DE1017871B - Magnetische Lagerung - Google Patents

Description

• Magnetische Lagerung Es sind zahlreiche Konstruktionen bekanntgeworden, die der magnetischen Lagerung bzw. Lagerentlastung drehbarer Teile, insbesondere an Meßinstrumenten, dienen sollen. Derartige Lagerungen haben den Vorteil, praktisch reibungsfrei zu arbeiten.
• Die meisten dieser Konstruktionen beruhen darauf, daß ungleichnamige Pole scheiben- oder ring- bzw. zylinderförmiger Magnete, die einerseits am Ständer, andererseits am zu lagernden drehbaren Teil befestigt sind, anziehend aufeinander einwirken und so die Lager z.B. senkrecht angeordneter drehbarer Teile entlasten. Eine zentrierende Wirkung üben derartige Anordnungen im allgemeinen nicht aus. Um dies zu erreichen, wurden Anordnungen vorgeschlagen, bei denen die einander gegenüberstehenden Magnete so magnetisiert sind, daß sie abstoßend aufeinander einwirken. Derartige Lagerungen vermögen nicht nur bei senkrechter Achslage eine Gewichtsentlastung zu bewirken, sondern üben gleichzeitig eine zentrierende Wirkung aus, so daß sie für horizontale Betriebslage der Drehachse geeignet sind. Allen diesen Lagerungen ist gemeinsam, daß sie auf wenigstens ein geeignetes mechanisches Stützlager nicht verzichten können.
• Dieses Stützlager kann jedoch außerordentlich klein dimensioniert werden, so daß es nur sehr geringe Reibung verursacht, da es bei geeigneter Konstruktion möglich ist, die magnetische Lagerung so einzustellen, daß sie sich gewissermaßen im labilen Gleichgewicht befindet. Ein Nachteil all dieser Lagerungen ist jedoch, daß sie im Vergleich zu ihrem Eigengewicht nur sehr kleine Gewichte zu tragen erlauben. Damit sind ihrer Verwendung nicht nur aus wirtschaftlichen, sondern auch aus technischen Gründen sehr frühzeitig Grenzen gesetzt.
• Die Erfindung stellt nun eine beträchtliche Verbesserung derartiger Lagerungen dar, bei denen ringförmig gestaltete Magnete mit ihren beiden Polen abstoßend aufeinander wirken, dadurch, daß mehrere in entgegengesetzter Richtung radial magnetisierte Magnetringe in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind und je zwei Magnetringe zusammen mit dem Rückschlußring aus ferromagnetischem Werkstoff einen U-förmigen Kraftlinienweg bilden, wobei sich je zwei konzentrische Magnetringe an zwei gleichnamigen Polen mit in ihrer Größe der gewünschten Tragkraft des Lagers angepaßten, senkrecht zur Kraftlinienaustrittsrichtung verlaufenden Polflächen einander gegenüberstehen. Vor allem bei Verwendung von Magnetwerkstoffen mit großer Koerzitivkraft und kleiner Permeabilität wachsen dadurch die Kräfte in so hohem Maße, daß derartige Lager bei gleichem Magnetvolumen wie bei solchen der bekannten Bauart ein Mehrfaches an Last aufzunehmen vermögen. Die Größe dieser Tragkraft ist weitgehend mitbestimmt durch die Größe der einander gegenüberstehenden Polflächen, aus denen im Gegensatz zu den meisten der bekannten Konstruktionen die Kraftlinien senkrecht austreten, so daß sich innerhalb gewisser Grenzen die Tragkraft durch die Wahl der Größe der Polflächen verändern läßt. Auf diese senkrechte Durchsetzung der einander gegenüberstehenden Polflächen mit Kraftlinien ist auch die wesentliche Steigerung der spezifischen Tragfähigkeit gegenüber den bekannten Konstruktionen zurückzuführen, bei denen sich meistens die Magnetanordnungen im wesentlichen nur mit Polkanten gegenüberstehen. Mit den erfindungsgemäßen Lagern ist es nicht nur möglich, Lagerungen, z. B. für Meßinstrumente, zu einem Preis herzustellen, der in der Größenordnung heute üblicher Steinlagerungen liegt, sondern auch das Gewicht und damit das Trägheitsmoment derartiger drehbarer Teile nur so minimal zu vergrößern, daß ihrer allgemeinen Verwendung nichts mehr entgegensteht.
• Gemäß der Erfindung kann die Tragkraft einer solchen magnetischen Lagerung noch weiter gesteigert werden dadurch, daß mehr als zwei nebeneinander angeordnete Magnetringe in einem Rückschluß ring zu einer Lagereinheit zusammengefaßt sind. Durch diese Maßnahme wird es möglich, auch größere Gewichte, für die die Herstellung ausreichend großer Einzelringe Schwierigkeiten bereiten würde, magnetisch zu lagern, wie beispielsweise kleinere Maschinenteile, die mit hoher Drehzahl umlaufen sollen, für Ultrazentrifugen, Kreiselgeräte u. ä. Gleichzeitig entstehen auf diese Weise Lagereinheiten, die als Standardbauelement, ähnlich wie Kugellager, in verschiedenen Größen gefertigt werden können.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Rückschluß ringe genau wie die Magnetringe aus Dauermagnetwerkstoff, was herstellungsmäßig, vor allem bei kleineren Baueinheitenz Vorteile bieten kann.
• Vor allem bei allerkleinsten Lagereinheiten, z. 13. für Meßinstrumente, bietet es gemäß der Erfindung Vorteile, wenn die Magnetringe zusammen mit dem Rückschluß einen magnetisch homogenen zylinderringförmigen Körper bilden und aus einem Werkstoff mit sehr hoher Koerzitivkraft bestehen. Die körperliche Ausprägung einzelner Pole ist gerade bei Verwendung hochkoerzitiver Magnetwerkstoffe durchaus nicht erforderlich, da die Permeabilität derartiger Werkstoffe sehr klein ist. Eine Verschiebung der Pole bedarf also sehr hoher -Feldstärken, die bei dem Aufeinanderwi4en zweier einander gegenüberstehender Magnetlagerringe in keinem Fall auftreten können.
• In jedem Fall hat diese Ausführungsform den Vorzug leichter Herstellbarkeit, was vor allem bei kleinster Baugrößen sehr vorteilhaft ist.
• Erfindungsgemäß ist es für alle -Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft, die Magnetringe in an sich bekannter Weise aus pulverförmigem Dauermagnetwerkstoff mit Kunstharzbindung nach dem Preßverfahren herzustellen. Dieses Verfahren bietet nicht nur die Möglichkeit, die für derartige Lagerungen erforderlichen mechanischen und magnetischen Genauigkeiten über große Stückzahlen wirtschaftlich günstig zu gewährleisten, sondern auch den Vorteil, daß die auf diese Weise er-Zeigten Dauermagnete eine sehr kleine elektrische Leitfähigkeit haben. So können sich die schon bei kleinsten magnetischen Inhomogenitäten auftretenden Wirbelströme praktisch gar nicht ausbilden und sich dämpfend, d. h. energieverzehrend, in der Lagerung auswirken.
• In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lagerung dargestellt. Es bedeutet Abb. 1 ein Einzelmagnetlager mit Rückschluß ringen aus ferromagnetischem Werkstoff im Axialschnitt, Abb. 2 ein Mehrfachmagnetlager mit Rückschlußringen aus ferromagnetischem Werkstoff im Axialschnitt, Abb. 3 ein Einzelmagnetlager mit Kraftlinienrückschluß über den Dauermagnetwerkstoff im Axialschnitt, Abb. 4 die schematische Darstellung einer vertikalen Meßinstrumentenlagerung mit zylinderförmigen Magnetlagern ohne Polausprägung im Axialschnitt.
• In Abb. 1 sind die radial magnetisierten Magnetringe 1 an ihrer Innenfläche auf dem Rückschlußring 2 aus ferromagnetischem Werkstoff befestigt.
• Der Rückschluß ring 2 ist auf der nicht dargestellten Achse angebracht. Die feststehenden Teile des Gerätes tragen den Rückschlußring 3 aus ferromagnetischem Werkstoff, in dem die ebenfalls radial magnetisierten Ringe 4 angebracht sind. Der Kraftlinienverlauf ist durch Pfeile bzw. Polbezeichnungen gekennzeichnet Die gleichnamigen Pole, die sich einander gegenüberstehen, stoßen einander ab und erzeugen so die Lagerkraft.
• In gleicher Weise wirkt das Mehrfachlager nach Abb. 2, bei dem die Rückschluß ringe 5 bzw. 6 die Maguetringe 7 bzw. 8 tragen.
• In Abb. 3 sind die gesonderten Rückschlußringe fortgefallen. Der Kraftlinienrückschluß erfolgt über die direkt in der strichliniierten Linie 9 miteinander z. B. durch Kleben verbundenen Magnetringe 10 bzw. 11.
• Alle in den Abb. 1 bis 3 gezeichneten Lager sind so dargestellt, daß sie bei voller Polüberdeckung keine axial gerichteten Kräfte aufnehmen können, sondern ein Maximum an Belastung in radialer Richtung.
• Als Beispiel für eine Lagerung, die sowohl radial als auch axial gerichtete Kräfte aufzunehmen vermag, ist in Abb. 4 eine Meßinstrumentenlagerung schematisch dargestellt. Die Hohlachse 12 trägt an ihren Enden die zylinderfönnigen Magnete 13 bzw. 14, die gegenüber den am Gestell des Instrumentes befestigten Ringen 15 bzw. 16 axial versetzt sind. Alle Magnetringe sind, ohne daß die Pole körperlich ausgeprägt wären, derart radial magnetisiert, daß ein U-förmiger Kraftlinienverlauf entsteht. Dadurch bilden sich zwischen den beiden Polflächen Ä-S an jedem Ring ringförmige neutrale Zonen 17 aus, die annähernd feldfrei sind. Durch das axiale Versetzen der Ringe 13 und 15 bzw. 14 und 16 gegeneinander entsteht durch Abstoßung bzw. Anziehung der ringförmigen Polflächen an ihren Begrenzungskanten eine axial gerichtete Kraft, die das Eigengewicht der drehbaren Teile trägt und das als Begrenzungslager und Rückdrehmoment dienende Spannband 18 vorspannt.
• PArENvANspncycnr: 1. Magnetische Lagerung mit zweipolig aufeinander abstoßend wirkenden, am beweglichen Teil und am Gehäuse befestigten, radial magnetisierten konzentrischen Magnetringen und wenigstens einem magnetischen Stützlager, dadurch gekennzeichnet, daß die radial magnetisierten Magnetringe in axialer Richtung nebeneinander angeordnet und abwechselnd in entgegengesetzter Richtung magnetisiert sind, wobei je zwei Magnetringe zusammen mit dem Rückschluß ring aus ferromagnetischem Werkstoff einen U-förmigen Kraftlinienweg bilden und sich an zwei gleichnamigen Polen mit senkrecht zur Kraftlinienaustrittsrichtung verlaufenden Polflächen einander gegenüberstehen.

Claims (1)

1. 2. Magnetische Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei nebeneinander angeordnete Magnetringe in einem Rückschluß ring zu einer Lagereinheit zusammengefaßt sind.

   3. Magnetische Lagerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschluß ringe aus D auermagnetwerkstoff bestehen.

   4. Magnetische Lagerung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetringe zusammen mit dem Rückschluß einen magnetisch homogenen zylinderringförmigen Körper bilden und aus einem Werkstoff mit einer Koerzitivkraft von mehr als 250 Oersted bestehen.

   5. Magnetische Lagerung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetringe in an sich bekannter Weise aus pulverförmigem Dauermagnetwerkstoff mit Bindemittel hergestellt sind.

   In 13etracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 217 312; britische Patentschrift Nr. 667 855; japanische Patentschrift Nr. 125 777.