Elektrische Maschine mit umlaufendem Teil. Bei den bisher bekannten elektrischen Ma schinen sind zur Lagerung des beweglichen, in der Regel drehbeweglielien Teils besondere Bauelemente, meist Wälz- oder Gleitlager, vor gesehen, die getrennt von den elektrisch bzw. magnetisch aktiven Teilen angeordnet sind.
Abweichend hiervon stellen erfindungsge mäss die einander gegenüberliegenden Ober flächen der aktiven, relativ zueinander beweg lichen Teile einer elektrischen Maschine zu gleich die Führungsflächen der Lagerung des umlaufenden Teils dar. Die Flächen können besonders bearbeitet oder durch Schichten aus besonderen Stoffen gebildet sein und während des Laufes der Maschine aufeinander gleiten. Dabei kann zur Verminder-ang der Reibung und zur Zentrier-Ling des umlaufenden Teils in dem Spielraum der Lagerung ein flüssiges oder gasförmiges Schmiermittel vorgesehen sein.
Besonders günstig ist die Anwendung der Erfindung bei raschlaufend en elektrischen Maschinen und dabei wieder in erster Linie bei solchen, an denen keine oder nur gering fügige Belastungen in der Richtung senkrecht zur Drehachse auftreten.
Ein besonderer Effekt, der sieh bei der. Er findung in neuartiger Weise ausnützen lässt, ,sei im folgenden an Hand von Fig. <B>1.</B> erläu tert.
In Fig. <B>1</B> ist<B>11</B> ein Lagerzapfen und 12 die Bohrung eines dazugehörigen Gleitlagers, im Querschnitt gesehen. Bei ruhendem Zapfen wird durch die an ihm angreifende, radial ge richtete Kraft der Schmiermittelfilm zer quetscht, und es besteht eine unmittelbare Be rührung von Zapfen und Bohrung. Dreht sieh aber der Zapfen, so wird das Schmiermittel infolge seiner Adhäsion mitgenommen lind da mit die unmittelbare Berührung von Zapfen und Bohrung aufgehoben.
Dieser Effekt an sich ist bei Gleitlagern und auch bei Segmentspurlagern schon lange bekannt. Beim Gegenstand der Erfindung aber wird er in neuartiger Weise dazu be nützt, den umlaufenden aktiven Teil einer elektrischen Maehine gegenüber dem festste henden aktiven Teil zu zentrieren, das heisst ein -unmittelbares Aneinanderhaften infolge der magnetischen Kräfte ( Kleben ) zu ver meiden und den bei elektrischen Maschinen als Luftspalt bezeichneten Abstand zwi schen dem feststehenden und dem beweglichen Teil,- soweit erforderlich, sicherzustellen.
Das diesen Abstand füllende Medium kann beim Gegenstand der Erfindung eine ähnliche Funktion erfüllen wie das Schmiermittel bei einem Gleitlager. Dieses Medium kann eine Flüssigkeit, aber auch, misbesondere bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten, Luft oder ein son stiges Gas oder eine Mischung aus verschie denen Medien sein. Die durch die Bewegung der Maschine hervorgerufene Bewegung des Schmiermittels bewirkt, wie bereits erwähnt, eine Zentrierung. Die Bewegung der Maschine kann aber auch in einer noch zu erläuternden Art und Weise ein ständiges Nachsaugen des Schmiermittels von aussen her durch besondere öffnLingen bewirken.
Ausserdem kann es zweckmässig sein, den Schmiermittelnachschub noch durch äussern Druck, beispielsweise mit Hilfe von besonderen Schmiermittel-Förder- einrichti.nigen, zu unterstützen.
Das Mass des Abstandes zwischen den rela tiv zueinander beweglichen aktiven Teilen kann einen Bruchteil der hierfür bisher bei elektrischen Maschinen gebräuchlichen Werte betragen. Dadurch lassen sieh die elektrischen Eigenschaften der Maschine erliebüch verbes sern. Ausserdem hat die durch die Erfindung erreichte elastische Zentrierung des umlaufen den Teils gegenüber der bisher gebräuchlichen starren Lagerung eine wesentliche Verbesse rung der Laufeigenschaften zur Folge, besoll- ders bei hohen Drehzahlen.
Um die durch innere Reibmig des Sehmier- mittels auftretende Wärme abzuführen und ausserdem noch zur Kühlung der elektrischen Maschine beizutragen, kann man, wie bereits erwähnt, z. B.
durch eine getrennt angeord nete und direkt von der elektrischen Maschine aus angetriebene Pumpe, für eine hin-rei- chende Es kann Erneuerung aber auch der des umlaufende Schmiermittels aktive sorgen. Teil der Maschine so ausgebildet sein,
dass er in Verbindung mit dem feststehenden Teil eine Beförderung bzw. einen Nachschub des Schmiermittels bewirkt.
Beim Durchla-Lden grosser Drehzahlberei- ehe kann es vorteilhaft sein, einen geeigneten Wechsel des Schmiermittels, z. B. von f.lüssi- geil und gasförmigen Mitteln, vorzusehen.
Die Erfindung ist ebenso bei elektrischen Maschinen mit senkrecht angeordneter Läufer- aelise als auch bei solchen mit waagrecht an geordnetem Läufer anwendbar.
Besonders vorteilhaft kann es sein, die Er findung in Verbindung mit sogenannten Ra dial- oder Scheibenmotoren anzuwenden, das heisst bei Maschinen, bei denen der spaltför mige Raum ( Luftspalt ) zwischen Ständer und Läufer nicht wie üblich konzentrisch, son dern senkrecht zur Läuferaehse liegt. Im folgenden ist die Erfindung an Hand der in den Fig. 2 bis<B>9</B> gezeigten Ausführungs beispielen erläutert.
Fig. 2 zeigt die Ausführung eines nach dem angegebenen Prinzip gebauten Motors. Es bedeuten 21 den Läufer, 22 den in ihm unter gebrachten Käfig,<B>23</B> den Ständer und 24 die Ständerwicklung. Der Deutlichkeit halber ist der Luftspalt bzw. Abstand zwischen Läu fer 21 und Ständer<B>23</B> verhältnismässig gross gezeielm-et, während er gerade bei der nach der vorliegenden Erfindung gebauten Ma schine wesentlich kleiner sein kann als bisher üblich. Die vom magnetischen Hauptfluss durchsetzten, hier zylindrischen Oberflächen von Läufer -und Ständer, die gleichzeitig als Arbeitsflächen eines Gleitlagers wirken, wer den durch geeignete Massnahmen möglichst glatt ausgeführt.
Sie können auch mit einer z usi Uzlichen Schieht eines vorzugsweise nicht ferromagnetisehen Lagermetalles übermgen sein, die zum Beispiel auch von einer darüber- geschobenen Büchse gebildet sein kann.
Die Läuferbohrung ist bei diesem Motor mit senkrechter Achse durch eine Platte<B>25</B> abgeschlossen, die nach dem Prinzip des Seg- mentspurlagers gebaut oder sonst irgendwie so ausgebildet ist, dass ein tragender Schmiermit- telfilm an den Auflagestellen des Läufers auf der Platte zustande kommt.
Durch eine zweckmässig zentral in der Platte angebrachte<B>.</B> Bohrung<B>26</B> tritt<B>-</B> das Schmiermittel ein und tritt oben am Luft- spalb aus.
Der Raum zwischen Platte<B>25</B> und Läufer 21 wirkt gleichzeitig als Zentrilugalpumpe, die die Förderung des Sehmiermittels überneh men oder unterstützen kann. Die Einlialtung der Betriebslage des Läufers kann insbeson dere bei senkrechter, aber auch bei waagrech ter Anordnung dadurch bewirkt werd<B>'</B> en, dass das bei Betrieb vorhandene Magnetfeld den Läufer in Achsrichtung (beim Aasführungs- beispiel also nach oben) verlagert.
Es ist dann nur für eine mechanische Begrenzung der axialen Beweglichkeit des Läufers zu sorgen, durch welche seine Ruhelage im ausgesehalte- ten Zustand des Motors bestimmt wird. Die mechanische Begrenzung kann gleichzeitig auch als Hilfsmittel für die Erleichterung des Anlaufes ausgebildet sein, z. B. Lagerkugeln, die nach dem Anheben des Läufers durch die Magnetkräfte ihren Kontakt mit diesem ver lieren.
Schwierigkeiten beim Anlauf lassen sich, unabhängig von der Art der Ausführungsform im einzelnen, auf verhältnismässig einfache 'Weise, z. B. aueli dadurch vermeiden, dass das magnetische Feld während des Anlaufes ver ringert wird.
In Fig. <B>3</B> ist eine Ausführungsform mit Massnahmen zur Erleichterung des Anlaufes dargestellt. Der Läufer<B>31-</B> und ebenso der Ständer<B>32</B> sind hier konisch gestaltet, und der Läufer<B>31</B> liegt im Ruliezustand auf Kugeln <B>33.</B> Wird nun das magnetische Feld, even tuell zunächst nur schwach, erregt, so rollt der Läufer zunächst auf- den Kugeln; infolge der konischen Form wird der Läufer bei vol ler Erregung mit in an sich bekannter Weise verstärkter Zugkraft in das Hauptfeld hin eingezogen und damit von dem Kugellager ab gehoben. 34 ist eine Schicht aus Lagermitall, z. B. Bronze.
Fig. 4 veranschaulicht noch eine Ausfüh rungsform besonders günstiger Zentrierwir- kung. Der Läufer 41 und der Ständer 4.2 (beide ausschnittsweise dargestellt,), deren Ab stand voneinander beim Gegenstand der Er findung ohnehin verhältnismässig klein sein kann, sind hier an sieh zylindrisch, aber mit konischen Buchsen (Hohlzylindern) 43, 44 überkleidet, die beim Betrieb der Maschine, das heisst in das Hauptfeld hineingezogenem Läufer, mit sehr kleinem Abstand ineinander- laufen. Mittels einer solchen Ausführ-angsform,
lässt sieh beim Hineinziehen des Läufers in das Hauptfeld während des Anlaufes von vornherein eine besonders gute und sichere Einführung bzw. Zentrierung erreichen. Wer den die Buchsen 43, 44 aus ferroma:gnetischem Stoff hergestellt, so lässt sich dadurch eine wesentliche herstellungstechnische, Vereinfa chung gegenüber der vorher beschriebenen A-tisführungsforin (Fig. <B>3)</B> erreichen, da im Gegensatz zu jener einheitliche Schnittwerk- zeuge für die Bleche verwendet werden<B>kön-</B> nen.
Die Buelisen können dann noch einen Überzug bzw. eine Hülse aus nicht ferromagne- tischein Lagermetall erhalten. Die Buchsen können aber unter Umständen auch ganz aus nicht ferromagnetischeni Stoff bestehen, da der Abstand von Läufer 41 und Ständer 42 ohnehin verhältnismässig klein gewählt sein kann.
Ein besonderes, aber nicht ausschliessliches Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfin dung sind die Spinn-, Zwirn- und Spul- spindelantriebe der Textilindustrie.
Es zeigt Fig. <B>5</B> eine nach dem angegebenen Prinzip gebaute Ringspindel, wobei der Spin- delsehaft 54 direkt in den im Schmiermittel während des Betriebes schwimmenden Läxder <B>51</B> eingesetzt ist. Mit<B>53</B> ist der Ständer der Maschine bezeichnet.<B>55</B> ist eine Bodenplatte mit Zuströmöffniing <B>56.</B>
In Fig. <B>6</B> ist die Anwendung der Erfin dung auf einen sogenannten Hängeflügel- ge zeigt. Der durchbohrte Läufer<B>61</B> trägt mit tels eines eingesetzten rohrförmigen Körpers <B>62</B> den Spinnflügel 64.<B>63</B> ist der Ständer der Maschine. Die Schmiermittelzuführung ist hierbei als ringförmiger Kanal<B>66</B> ausgebildet, wobei eine Abdichtung des durch eine Platte <B>65</B> nach unten begrenzten Schmiermittelrau- mes gegenüber dem rotierenden Rohr<B>62</B> durch ein nachgiebiges Mittel, z. B. eine Filz dichtung<B>67,</B> geschaffen ist..<B>68</B> ist der' Spinn faden.
In Fig. <B>7</B> ist ein nach den vorstehend<B>be-</B> schriebenen Grundsätzen gebauter Motor dar gestellt, bei dem der Läufer<B>71</B> gleichzeitig als Spinntopf ausgebildet ist.<B>73</B> ist der Ständer, <B>72</B> eine Zuführungsöffnung für das<B>'</B> Schmier mittel, 74 die Ständerwicklung, <B>75</B> die Boden platte des Schmiermittelraumes. <B>78</B> ist der Spinnladen, der durch ein Führungsrohr<B>79</B> in den Topf einläuft.
Die wiedergegebenen Atisführungen sind nur Beispiele für die vielseitige Anwendbär- keit des Grundgedankens der Erfindung. Sie können insbesondere -unter Auswertung der vielen für Textilspindeln bekanntgewordenen Konstruktionsprinzipien noch weitgehend ab gewandelt werden, z. B. durch Anwendung der schwanken Welle, des hängenden Spinntopfes, der Glockenspindel und anderer mehr.
A-Lieh für ausserhalb des Textilgebietes lie gende Aufgaben<U>kann</U> die Anwendung der neuartigen Konstruktionsprinzipien zweck mässig sein, z. B. für raschlaufende Pumpen und Lüfter. Bei Mehrgleitflächenlagern ist die Lager schale nicht wie sonst eine genaue kreiszylin drische Bohrung, sondern sie ist in mindestens drei oder mehr Gleitflächen aufgeteilt, deren Radien etwas grösser sind als der halbe Durch messer der zylindrischen Lagerschalenboh- rung, Die Ansatzpunkte dieser Radien liegen exzentrisch derart, dass sich zwischen den La gerschalen und der Welle die bekannten Schiniermitteluml,
enkungen im Keilspalt bil den und damit eine Drgickspitze an dieser Stelle entsteht. Durch die Anordnung von drei oder mehr Gleitiläehen wird eine entspre- ehende Anzahl von Drackspitzen entstehen, die die Welle zentrisch lagern -Lmd gleichzeitig, in der Lage sind, durch geringfügiges Auswei chen der Welle beträchtliche Drücke durch Belastung aufzunehmen. Es wird dadurch auch bei hohen Flächenbelastungen ein ein wandfreies Schwimmen der Welle ohne me- talliselle Berührung mit den Lagerschalen möglich.
Die keilförmige Lagerschaleilausführung kann entweder durch verschieden starke Schichten des unmagnetischen Materials bei runder Ausführung der Ständereiseninnen- fläche oder aber durch die unrunde drei- oder mehrflächige Ausarbeitung der Ständereisen- InnenflIehe mit gleichmässig starkem Über zug aus unmagnetischem Material gebildet werden.
Eine derartige Lagerausbildung zwi schen Ständer und Läufer kann sowohl auf der gesamten Lauffläche wie auch nur auf den Randzonen erfolgen, das heisst, dass in der Mitte der Lauffläehe eine grössere konzen trische Aussparung des unmag#etischen Ma terials vorgenommen- wird. Es bilden also in diesem Falle die Randflächen ein Melirgleit- flächenlager. Ausserdem können durch geeig nete Massnahmen diese Randzonen ausserhalb des elektrisch aktiven Luftspaltes, also unter die Wiekelköpfe, gelegt werden.
Fig. <B>8</B> zeigt in schematischer Darstellung einen Motor<B>81,</B> dessen Ständereisen<B>82</B> von einer Schicht<B>83</B> eines Lagermetalles bedeckt sind. Diese Schicht<B>83</B> ist in vier Bereiche auf geteilt, welche acht keilförmige Gleitfliiehen bilden, deren Radien um einen bestimmten Betrag grösser sind als die zylindrische Lager- schalenbohr-Lmg. Es bilden sich dementspre chend vier Spaltverengungen, die jede für sich wie ein gewöhnliches Lager wirken.
Fig. <B>9</B> zeigt eine Ausbildung, bei der der Motor beispielsweise als Pumpenmotor aus gebildet ist und in einer Flüssigkeit läuft. Hierbei sind nur die Randfliiehen 84,<B>85</B> des Ständers und Läufers als Mehrgleitfläehen,- lager ausgebildet.