EP1948948A1 - Gaslager - Google Patents

Gaslager

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Publication number
EP1948948A1
EP1948948A1 EP06807142A EP06807142A EP1948948A1 EP 1948948 A1 EP1948948 A1 EP 1948948A1 EP 06807142 A EP06807142 A EP 06807142A EP 06807142 A EP06807142 A EP 06807142A EP 1948948 A1 EP1948948 A1 EP 1948948A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
channels
bearing according
gas bearing
piston
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06807142A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mario Bechtold
Bernd Gromoll
Stefan Nunninger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP1948948A1 publication Critical patent/EP1948948A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0629—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a liquid cushion, e.g. oil cushion
    • F16C32/064—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a liquid cushion, e.g. oil cushion the liquid being supplied under pressure
    • F16C32/0651—Details of the bearing area per se
    • F16C32/0659—Details of the bearing area per se of pockets or grooves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C29/00—Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/02—Sliding-contact bearings
    • F16C29/025—Hydrostatic or aerostatic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10—Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025—Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/106—Details of distribution or circulation inside the bearings, e.g. details of the bearing surfaces to affect flow or pressure of the liquid

Definitions

  • the invention relates to a gas bearing according to the preamble of claim 1.
  • Gas bearings in particular air bearings, with a number of microdusen or cylinder surfaces made of porous material are known from the prior art. Such gas bearings use a gas flow to support the piston.
  • gas bearings are microdusen with diameters of about 25 microns to 40 microns in the cylinder wall. Possibly.
  • the cylinder wall may be made porous of sintered material. In order to keep the losses low, these nozzles are made as small as possible. These small nozzles are sensitive to dirt.
  • the invention relates to a gas bearing with channels on the walls of the elements, wherein by the gas guide in the E lemente loss reduction is achievable and advantageously a countercurrent principle for reducing the mass flow and recycling the storage gas is used in the compression space.
  • a targeted gas guidance takes place with utilization of the dead volume, i. Residual gas in the compression chamber, for low-loss gas storage, as channels with or without nozzles on the cylinder wall or aufv the piston are available.
  • the channels may pass or be over part of the cylinder surface.
  • Channels that are continuous from top dead center operate as long as the pressure in the compression chamber is higher than the ambient pressure. Channels that run from top dead center down to nozzles, the flow first flow from the compression chamber into the gas reservoir of the nozzle and with reverse pressure difference from the gas reservoir in the compression chamber. These two variants use the work, which is in the dead volume, for gas storage, the second variant even to fill the gas reservoir for the camp.
  • the effect of the countercurrent is additionally added. Over a large working range of the piston stroke, the gas flow is opposite to the movement. As a result, the resulting different coefficient of friction can be used.
  • a third variant of the channels leads from the nozzles to the Never derdruckseite. Here is a permanent flow.
  • Figure 1 shows a longitudinal section through a usable for the new gas storage base element and Figure 2 is a section along the line II-II in Figure 1.
  • a gas space 1 is surrounded by a hollow cylindrical base element 10 with cylinder axis I.
  • the gas space 1 serves as a compression space for a piston, not shown in the figures.
  • the four channels 11 to H '" are arranged on the inner wall of the hollow cylinder such that a rectangle is formed in the top view according to FIG.
  • nozzle channels 12, 12 ' present, which are connected via nozzles 13, 13' with a gas reservoir 15.
  • the inner wall of the hollow cylinder 10 can be patterned to be in the bearing gap, i. Gap between inner wall and piston to achieve a turbulent flow and reduce the mass flow.
  • the channels 11, 12 have a semicircular cross-section.
  • Fig. 1 the channels are shown straight. In order to achieve an optimum between path and flow resistance, Kings NEN the channels also be executed spiral or wavy. Also crossings of the channels are possible.
  • the through channels can also be attached to the piston wall.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Vom Stand der Technik sind Gaslager bekannt, die zur Lagerung eines Kolbens eine Gasströmung verwenden. Dazu sind Mikrodüsen in der Zylinderwand eines zylindrischen Elementes vorhanden. Solche Mikrodüsen sind verschmutzungsanfällig. Gemäß der Erfindung befinden sich an der Innenfläche des Grundelementes zur Zylinderachse parallele Kanäle (11, 12), wobei ein Teil der Kanäle (11) zur Gasversorgung durch den Kompressionsraum und ein anderer Teil der Kanäle (12) mit dem Gasreservoir verbunden ist.

Description

Beschreibung
Gas lager
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gaslager gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Vom Stand der Technik sind Gaslager, insbesondere Luftlager, mit einer Anzahl von Mikrodusen bzw. Zylinderflachen aus po- rosem Material bekannt. Solche Gaslager verwenden eine Gas- stromung zur Lagerung des Kolbens. Bei bekannten Gaslagern befinden sich Mikrodusen mit Durchmessern von ca. 25 μm bis 40 μm in der Zylinderwand. Ggf. kann die Zylinderwand porös aus Sintermaterial ausgeführt sein. Um die Verluste gering zu halten, werden diese Düsen möglichst klein ausgeführt. Diese kleinen Düsen sind allerdings schmutzempfindlich.
Bei hohen Querkraften ist eine starke Strömung notwendig, um eine Berührung des Kolbens mit der Zylinderwand und damit ei- nen Verschleiß zu vermeiden. Diese Lagerstromung fuhrt zu druckabhangigen Verlusten. Dies ist bei selbstversorgenden Kompressorgaslager kritisch, da der Kompressionsdruck im Arbeitsbereich z.B. zwischen 3 bar und 12 bar schwanken kann und somit starke Stromungsverluste bei hohen Kompressionsdru- cken den Wirkungsgrad verschlechtern.
Von Ollagern ist weiterhin das Laserhonen der Grenzflachen bekannt. Hierbei werden nach dem Bearbeiten der Oberflache Bahnen in die Oberflache eingebracht. Diese Bahnen verringern bei Ollagern die Reibung um bis zu 50 %. Dort wird also bereits eine Oberflachenbearbeitung genutzt, um Kanäle in die Zylinderoberflache einzubringen und zur Olfuhrung einzusetzen .
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Gaslager zu schaffen. Es wird hierzu diese bekannte Oberflachentechnik genutzt, um eine effiziente Gasfuhrung zu er- reichen .
Die Aufgabe ist erfindungsgemaß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelost. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteranspruchen angegeben.
Gegenstand der Erfindung ist ein Gaslager mit Kanälen auf den Wandungen der Elemente, wobei durch die Gasfuhrung in den E- lemente eine Verlustreduzierung erreichbar ist und vorteil- hafterweise ein Gegenstromprinzip zur Reduktion des Massestroms und Rückführung des Lagergases in den Verdichtungsraum genutzt wird.
Bei der Erfindung erfolgt eine gezielte Gasfuhrung mit Aus- nutzung des Totvolumens, d.h. Restgas im Kompressionsraum, zur verlustarmen Gaslagerung, da Kanäle mit oder ohne Düsen auf der Zylinderwandung oder auch aufv dem Kolben vorhanden sind. Die Kanäle können durchgehen oder über einen Teil der Zylinderoberflache ausgeführt sein.
Kanäle, die vom oberen Totpunkt durchgehend ausgeführt sind, arbeiten, solange der Druck im Kompressionsraum hoher als der Umgebungsdruck ist. Kanäle die vom oberen Totpunkt bis auf Düsen fuhren, fuhren die Strömung zuerst vom Kompressionsraum ins Gasreservoir der Düsen und bei umgekehrtem Druckunterschied vom Gasreservoir in den Kompressionsraum. Diese beiden Varianten nutzen die Arbeit, welche im Totvolumen steckt, zur Gaslagerung, die zweite Variante sogar zum Befullen des Gasreservoirs für das Lager.
Bei der zweiten Variante kommt zusatzlich der Effekt der Gegenströmung hinzu. Über einen großen Arbeitsbereich des Kolbenhubes ist der Gasstromung entgegengesetzt zur Bewegung. Hierdurch kann der sich dadurch ergebende unterschiedliche Reibkoeffizient genutzt werden.
Eine dritte Variante der Kanäle fuhrt von den Düsen zur Nie derdruckseite . Hier liegt eine permanente Strömung vor.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei- spielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen
Figur 1 einen Längsschnitt durch ein für das neue Gaslager verwendbaren Grundelement und Figur 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Figur 1.
Die beiden Figuren werden nachfolgend gemeinsam beschrieben. Der Aufbau und die Funktion eines Gaslagers mit Kompressionsraum und Gasreservoir werden als vom Stand der Technik vorbe- kannt vorausgesetzt.
In den Figuren ist ein Gasraum 1 von einem hohlzylindrischen Grundelement 10 mit Zylinderachse I umgeben. Der Gasraum 1 dient als Kompressionsraum für einen in den Figuren nicht dargestellten Kolben. An der Innenwandung des Hohlzylinders
10 befinden sich parallel zur Zylinderachse I vier düsenfreie Kanäle 11, 11', H'', H''' zur Gasversorgung durch den Kompressionsraum. Die vier Kanäle 11 bis H''' sind so an der Innenwandung des Hohlzylinders angeordnet, dass in der Drauf- sieht gemäß Figur 2 ein Rechteck gebildet ist.
Es sind weiterhin zwei Düsenkanäle 12, 12' vorhanden, die über Düsen 13, 13' mit einem Gasreservoir 15 verbunden sind.
Die Innenwandung des Hohlzylinders 10 kann strukturiert werden, um im Lagerspalt, d.h. Spalt zwischen Innenwandung und Kolben, eine turbulente Strömung zu erreichen und den Massenstrom zu verringern. Die Kanäle 11, 12 haben dazu einen halbkreisförmigen Querschnitt.
In der Fig. 1 sind die Kanäle gerade dargestellt. Um ein Optimum zwischen Weg und Strömungswiderstand zu erreichen, kön nen die Kanäle auch spiral- oder wellenförmig ausgeführt sein. Auch Kreuzungen der Kanäle sind möglich.
Abweichend zu Fig. 1 können die durchgehenden Kanäle auch an der Kolbenwandung angebracht sein.
Mit der beschriebenen Anordnung ergeben sich folgende Vorteile:
1) Mit den dusenfreien Kanälen wird das Gas des Todvolumens ohne Düsen, d.h. schmutztolerant, zur Fuhrung des Kolbens im oberen Bereich (Überdruck im Todvolumen) genutzt werden .
2) Wahrend des Ansaugens, bzw. bei einem Kompressionsdruck kleiner als der Dusendruck, wird das Gas über Kanäle mit mindestens einer Düse in den Kompressionsraum - also im Gegenstrom - geleitet. Die Gegenstromtechnik ergibt einen anderen Reibkoeffizienten als eine Strömung in Bewegungsrichtung. Somit kann mit einer geringeren Strömung gearbeitet werden.
3) Beim Komprimieren strömt weiterhin Gas mit der Kolbenbewegung in den Kompressionsraum, bis der Differenzdruck zu gering wird. Ab diesem Zeitpunkt wird das Lager aus dem Kompressionsraum versorgt.

Claims

Patentansprüche
1. Gaslager mit einem hohlzylindrischen Grundelement, in dessen Innenraum ein Gas aus einem Gasreservoir zu- bzw. abführ- bar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Innenfläche des Grundelementes (10) Kanäle (11 bis 11'", 12 bis 12') angeordnet sind, wobei ein Teil der Kanäle (11 bis H''') zur Gasversorgung durch den Kompressionsraum und ein anderer Teil der Kanäle (12, 12') mit dem Gasreservoir verbunden ist.
2. Gaslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Gasführung in den Kanälen (11, 12) eine Verlustre- duzierbarkeit erreichbar ist.
3. Gaslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gegenstromprinzip zur Reduktion des Massenstroms und Rückführung des Lagergases in den Verdichtungsraum genutzt wird.
4. Gaslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gegenstromprinzip zur Reduktion des Massenstroms und Rückführung des Lagergases in das Gasreservoir genutzt wird.
5. Gaslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Gaskanäle (11, 12) die Düsenzahl verringert ist.
6. Gaslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Gestaltung der Kanäle (11, 12) und/oder Oberflächen der Innenwandung des Zylinders (10) eine turbulente Strömung im Lagerspalt zur weiteren Verringerung des Massenstroms er- zeugt wird.
7. Gaslager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskanäle (11, 12) ein halbkreisförmiges Profil haben.
8. Gaslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskanäle (11, 12) zur Zylinderachse (I) parallel eingebracht sind.
9. Gaslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskanäle (11, 12) spiral- oder wellenförmig eingebracht sind.
10. Gaslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Form des hohlzylindrischen Grundelementes und eines zugehörigen Kolbens kreisförmig ist
10. Gaslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrischen Formen des hohlzylindrischen Grundelementes und eines zugehörigen Kolbens eckig, vorzugsweise sechseck- oder achteckförmig, sind.
11. Gaslager nach Anspruch 10 oder Anspruch 10, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Kanäle an der Kolbenwandung angebracht sind.
EP06807142A 2005-11-09 2006-10-11 Gaslager Withdrawn EP1948948A1 (de)

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