft aufweist. Das bekannte Gaslager mit dem ringförmigen Drosselspalt dient vor allem dazu, einen Kreisel so zu lagern, daß durch die Druckluftströmung kein Drehmoment auf diesen ausgeübt wird. Bei dieser Art von Lagern spielt die Frage der Lagerwirksamkeit und die Frage der Lagersteifigkeit nur eine untergeordnete Rolle.

Aus der Druckschrift "INDUSTRIE-ANZEIGER", 94. Jhg., Nr. 99, vom 24. 11. 1972, Seiten 2392-2393 ist es bekannt, daß bei aerostatischen Radiallagern aus porösem Werkstoff ein Tragfähigkeitsmaximun dann erzielt wird, wenn der axiale und der radiale Durchflußwiderstand gleich groß sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gaslager der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich durch hohe Lagerwirksamkeit, hohe Lagersteifigeit, eine geringe Strömungsrate und durch einen kleinen Lagerspalt auszeichnet.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Dimensionierung von Ringnuttiefe und Lagerspalt ist ein Lager geschaffen, das sich durch besonders große Tragfähigkeit und Steifigkeit auszeichnet und das mit einem Lagerspiel von nur wenigen Mikron eingesetzt werden kann, was sich als ganz besonders großer Vorteil ergibt.

Nach einer besonders vorteilhaften, an sich bekannten Ausgestaltung (vgl. Druckschrift "MACHINE MODERNE", a. a. O.) ist vorgesehen, daß die Gaszufuhrkanäle im Umfangsrichtung mit im wesentlichen gleichen Abstand voneinander versetzt angebracht sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lagers;

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Lager gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Lagerwirksamkeit vom Lagerspiel bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, wobei die Tiefe der Ringnuten als Parameter für die verschiedenen Kurvenverläufe gewählt ist;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Lagerwirksamkeit vom Lagerspiel bei dem Beispiel nach Fig. 1, wobei für die verschiedenen Kurvenzüge das Verhältnis von Abstand der im Lagergehäuse vorgesehenen Speise-Endringnuten vom Ende der Lagerfläche zur gesamten Lagerlänge als Parameter gewählt ist;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der radialen Druckverteilung auf der Lageroberfläche, wobei für die verschiedenen Kurvenzüge die Tiefe der Ringnuten als Parameter herangezogen ist;

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagers;

Fig. 7a eine Schnittdarstellung durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagers;

Fig. 7b eine Draufsicht auf die untere Lagerplatte der Anordnung aus Fig. 7a;

Fig. 8 eine Darstellung der Druckverteilungscharakteristik in radialer Richtung auf der Lagerinnenseite;

Fig. 9 einen Längsschnitt durch einen weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagers;

Fig. 10 eine Querschnittsdarstellung (Teilschnitt) durch in einer Radialebene liegende Luftzufuhrkanäle des Radiallagers nach Fig. 9;

Fig. 11 eine Querschnittdarstellung aus Fig. 9 mit einer Ansicht der Führungsfläche des Lagers;

Fig. 12 einen Längsschnitt durch einen Abschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagers und

Fig. 13 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes Lager.

In den Fig. 1 und 2 sind eine Welle 11, ein Lager 12 sowie schmale Ringnuten 13 gezeigt, die sich kreisförmig erstrecken und jeweils eine geschlossene Ringnut in der Lagerfläche ausbilden. Die Ringnuten 13 sind jeweils an Stellen angeordnet, die von den entsprechenden, einander gegenüberliegenden Lagerenden in einem Abstand L₁ entfernt sind, der seinerseits etwa 5 bis 15% der Gesamtlänge L des Lagers ausmacht. Jede Nut weist eine Tiefe g einer Größe von etwa dem 1,5- bis 6fachen des Lagerspieles auf. Weiterhin sind Luftzufuhrbohrungen 14 kleinen Durchmessers vorgesehen, die zu den Radialnuten hin offen und über eine Luftkammer 15 mit einer Preßluftquelle 16 verbunden sind. Die Anzahl der Luftzufuhrkanäle bzw. -öffnungen 14 wird so ausgewählt, daß sie kleiner ist als die der bekannten Gaslager. Die Druckluft, die von der Druckluftquelle 16 angeliefert wird, fließt in die engen Ringnuten 13 unter Zwischenschaltung der Luftkammer 15 und der Luftzufuhrkanäle 14. Die auf diese Weise zugeführte Druckluft fließt durch die Nuten 13 in die Umfangsrichtung des Lagers und dann durch das Lagerspiel nach außen. Vorteilhafterweise wird der Durchmesser der Luftzufuhrkanäle so klein wie möglich ausgeführt, z. B. kleiner als 0,1 mm, und ihre Anzahl zu drei oder vier gewählt. Bei der in Fig. 2 gezeigten Form werden drei Luftzufuhrkanäle 14 eingesetzt, die im Winkel zueinander mit im wesentlichen gleichen Winkelabständen angeordnet sind.

Der optimale Betriebspunkt des hydrostatischen Lagers wird dann erreicht, wenn der Strömungswiderstand R₁ eines Durchgangs von der Luftkammer 15 zu der Lageroberfläche über die Luftzufuhrkanäle 14 und die engen Speisenuten 13 gleich dem Strömungswiderstand R₂ eines Durchgangs im Lagerspiel zwischen den seitlichen Kanten der Nuten und den Lagerenden wird. Der Strömungswiderstand R₁ ist umgekehrt proportional dem Quadrat des Durchmessers d der Öffnungen der Luftzufuhrkanäle und deren Anzahl, wogegen der Strömungswiderstand R₂ umgekehrt proportional der dreifachen Potenz des Lagerspiels Cr (das in Fig. 2 zur Darstellung einer exzentrischen Lage des Wellenbundes 11 übertrieben starkt gezeigt ist) und proportional der Ausströmlänge L₁, der Durchmesser d der Luftzufuhrkanäle 14 und deren Anzahl werden so klein wie möglich gewählt, um eine Bedingung R₁ ≈ R₃ für ein kleineres Lagerspiel Cr zu erfüllen. Wie vorstehend beschrieben, wird erfindungsgemäß die Ausströmlänge L₁ klein gewählt, um den Ausströmwiderstand zu begrenzen, und die Anzahl der Luftzufuhrkanäle 14 wird verkleinert, um den Widerstand gegen die Luftströmung zu erhöhen, wodurch der Einströmwiderstand (R₁) und der Ausströmwiderstand (R₂) zur Erzielung der optimalen Betriebsbedingung gleich groß werden.

In den Fig. 3 und 4 ist der Verlauf der Lagerwirksamkeit un des Lagerspieles Cr für einen Durchmesser der Luftzufuhrkanäle von 0,1 mm für eine Anzahl von drei Luftzufuhrkanälen sowie für ein Verhältnis der Lagerlänge zum Lagerdurchmesser (L/D: vgl. Darstellungen aus Fig. 1) = 1 dargestellt. Im speziellen zeigt Fig. 3 den Verlauf der Lagerwirksamkeit über dem Lagerspiel für die Werte L₁/L = 0,5 und für einen Druck der zugeführten Druckluft von 1 kg/cm², wobei die Nuttiefe g der Ringnuten 13 als Parameter für die verschiedenen Kurvenverläufe gewählt ist. Die optimale Tiefe für die Ringnuten 13 liegt bei etwa 4fachen des Wertes für das Lagerspiel Cr, während das optimale Lagerspiel etwa 7 µm beträgt, bei welchem Wert eine Lagerwirksamkeit von etwa 0,7 erzielt werden kann. Selbst wenn die Tiefe der Ringnut 13 und das Lagerspiel leicht von ihren optimalen Werten unterschiedlich sind, nimmt die Lagerwirksamkeit noch immer nicht in einem merklichen Maße ab. Wenn das Verhältnis L/D auf Werte von ²/₃ und ½ abgesenkt wird, dann steigt die maximale Lagerwirksamkeit auf 0,8 bzw. 0,85 an. In Abhängigkeit von dem Druck der zugeführten Druckluft schwankt das optimale Lagerspiel etwas, z. B. für Werte des Luftdrucks der zugeführten Druckluft von 5 kg/cm² und von 0,1 kg/cm², liegt das optimale Lagerspiel bei ca. 5 bzw. 9 µm.

In Fig. 4 ist der Kurvenverlauf der Abhängigkeit der Lagerwirksamkeit vom Lagerspiel Cr für den Fall eines Ausgangsdruckes von 0,1 kg/cm² für die zugeführte Druckluft, für einen Durchmesser von 0,1 mm für die Luftzufuhrkanäle und für das Verhältnis L₁/L als Parameter wiedergegeben. Es kann festgehalten werden, daß eine Veränderung des Wertes des Verhältnisses L₁/L auch eine Veränderung der optimalen Tiefe für die Ringnuten bewirkt, um jeweils eine Maximierung des Wertes für die Lagerwirksamkeit zu erhalten. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß L₁/L kleiner als 0,1 gewählt werden sollte, um das Lagerspiel unter 10 Mikron abzusenken. Allerdings ist dabei zu beachten, daß der Wert von L₁/L, der diese Bedingung erfüllt, ansteigt, wenn der Ausgangsdruck der zugeführten Druckluft vergrößert und der Durchmesser der Luftzufuhrkanäle verkleinert wird.

Zum besseren Verständnis des Vorhandenseins einer optimalen Ringnuttiefe, bei der die Lagerwirksamkeit maximal ist, soll die Abhängigkeit der Umfangsdruckverteilung des Lagers von der Nutentiefe untersucht werden: in Fig. 5 ist zu diesem Zweck die Abhängigkeit des Druckes über dem Lagerschalenumfang (der als abgewickelter Umfangswinkel ϕ dargestellt ist,) die durch die Exzentrizität des Wellenbundes 11 erzeugt wird, von der Tiefe g der ringsumlaufenden Ringnut 13 gezeigt, wobei die Breite der Ringnut zu 1 mm und die Anzahl der Luftzufuhrkanäle zu drei gewählt ist. In der Darstellung von Fig. 5 wird mit P _z des zugeführten Druckgases, mit MAX, Cr die maximal auftretende Lagerspaltbreite (Lagerspiel bei ϕ = 0°) und mit MIN, Cr die minimal auftretende Lagerspaltbreite (min. Lagerspiel bei ϕ = 180°) bezeichnet. Wie der Darstellung von Fig. 5 entnehmbar ist, nimmt für den Fall sehr großer Nutentiefen g der Kurzschlußeffekt (Ausgleichseffekt) zwischen den Drücken im Bereich des Lagers, wo infolge der Exzentrizität ein großes Lagerspiel herrscht, und dem Lagerbereich, wo wegen der Exzentrizität ein engeres Lagerspiel auftritt, stark zu, d. h. die Druckdifferenz zwischen dem Winkelbereich -90° < ϕ < 90° und dem Bereich 90° < ϕ < 270° nimmt so stark ab, daß die Tragfähigkeit des Lagers absinkt. Aus diesem Grund gibt es einen optimalen Wert für die Nutentiefe g der Ringnuten, bei dem die Lagerwirksamkeit maximal ist.

Bezeichnet man das Lagerspiel (Lagerspaltbreite) mit Cr, den Lagerdurchmesser mit D, die Anzahl der Luftzufuhrkanäle mit n, die Weite der Ringnut mit b und den Abstand zwischen der dem zugehörigen Lagerende am nächsten liegenden Außenseite der Ringnut und diesem Lagerende mit L₁, dann läßt sich die optimale Nutentiefe g ungefähr durch folgende Gleichung ermitteln:

Hieraus läßt sich z. B. ein Verhältnis g/Cr ≈ 3 berechnen, wenn D = 28 mm, n = 3, b = 1 mm und L = 3 mm. Ganz allgemein bewegt sich der Wert für das Verhältnis g/Cr in einem Bereich von etwa 1,5 bis 6. Verlagert man die Luftzufuhrbohrungen und die Ringnuten noch weiter an die Lagerenden hin, dann nimmt die Lagerwirksamkeit zu und das optimale Lagerspiel noch ab. Wenn allerdings die Längen L₁ der Abströmung zu gering werden, dann würden Ungenauigkeiten bzw. Fehler in der Anordnung bzw. im Zusammenbau so starke Schwankungen in den Lagercharakteristiken ergeben, daß die Länge L₁ wenigstens 1 mm betragen sollte. Daher sollten die Luftzufuhrkanäle 14 an solchen Stellen angebracht werden, die von den entsprechenden Lagerenden etwa 5-15% der gesamten Lagerlänge entfernt sind.

Wählt man z. B. einen Durchmesser von 30 mm für den Wellenbund, eine effektive Lagerlänge von 50 mm und einen Druck für die zugeführte Luft von etwa 0,07 kg/cm², dann ist es mit einem erfindungsgemäßen Lager möglich, bei einer rotierenden Welle eine Belastung von 700 g bereits durch optimale Gestaltung des Lagers aufzunehmen bzw. abzustützen. Setzt man ein Lager dieser Ausgestaltung für eine rotierende Drehkopf-Aufzeichnungsvorrichtung ein, dann läßt sich diese mit einem Gewicht von weniger als 500 g ausführen: hierdurch ergibt sich ein sehr kompaktes, trotzdem aber funktionstüchtiges und über lange Zeit einsetzbares Gaslager, bei dem sowohl in der Anlauf-, wie auch in der Auslauf-Phase eine kontaktfreie Lagerung der zueinander bewegten Lagerteile vermieden wird und das bei hoher Betriebsdrehzahl (etwa 10 000 bis 30 000 U/min) als hydrodynamisches Lager wirkt, wobei man nur Druckgas relativ geringen Druckes benötigt, so daß ein herkömmlicher Rotationskompressor ohne Notwendigkeit einer Nachschmierung über lange Zeit eingesetzt werden kann.

Fig. 6 zeigt einen Lageraufbau, der sich von dem aus den Fig. 1 und 2 dadurch unterscheidet, daß ein Wellenbund 11′ mit einer Vielzahl von bekannten, in Fischgrätmuster angebrachten Nuten 17 geringer Tiefe eingesetzt ist. Druckluftlager mit solchen geneigten Nuten sind bekannt und werden für den Zweck eingesetzt, um zur Erzeugung eines hydrodynamischen Druckes für die Lagerung des Wellenbundes Außenluft in das Lager bei der Drehung mit hineinzuziehen. Bei herkömmlichen Lagern machte allerdings diese Ausbildung wegen der Berührung von Wellenbund und Lagerschale während der Anlauf- und Auslauf-Phase des Lagers eine Härtung der Lagerschalenoberfläche nötig, wofür z. B. keramische Stoffe eingesetzt werden. Hierdurch erhöhen sich jedoch nicht nur die Herstellungskosten für das Lager, sondern es sinkt auch dessen Einsetzbarkeit bzw. Einsatzdauer. Die in Fig. 3 allerdings dargestellte Ausgestaltung eines Druckgaslagers nach der Erfindung macht es möglich, eine Lagerung während der An- und Auslaufphase der Bewegung ohne Kontakt der zueinander bewegten Teile sicherzustellen, was durch intermittierenden Einsatz von Druckluft aus einer so kleinen und funktionssicheren Druckluftquelle wie z. B. einem Turbokompressor möglich ist.

In den Fig. 7a und 7b ist ein Axialdrucklager mit einer Lagerscheibe 22 dargestellt, die zur lagernden Aufnahme eines Stützteiles (d. h. eines abzustützenden Elementes) 21 vorgesehen und entsprechend angepaßt ist. Die Lagerscheibe 22 ist als eine kreisrunde Scheibe ausgeführt und mit einer zentralen Öffnung 29 sowie mit zwei konzentrisch angeordneten Kreisnuten 23 und 24 versehen, deren eine (23) nahe der zentralen Öffnung 29 angebracht ist, während die andere (24) nahe der äußeren Peripherie der Lagerscheibe verläuft. Jede Nut ist mit einer Vielzahl von (in der dargestellten Ausführungsform: drei) in Umfangsrichtung der Nut voneinander versetzt angeordneten Gaszufuhrkanälen 25 versehen, die jeweils mit einer gemeinsamen, als Gasdurchgang ausgebildeten Gas-Rundkammer 26 in Verbindung stehen, die ihrerseits mit einer Druckgasquelle 27 verbunden ist. Das Druckgas wird aus dem Lager nach außen durch den Lagerspalt bzw. das Lagerspiel 28 und durch die zentrale Öffnung 29 wieder abgegeben. Die Kreisnuten 23 und 24 können in derselben Weise wie in den vorstehend bereits beschriebenen Lagerbeispielen ausgeführt werden, mit der Einschränkung, daß die Werte für die Durchmesser der inneren und äußeren Ringnuten 23 und 24 in der weiter oben genannten Formel anstelle des Wertes D eingesetzt werden müssen.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Lager ist die Lagerlänge L relativ klein und der Abstand zwischen den Ringnuten 13 an den beiden Lagerenden kleiner als der Umfangsabstand der Luftzufuhrkanäle 14 (d. h. eine entsprechende Kreisbogenlänge für einen Zentralwinkel von 120°). Bei dieser Anordnung ist die Variation des Druckverlaufes über die Lagerlänge gering, so daß die axiale Druckverteilung mit einem Ansteigen oder mit einer Abnahme des Lagerspiels sich so ändert, wie dies aus den trapezartigen Kurven A und A′ in Fig. 8 ersichtlich ist. Dabei stellt A den axialen Druckverlauf im Hochdruckbereich des Lagers und A′ den Druckverlauf im Niederdruckbereich des Lagers dar. Die ebenfalls in Fig. 8 dargestellten, gestrichelt eingezeichneten Druckverläufe B und B′ ergeben sich für den Fall, der weiter oben bereits näher beschrieben ist und bei dem entweder die Lagerlänge größer als der Lagerdurchmesser oder eine relativ große Anzahl von Luftzufuhrkanälen vorhanden ist (Absenkung des Druckes im Hochdruckbereich des Lagers, Anstieg des Druckes im Niederdruckbereich des Lagers, wegen erhöhtem Strömungswiderstand in axialer Richtung und dadurch erfolgender teilweiser radialer Umlenkung des Druckfluids aus dem Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich).

Bei dem in Fig. 9 dargestellten, als Axial- und Radiallager ausgeführten Gaslager ist dieses Problem gelöst. Bei dem gezeigten Lager ist ein Radiallager relativ großer Lagerlänge mit einem Axialdrucklager, wie dies etwa im Prinzip aus den Fig. 7a und 7b entnehmbar ist, kombiniert. Bei den Darstellungen nach Fig. 9, 10 und 11 ist ein Lagerhauptkörper 32 des Lagers in einer Ringnut aufgenommen, die von einem im Durchmesser verengten Abschnitt 31 a einer Welle 31 und dessen vertikalen Seitenwänden 31 b ausgebildet wird. Die Verbindungsstellen zwischen der radialen Lagerfläche 32 a des Lagerhauptkörpers 32, die eine Erstreckung in Axialrichtung aufweist, und den beiden axialen Druckflächen 32 b, deren jede sich in radialer Richtung erstreckt, sind schräg abgewinkelt, und die abgewinkelten Abschnitte begrenzen an dieser Stelle im Kreis umlaufende Ringkanäle 34, die durch Gasauslaßkanäle 33, die für die rotierende Welle 31 vorgesehen sind, mit der das Lager umgebenden Atmosphäre verbunden sind. Die Ausbildung der beiden Ringkanäle 34 und des Gasauslaßkanales 33 verhindert, daß es zu Interferenzen zwischen dem Radiallager und dem Axiallager kommt.

In der Mitte der radialen Lagerfläche 32 a ist eine Gasauslaß- Ringnut 35 vorgesehen, welche die radiale Lagerfläche 32 a in zwei Einzelflächen aufteilt. Die Ringnut 35 steht in Verbindung mit der Außenseite des Lagers über einen radialen Auslaß 36 in der drehbaren Welle 31. Nahe den Ringkanälen 34 und der teilenden Ringnut 35 sind weitere Ringnuten 37 vorgesehen, deren jede drei Gaszufuhrkanäle 39 kleinen Durchmessers aufweist, die in Umfangsrichtung der Ringgnut voneinander gleichmäßig versetzt angeordnet sind und mit einem Gasdurchlaß 38 im Lagerhauptkörper 32 in Verbindung stehen. Jede axiale Lagerfläche 32 b ist mit Kreisnuten 310 in der Nähe ihrer inneren und äußeren Begrenzungskanten versehen, und jede Kreisnut 310 steht in Verbindung mit dem Gasdurchlaß 38 über drei Gaszufuhrkanäle 311, die in gleichmäßigem Abstand zueinander versetzt sind. Ein als Nippel ausgebildeter Gasdurchlaß 312 ist weiterhin dafür vorgesehen, um den Gasdurchlaß 38 mit der Druckluftquelle zu verbinden. Für eine Lagerkonstruktion, bei der der Gasauslaßkanal 33 geschlossen sein soll, kann auch eine Auslaßöffnung 313 in radialer Richtung (wie in Fig. 11 eingezeichnet) vorgesehen werden.

Das Druckgas, das dem Nippel 312 zugeführt wird, wird von dort aus zu den Spalten zwischen der radialen Lagerfläche 32 a und dem im Durchmesser verengten Abschnitt der Welle 31 sowie zwischen die axialen Lagerflächen 32 b und die vertikalen Seitenwände 31 b am verengten Abschnitt an der rotierenden Welle 31 über den Luftdurchlaß 38 und die Gaszufuhrkanäle 39 und 311 weitergeleitet, um den Lagerdruck zur Abstützung der Welle 31 aufzubauen.

Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform ist die radiale Oberfläche 32 a durch die mit dem Auslaß 36 verbundene Ringnut 35 in zwei Einzelabschnitte aufgeteilt, wobei das Verhältnis des Lagerdurchmessers zur Lagerlänge im wesentlichen kleiner als 1, z. B. ca. 0,5 gewählt ist. Entsprechend der Ausgestaltung dieses Ausführungsbeispiels wird dabei die wirksame Lagerlänge durch die mittlere Ringnut verringert, wodurch sich eine Druckverteilung erzielen läßt, wie diese in den Kurven A und A′ dargestellt ist, um hierdurch die Lagerwirksamkeit zu verbessern. Im allgemeinen ist es dabei von Vorteil, den axialen Abstand der Gaszufuhrkanäle so zu wählen, daß er ungefähr ²/₃ bis ½ der Lagerlänge ausmacht. Ein Abstand von weniger als ½ der Lagerlänge kann die Lagerwirksamkeit nicht verbessern. Will man die Tragfähigkeit des Lagers durch Vergrößerung der Lagerlänge des Radiallagers anheben, dann kann man die radiale Lagerfläche auch in drei oder vier Einzelabschnitte durch Anordnung von zwei oder drei jeweils mit einem Auslaßkanal verbundenen Ringnuten aufteilen. In diesem Fall lassen sich z. B. für jeden Einzelabschnitt der Lagerfläche dann zwei Ringnuten mit verbundenen Luftzufuhrkanälen für die Zuleitung der Druckluft dorthin vorsehen.

Während bei dem in Fig. 9 gezeigten Radiallager die radiale Lagerfläche durch die Ringnut 35 so aufgeteilt wurde, daß sich über einen relativ langen Bereich der Lagerlänge eine im wesentlichen gleichmäßige Druckverteilung erzielen läßt, ist bei einer anderen, in Fig. 12 gezeigten Ausführungsform derselbe Zweck dadurch erreicht, daß die Ringnuten 37 über eine Vielzahl axialer Nuten 314 miteinander verbunden sind, wobei jede dieser axialen Nuten 314 weniger tief als die Ringnuten 37 ausgeführt ist. In Fig. 12 wird mit 31′ die rotierende Lawelle bezeichnet.

Obwohl in den bislang dargestellten Ausführungsbeispielen die Ringnuten in der Lagerschale vorgesehen wurden, ist die Erfindung auf diese Anordnung der Ringnuten durchaus nicht beschränkt. Vielmehr lassen sich die erfindungsgemäßen Vorteile auch durch eine Anordnung der Ringnuten in der Welle erzielen, wie dies in Fig. 13 dargestellt ist: im einzelnen wird dort ein drehbarer Wellenbund 41 eingesetzt, der mit rings um seinen Außenumfang verlaufenden Ringnuten 42 a versehen ist, während die Lagerfläche der Lagerschale mit Luftzufuhrkanälen 44 a versehen ist, die den Ringnuten 43 a gegenüberliegen. Eine Axiallager-Druckplatte 48, die an der Welle befestigt ist (vorzugsweise einstückig mit dieser ausgebildet ist), ist mit konzentrischen Ringnuten 43 b wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7b versehen, und weiterhin sind Luftzufuhrkanäle 44 b in den axialen Lagerflächen der Lagerschale 42 so vorgesehen, daß die den Ringnuten 43 b gegenüberliegen. Die Luftzufuhrkanäle 44 a und 44 b stehen ihrerseits mit einer Luftkammer 45 in Verbindung. Auf dem Wellenbund 41 sind weiterhin Ringnuten 46 angeordnet, die - wie weiter oben beschrieben - wiederum als Teilnuten für die radiale Lagerfläche dienen. Ihnen zugeordnet sind Auslaßkanäle 47 a im feststehenden Lagerkörper vorgesehen, die in die radiale Lagerfläche einmünden. Weiterhin sind in der Axiallager- Druckplatte Auslaßkanäle 47 b zum Verhindern einer unerwünschten Interferenz zwischen den Radial- und Axiallagern vorgesehen.

Beim Einsatz solcher Teilungsnuten, wie sie z. B. bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 und Fig. 13 vorgesehen sind, wird über die Teilungsnuten 37 (Fig. 9) bzw. 43 a (Fig. 13) Druckluft in den Lagerspalt eingelassen, die über den Lagerspalt hinweg mi der aus der jeweils anderen, am anderen Ende desselben Lagerabschnitts vorhanden Ringnut austretenden Druckluft das Druckkissen innerhalb des Lagerspaltes für die betreffende Lager-Teilfläche ausbildet. Der durch das Lagerspiel zwischen den Teilungsnuten 35 bzw. 46 und den ihnen benachbarten Luftzufuhr-Ringnuten 37 bzw. 43 a ausgebildete Zwischenkanal stellt dabei eine Verbindung für aus dem Luftkissen austretende Luft zu den Auslässen 36 bzw. 47 a und damit zur Außenseite des Lagers her, so daß auf diesem Weg wieder Luft aus dem Lager austreten kann.

Claims (4)

1. Gaslager, bei dem zur Anstützung einer rotierbaren Welle Gas unter Druck aus einer Druckgasquelle einem Lagerspalt (Cr) zuführbar ist, das Lager zueinander versetzte, zum Lagerspalt (Cr) hin offene Ringnuten (13) aufweist, ein zu einer Druckgasquelle (16) führender Gasdurchgang (15) vorgesehen ist und die Ringnuten (13) mit dem Gasdurchgang (15) über eine Vielzahl von zueinander versetzt angeordneten Gaszufuhrkanälen (14) verbunden sind, wobei jede Ringnut jeweils von einem Ende des Lagers oder Lagerteils um einen Abstand (L₁) von etwa 5 bis 15% der gesamten Lagerlänge (L) entfernt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verhältnis der Tiefe (g) der Ringnuten (13) zum Lagerspalt (Cr) folgende Beziehungen gelten: g/Cr ≅ [{(π D/2n)²/bL₁}^1/3-1],
1,5 g/Cr 6wobei
Crder Lagerspalt, Dder Lagerdurchmesser, Ndie Zahl der Gaszufuhrkanäle, bdie Breite der Ringnut und L₁die Entfernung zwischen dem Ende des Lagers und der diesem zugewandten Kante der Ringnut ist.

2. Gaslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszufuhrkanäle (14) in Umfangsrichtung mit im wesentlichen gleichem Abstand voneinander versetzt angebracht sind.

3. Gaslager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von schräg zur Wellenachse verlaufenden Nuten (17) in Fischgrätmuster auf der Oberfläche der Welle (11′) angebracht sind.

4. Gaslager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Teilen der inneren Lagerfläche (32 a) wenigstens eine Ringnut (35) vorgesehen ist, die mit einem Auslaß (36) in Verbindung steht, und daß nahe dieser Teilungsnut (35) weitere Ringnuten (37) mit einer Vielzahl von in die jeweilige weitere Ringnut (37) mündenden Gazufuhrkanälen (39) vorgesehen sind.