CH381926A - Kugelstiftlager - Google Patents

Description

      Kugelstiftlager       Die Erfindung bezieht sich auf ein Stiftlager zur  Unterstützung eines schnell um eine senkrechte  Achse drehenden Körpers, z. B. des Rotors einer  Ultrazentrifuge, welcher Körper mit einem in eine  Kugel endenden Stift versehen ist, der in einem kugel  förmigen Hohlraum einer     Stiftlagerpfanne    ruht, wobei  im niedrigsten Punkt dieses Hohlraumes ein Kanal  angeschlossen ist.  



  Bei bekannten     Kugelstiftlagern    dieser Art wird  durch den Kanal hindurch Schmiermittel unter leich  tem Überdruck zugeführt. Es hat sich aber gezeigt,  dass ein solches Lager nach kurzer Zeit versagt. Ge  naue Untersuchungen haben gezeigt, dass die all  gemeine Meinung, dass unter Einfluss der Zentrifugal  wirkung im Lager eine Aufwärtsströmung des  Schmiermittels erzeugt wird, die in der Nähe des       Poles    des Stiftes einen Unterdruck und in der Um  gebung des Äquators desselben infolge des sich dort  stark verengenden Schmierraumes einen Überdruck  entstehen lässt, welcher letztere ausreicht, um einen  tragenden Film von Schmiermittel zwischen dem Stift  und der Pfanne zu versichern, nicht richtig ist.

   Wider  alles     Erwarten    wurde gefunden, dass sich bei Kugel  stiftlagern der bekannten Art auch in der Nähe des       Poles    ein     überdruck    einstellt und dass sich irgendwo  sonst auf der Tragfläche der Lagerpfanne Zonen  mit Unterdruck bilden, die zu Bruch des     Schmiermit-          telfilmes    Anlass geben.  



  Die Erfindung hat den Zweck, die bei den be  kannten     Kugelstiftlagern    erfahrenen Schwierigkeiten  zu beseitigen. Sie besteht darin, dass der kugelförmige  Hohlraum sich im Boden eines geräumigeren Hohl  raumes der Lagerpfanne befindet und dass Mittel an  geordnet sind, durch welche Schmiermittel diesem  geräumigeren Hohlraum zugeführt und durch den  Kanal abgeführt werden kann. Bei niedrigeren Um  drehungsgeschwindigkeiten bildet sich ein gut tra-         gender    Film von Schmiermittel zwischen den Stift  und der Lagerpfanne, und es zeigt sich, dass das  Schmiermittel sich in diesem Film von oben nach  unten bewegt.  



  Bei höheren Drehgeschwindigkeiten findet in  folge der Zentrifugalkräfte ein so kräftiges Weg  schleudern von Schmiermittel am Äquator des Kugel  stiftes statt, dass die Zufuhr von Schmiermittel am  Lager gehindert oder gesperrt wird. Für diesen Fall  empfiehlt es sich, die Wand des     kugelförmigen    Hohl  raumes der Lagerpfanne     mit,    mindestens mit dem ge  räumigeren Hohlraum derselben verbundenen, Nuten  zu versehen. Das Schmiermittel wird dann durch  diese Nuten zwischen die Laufflächen gebracht.

   Das       Gefülltbleiben    der Nuten kann sichergestellt werden,  wenn die Nuten in bezug auf ihre Lage     undf    oder ihre Ge  stalt derart von in     Meridianebenen    der Kugeloberfläche  der Lagerpfanne liegenden Nuten abweichen, dass die       Resultante    der infolge der Drehung des Stiftes auf  das sich in den Nuten befindliche     Schmiermittel    aus  geübten Kräfte eine nach unten gerichtete Kompo  nente hat, so dass das Schmiermittel durch eine zu  sätzliche Triebkraft vom Äquator zum Pol des Stiftes  getrieben wird.

   Die auf das Schmiermittel ausgeübten  Kräfte sind unter anderem die     Zentrifugalkraft,    die  das Schmiermittel nach oben treibt, und die     tangential     zu den Breitenkreisen der     Kugeloberfläche    gerichte  ten Reibungskräfte.

   Infolge dieser letztgenannten  Kräfte wird das Schmiermittel in einer Nute gegen  die in bezug auf die Drehungsrichtung     hinterliegende     Seitenwand der Nute gedrückt, und wenn diese Sei  tenwand an bestimmten Stellen einen Winkel mit der       betreffenden        Meridianfläche    einschliesst, so wird das  Schmiermittel längs dieser Wand entweder nach unten  oder nach oben durch eine Kraft getrieben werden, die  von der Grösse der Reibungskraft     an    der betreffen  den Stelle abhängig ist.

   Die     Resultante    aller Kräfte      muss nun derart sein, dass sie nach unten gerichtet     ist.     Dies kann durch richtige     Dimensionierung    der in der  richtigen Richtung gebogenen oder geknickten Nuten  oder mittels Nuten, die parallel zu den     Meridianebenen     gerichtet sind und gegenüber der Drehungsrichtung  dahinter liegen, erreicht werden.  



  Zur Erläuterung von Ausführungsformen dient  die Zeichnung. Darin zeigt:       Fig.    1 teilweise einen Durchschnitt und teilweise  eine Ansicht einer     Ultrazentrifuge,          Fig.    2 in grösserem     Massstabe    einen Durchschnitt  eines     Kugelstiftlagers    für den Rotor dieser Zentrifuge,  welche für niedrigere Drehgeschwindigkeiten geeignet  ist,       Fig.    3 in grösserem     Massstabe    einen Durchschnitt  eines     Kugelstiftlagers    für den Rotor dieser Zentrifuge,  welche für höhere Geschwindigkeiten geeignet ist,

         Fig.    4 eine Draufsicht einer Lagerpfanne des  Lagers nach     Fig.    3 und       Fig.    5 eine Draufsicht einer Variante der Lager  pfanne des Lagers nach     Fig.    3.  



  In der Zeichnung ist 1 ein festes geschlossenes  Gefäss. In diesem Gefäss ist ein     Zentrifugerotor    2 an  geordnet. Im Raum 3 zwischen dem Rotor 2 und dem  Gefäss 1 wird ein hohes Vakuum aufrechterhalten. Mit  4 sind Schraubenabdichtungen angegeben, die nach  dem Prinzip der     Holweck-Molekularpumpe    wirken.  Der Rotor wird durch einen Elektromotor 5, 6 an  getrieben und steht mit einem     Stift    7 auf einer Lager  pfanne 8     (Fig.    2 und 3). Am oberen Ende des Rotors  ist ein permanenter Magnet 9 befestigt, der durch  einen in einem Gefäss 10 angeordneten Körper aus  magnetischem Material (nicht sichtbar) angezogen  wird und den Rotor in der senkrechten Lage hält.

    Das zu scheidende gasförmige Gemisch wird durch  das feste Rohr<B>11</B> hindurch in den Rotor 2 geführt,  und die voneinander geschiedenen Bestandteile dieses       Gemisches    werden bei 12 aus dem Raum bzw. bei  14 aus dem Raum 15 abgeführt.  



  In     Fig.    2 und 3 endet der Stift 7 des Rotors 2 in  eine Kugel 7a, die in einen     kugelförmigen    Hohlraum  8a der Lagerpfanne 8 passt. Der Hohlraum 8a befin  det sich im Boden eines geräumigeren Hohlraumes  16. Der untere Teil des Hohlraumes 8a ist mit einem  Kanal 17 für die Abfuhr flüssigen Schmiermittels  verbunden. Eine Leitung 18 für die Zufuhr von  Schmiermittel mündet oberhalb des Hohlraumes 16  der Lagerpfanne 8, in der das Schmiermittel 20 in  folge der Rotation einen Spiegel 21 bildet. Im Raum  22 zwischen dem Kugelstift 7a und der Lagerpfanne  8a bildet sich ein     Schmiermittelfilm,    in dem Drucke  erzeugt werden, die mit dem auf das Lager drücken  den Teil des Gewichtes des Rotors 2 im Gleichgewicht  stehen.  



  Das     Kugelstiftlager    nach     Fig.    2 ist nur für klei  nere     Drehgeschwindigkeiten    des Rotors geeignet.  überschreitet die Drehzahl desselben einen bestimm  ten Wert, so wird das Schmiermittel infolge der Zen  trifugalkräfte so stark vom Äquator des Kugelstiftes    7a weggeschleudert, dass die Zufuhr des Schmier  mittels zum Raum 22 gehindert oder sogar ganz  gesperrt wird.  



  Für grössere Geschwindigkeiten dient das Kugel  stiftlager nach     Fig.    3 und 4 oder 5, wobei in der  Wand des kugelförmigen Hohlraumes 8a der Lager  pfanne 8 Nuten 23 vorgesehen sind, die mindestens  mit dem geräumigeren Hohlraum 16 der Lagerpfanne  8a verbunden sind. Das Schmiermittel wird nun auch  bei sehr hohen Geschwindigkeiten in den Raum 22  fliessen und dort einen gut tragenden Film bilden.  



  Das Stiftlager kann selbst als Pumpe wirken, wenn  die Nuten 23 in der Weise nach     Fig.    4 angeordnet  oder in der Weise nach     Fig.    5 gekrümmt oder ge  knickt werden. In     Fig.    4 sind die Nuten 23 parallel  zur     Meridianebene    24 gerichtet, aber sie liegen  gegenüber der Drehungsrichtung 25 hinter diesen  Ebenen.

   Das Ergebnis davon ist, dass die durch die  Reibung auf das Schmiermittel ausgeübten     tangen-          tialen    Kräfte mit der Richtung der Nuten einen Win  kel einschliessen, wodurch die Kräfte mit einer nach  unten gerichteten Komponente auf das Schmiermittel  wirken, bei richtiger Dimensionierung der Nuten den  Einfluss der Zentrifugalkraft ausgleichen und das  Schmiermittel vom Äquator zum Pol des Stiftes  treiben.  



  Werden die Nuten in der Weise nach     Fig.    5 ge  krümmt, so werden die Reibungskräfte im von den       Meridianebenen    24 divergierenden oberen Teil der  Nuten 23 mit einer nach unten gerichteten Kompo  nente und im zu diesen Ebenen konvergierenden un  teren Teil der Nuten mit einer nach oben gerichteten  Komponente auf das Schmiermittel wirken.

   Infolge  der Tatsache, dass die Umfangsgeschwindigkeiten des  Stiftes im am Äquator angrenzenden Teil der Lauf  flächen grösser sind als diejenigen im am Pol angren  zenden Teil der Laufflächen werden die auf das  Schmiermittel ausgeübten, nach unten gerichteten  Kräfte grösser sein als die nach oben gerichteten und       tritt    bei richtig gewählten Abmessungen und Form der  Nuten ebenfalls eine     Pumpwirkung    auf.  



  Die durch das Stiftlager nach     Fig.    4 und 5 erhal  tene     Pumpwirkung    kann gross genug sein, um die  Flüssigkeit zirkulieren zu lassen. In diesem Falle kön  nen die Leitungen 17, 18 miteinander verbunden wer  den. Wird keine oder eine zu geringe     Pumpwirkung     im Stiftlager erzeugt, so kann eine gesonderte Pumpe  in der Verbindung zwischen den Leitungen 17 und 18  angebracht werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Stiftlager zur Unterstützung eines schnell um eine senkrechte Achse drehenden Körpers, z. B. des Rotors einer Ultrazentrifuge, welcher Körper mit einem in eine Kugel endenden Stift versehen ist, der in einem kugelförmigen Hohlraum einer Stiftlager pfanne ruht, wobei im niedrigsten Punkt dieses Hohl raumes ein Kanal angeschlossen ist, dadurch gekenn zeichnet, dass der kugelförmige Hohlraum sich im Boden eines geräumigeren Hohlraumes der Lager- pfanne befindet und dass Mittel angeordnet sind, durch welche Schmiermittel diesem geräumigeren Hohlraum zugeführt und durch den Kanal abgeführt werden kann.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Stiftlager nach dem Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des kugelförmigen Hohlraumes der Lagerpfanne mit, mindestens mit dem geräumigeren Hohlraum derselben verbundenen, Nuten versehen ist. 2.

   Stiftlager nach dem Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese Nuten in bezug auf ihre Lage und ihre Gestalt derart von in Meridianebenen der Kugeloberfläche der Lagerpfanne liegenden Nuten abweichen, dass die Resultante der infolge der Drehung des Stiftes auf das sich in den Nuten befin dende Schmiermittel ausgeübten Kräfte eine nach unten gerichtete Komponente hat, so dass das Schmiermittel durch eine zusätzliche Triebkraft vom Äquator zum Pol des Stiftes getrieben wird.