DE102010056260A1

DE102010056260A1 - Hydraulic magnetic centrifugal bearing comprises rotating shaft and bearing housing which is filled with liquid by rotation, where inner radial surface of bearing housing has rotation shaft

Info

Publication number: DE102010056260A1
Application number: DE201010056260
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2012-06-28

Abstract

The hydraulic magnetic centrifugal bearing (5) comprises a rotating shaft (3) and a bearing housing (1) which is filled with a liquid (8) by rotation. An inner radial surface of the bearing housing has the rotation shaft, where multiple radial centered apertures (4) are arranged in the bearing housing. A supplementary shaft is arranged in the bearing housing.

Description

Die genannte Erfindung betrifft ein hydro-magnetisches Zentrifugallager, welches eine für verschiedene Zwecke nutzbare herausgeführte Rotationswelle besitzt. Diese kann in entsprechenden Ausbauformen des Lagers als Rotationswelle für Kreisel, Pumpen, Lüfter, Turbinen und Zentrifugen genutzt werden.Said invention relates to a hydro-magnetic centrifugal bearing, which has a usable for different purposes outgoing rotary shaft. This can be used in appropriate designs of the bearing as a rotary shaft for gyros, pumps, fans, turbines and centrifuges.

Das übergreifende Ziel des in dieser Erfindung beschriebenen Lagers ist die Bereitstellung eines abnutzungsfreien und reibungsreduzierten dauerhaften Lagerbetriebs, welcher zu seiner Errichtung in seiner einfachsten Form lediglich Wasser und das Vorhandensein einer Wellenrotation benötigt, deren Erzeugung hier nicht näher beschrieben ist.The overarching objective of the bearing described in this invention is to provide a wear-free and friction-reduced permanent bearing operation which requires only water and the presence of a wave rotation, the generation of which is not described in detail here, for its construction in its simplest form.

Das beschriebene Lager soll in einer Schwerkraftumgebung in horizontaler Rotationsachsenausrichtung funktionsfähig sein und darf während des Betriebs in Schwerelosigkeit keines seiner Lagerungseigenschaften verlieren, auch wenn keine zusätzlichen Wellendichtungen vorhanden sind.The bearing described is intended to be operable in a gravity environment in horizontal axis of rotation alignment and must not lose any of its bearing properties during operation in zero gravity, even if no additional shaft seals are present.

Auf Grund einfachster Bauweise ist eine Reinigung des Lagers sehr vereinfacht und Ausfallerscheinungen im geplanten Dauerbetrieb sind wegen fehlender mechanischer Reibung weitestgehend vermieden.Due to the simplest construction, cleaning of the bearing is very simplified and failure phenomena in the planned continuous operation are largely avoided due to lack of mechanical friction.

Als zusätzliche Vorteile bietet das Rotationslager dieser Erfindung ein Versiegelungsfunktion während des Betriebes, welche durch die radial umlaufende Lagerungsflüssigkeit die Rotationswelle zu beiden Seiten luftdicht abschließt. Ferner bietet es eine gewisse Flexibilität der Rotationsachse bei radialen Verschiebungen, die derartige Kräfte in einem gewissen Rahmen abfedert und dadurch eine mechanische Kollision zwischen den rotierten Lagerteilen und dem Lagergehäuse verhindern kann. Die Stärke dieser Federungsfunktion kann durch die gewählte Flüssigkeitsart und -menge sowie der Rotationsgeschwindigkeit gewählt werden.As additional advantages, the rotary bearing of this invention provides a sealing function during operation, which airtightly closes the rotary shaft on both sides by the radially circulating storage liquid. Further, it provides some flexibility of the rotational axis in radial displacements, which absorbs such forces in a certain frame and thereby prevent mechanical collision between the rotating bearing parts and the bearing housing. The strength of this suspension function can be selected by the selected liquid type and quantity as well as the rotational speed.

In der aktuell vorgesehenen Ausführung ist es vorgesehen, den Antrieb der Rotationswelle über ein berührungsloses Verfahren zu bewerkstelligen, indem ein elektromagnetischer Stator einen auf der Rotationswelle angebrachten Käfigrotor oder radial magnetisierten Permanentmagneten umschließt und die Rotationswelle elektromagnetisch zur Rotation bringt. Es werden künftig auf dieser zentrifugal-magnetisch gelagerten Welle zusätzlich Kreisel oder Schaufelräder zur Förderung von Flüssigkeiten und Luft angebracht, welche jedoch nicht in die Lagerungsfunktion eingebunden sind.In the currently envisaged embodiment, it is provided to effect the drive of the rotary shaft via a non-contact method by an electromagnetic stator enclosing a mounted on the rotary shaft cage rotor or radially magnetized permanent magnet and brings the rotary shaft electromagnetically for rotation. In the future, centrifugal or paddle wheels will be mounted on this centrifugally-magnetically mounted shaft to convey liquids and air, which, however, are not integrated into the storage function.

Um die zuvor beschriebenen Ziele zu erreichen war es Aufgabe der hier beschriebenen Erfindung, eine hydro-magnetischen Zentrifugallagerung, die bisher im Rahmen von Kreisel- und Gyroskoplagern verwendet wurde, auch für anderweitige Anwendungen verfügbar zu machen, indem die Rotationsachse eines schwimmend rotierenden Kreisels aus einem Lagergehäuse herausgeführt wird und dadurch für verschiedene Lagerungszwecke zur Verfügung steht.To achieve the objects described above, it was an object of the invention described herein, a hydro-magnetic centrifugal bearing, which was previously used in the context of gyroscope and gyroscope bearings to make available for other applications, by the axis of rotation of a floating rotating gyro from a Bearing housing is led out and is thus available for various storage purposes.

Der Vorteil der Lagerung in einem Fluid ist eine vollkommen verschleißfreie und stark reibungsreduzierte Lagerung. So besitzt die gyroskopische Lagerung aus Patent US000002857767A einen solchen berührungsfreien Rotor, der axial durch sich abstoßende Permanentmagnete zentriert wird. Die dort verwendete hydrodynamische radiale Rotorzentrierung vermeidet ferner den Einsatz von zusätzlich erforderlichen Pumpen und Kompressoren und kommt ohne eine elektronische Lageregelung des Gyroskoprotors aus.The advantage of storage in a fluid is a completely wear-free and highly friction-reduced storage. Thus, the gyroscopic bearing has a patent US000002857767A Such a non-contact rotor, which is centered axially by repelling permanent magnets. The hydrodynamic radial rotor centering used there also avoids the use of additionally required pumps and compressors and does not require an electronic position control of the gyroscope rotor.

Auch das Patent DE000002226737C3 weist eine solche hydrodynamische Gyroskoplagerung aus, welche für die axiale Zentrierung Luftblasen zu beiden Seiten der Rotationsachse verwendet.Also the patent DE000002226737C3 has such a hydrodynamic gyroscope bearing, which uses for the axial centering air bubbles on both sides of the axis of rotation.

Es ist jedoch mit beiden vorgenannten Patenten keine für anderweitige Zwecke nutzbare Lagerung gegeben, da hier die Lagergehäuse hermetisch verschlossen sind und dadurch die Spinachse des Kreisels nicht ohne Flussigkeitsverlust nach außen geführt werden kann. Auch wird für die Rotation des im Lagergehäuse fegenden Kreisels das gesamte Lagergehäuse rotiert, was den zugsächlichen Einsatz weiterer Lager erforderlich macht und somit die geforderte Einfachheit nicht gegeben ist.However, there is no use for other purposes with any of the aforementioned patents storage, since here the bearing housings are hermetically sealed and thus the spin axis of the gyroscope can not be passed without loss of liquid to the outside. Also, the entire bearing housing is rotated for the rotation of the sweeping in the bearing housing gyroscope, which makes the zugsächlichen use more bearings required and thus the required simplicity is not given.

In vergleichbaren Lagerungsanordnungen dieser Art kommen zudem häufig auch niederviskosige Flüssigkeiten zum Einsatz, die eine hochverdichtete Umgebung erfordern, was eine Durchführung der Rotationsachse des Rotors zusätzlich unterbindet.In comparable storage arrangements of this type also often low-viscosity liquids are used, which require a highly compressed environment, which additionally prevents implementation of the axis of rotation of the rotor.

Im Rahmen der gyroskopischen Lagerung sind auch hydrodynamische Lager bekannt, welche durch Verwendung von Strukturen auf den aneinander Bewegten Lagerflächen eine Druckerhöhung und einen Fluss der Lagerungsflüssigkeit bewirken. Das Patent US000003657931A beschreibt ein solches Lager, welches zwar eine nutzbare Rotationswelle besitzt, jedoch auf Grund der nahe zueinander stehenden Lagerflächen eine Lagerungsflüssigkeit mit erhöhter Viskosität benötigt, um ausreichend Schmierung zu erhalten. Die Verwendung dieser hochviskosen Lagerungsflüssigkeit steht dem Ziel der Minimierung der benötigten Ressourcen entgegen. Ferner besitzt dieses Lager keinen Schwimmer, der die Rotationswelle durch den Auftrieb desselben in seiner Lagerungsflüssigkeit unterstützt bzw. radiale Stöße abfedert, weshalb sich diese in dem genannten Patent im Dauerbetrieb negativ durch Berührungen der Lagerflächen auswirken dürften.In the context of gyroscopic mounting, hydrodynamic bearings are also known, which cause an increase in pressure and a flow of the storage fluid by using structures on the mutually moving bearing surfaces. The patent US000003657931A describes such a bearing, which, although having a usable rotation shaft, but requires due to the closely spaced bearing surfaces, a storage liquid with increased viscosity in order to obtain sufficient lubrication. The use of this highly viscous storage liquid precludes the goal of minimizing the required resources. Furthermore, this camp has no float, which supports the rotation shaft by the buoyancy of the same in its storage liquid or cushioning radial shocks, which is why this in the mentioned patent in continuous operation negatively impacted by contact with the storage areas.

Aus dem Bereich der gyroskopischen Lagerung sei auch das Patent DE000001473891 B genannt, welches ein feststehendes Lagergehäuse bietet, jedoch für die Aufrechterhaltung der Lagerung auf einen permanent extern erzeugten Flüssigkeitsstrom angewiesen ist. Dies erzeugt zusätzlichen Aufwand für die Lagerung und steht ebenfalls dem Grundsatz der Einfachheit entgegen und ist für das hier beschriebene Lager nicht relevant.From the field of gyroscopic storage is also the patent DE000001473891 B called, which provides a fixed bearing housing, but is dependent on a permanently externally generated liquid flow for the maintenance of storage. This creates additional expense for storage and is also contrary to the principle of simplicity and is not relevant to the bearing described here.

Im Rahmen von Flüssigkeitspumpen werden ebenfalls hydrodynamische Lager verwendet. Eine Verwendung der hier beschriebenen Erfindung wäre mit Vorteilen verbunden, da die für die Lagerung benötigte Flüssigkeit unmittelbar zur Verfügung stünde.Liquid pumps also use hydrodynamic bearings. Use of the invention described herein would be advantageous because the liquid needed for storage would be readily available.

Es ist bekannt, dass heutige Lager von Flüssigkeitspumpen bereits durch das durch sie bewegte Medium geschmiert und gleichzeitig radial zentriert werden. Häufig wird für die axiale Zentrierung hier ebenfalls auf magnetische oder strömungsbedingte Kräfte zurückgegriffen.It is known that today's bearings of liquid pumps are already lubricated by the medium moving through them and simultaneously radially centered. Often, magnetic or flow-related forces are also used here for the axial centering.

Solcherlei hydrodynamische Lager weisen häufig eng zueinander stehende Lagerflächen auf, die sich auf Grund der durch die schnellen Umdrehungszahlen des Rotors schnell erhitzen und durch einen permanenten Flüssigkeitsstrom gekühlt und neu geschmiert werden müssen. Infolge dessen sind diese Pumpenlager und dadurch auch die unterstützten Pumpen auf permanente Flüssigkeitszufuhr angewiesen.Such hydrodynamic bearings often have closely spaced bearing surfaces, which must be heated quickly due to the fast rotational speeds of the rotor and cooled by a permanent liquid flow and re-lubricated. As a result, these pump bearings and thereby also the supported pumps are dependent on permanent fluid supply.

Hierzu sei das Patent CA000002468546A1 erwähnt, welches eine Axialpumpe beschreibt sowie das Patent DE000003413930A1 , das die Beschreibung einer Kreiselpumpe enthält. Beide Pumpen sind auf einen permanenten Flüssigkeitsstrom angewiesen, da die Lagerung über das geförderte Medium erfolgt.For this purpose is the patent CA000002468546A1 mentioned, which describes an axial pump and the patent DE000003413930A1 containing the description of a centrifugal pump. Both pumps are dependent on a permanent liquid flow, since the storage is carried out via the pumped medium.

Als zusätzlichen Nachteil der vorstehende genannten hydrodynamischen Lagerungsformen ist festzustellen, dass bei einer Nutzung, die dem Ziel dieser Erfindung entspricht, für die benötigte mechanische Durchführung der Rotationswelle die Notwendigkeit besteht, eine flüssigkeitsbeständige Abdichtung einzubinden, die ein Auslaufen der Lagerungsflüssigkeit während des Betriebs verhindert. Diese Abdichtung wird bei der hier beschriebenen Erfindung nicht benötigt.As an additional disadvantage of the above-mentioned hydrodynamic bearing arrangements, it should be noted that in a use which corresponds to the object of this invention, for the required mechanical implementation of the rotary shaft there is a need to incorporate a liquid-resistant seal, which prevents leakage of the storage liquid during operation. This seal is not needed in the invention described herein.

Auch sind die in vorstehenden Patenten angegebenen hydrodynamischen Lagerungskräfte beschränkt und reichen in dieser Bauform lediglich zur Aufnahme der durch den Pumpbetrieb auftretenden Kräfte.The hydrodynamic bearing forces specified in the above patents are also limited and, in this design, are sufficient only for absorbing the forces which occur during pumping operation.

Die hier beschriebene Erfindung nutzt anstelle der vorgenannten Hydrodynamiklösungen die zentrifugalen Verdrängungskräfte einer Lagerungsflüssigkeit 8, wodurch der im Lagergehäuse 1 befindliche Rotationsschwimmer 2 eine höhere radiale Zentrierungskraft erhält und dadurch auch erhöhte Kräfte, wie sie in der allgemeinen Nutzung eines Rotationslagers auftreten, aufnehmen kann.The invention described here uses instead of the aforementioned hydrodynamic solutions, the centrifugal displacement forces of a storage liquid 8th , whereby the in the bearing housing 1 located rotary floats 2 obtains a higher radial centering force and thereby also increased forces, as they occur in the general use of a rotary bearing record.

In der beschriebenen Erfindung sind die Lagerflächen zudem weiter voneinander entfernt bzw. es wird mehr Lagerungsflüssigkeit 8 zwischen beiden Lagerflächen rotiert, wodurch sehr viel weniger Reibungswärme zwischen den Lagerflächen entsteht.In the described invention, the bearing surfaces are further away from each other and there is more storage liquid 8th rotated between two bearing surfaces, creating much less frictional heat between the bearing surfaces.

Die zentrifugale Verdrängung der Lagerungsflüssigkeit 8 ermöglicht es hier ebenfalls, die Rotationswelle 3 des Rotationsschwimmers 2 durch das feststehende Lagergehäuse 1 berührungsfrei nach außen zu führen, da sich im Betrieb entlang der Rotationsachse keine Flüssigkeit mehr befindet. Diese Eigenschaft ist sowohl in einem Schwerkraftumfeld als auch in einer schwerelosen Umgebung gegeben. Lediglich bei einem stillgelegtem hydro-magnetischen Zentrifugallager sammelt sich in einem Schwerkraftumfeld die Lagerungsflüssigkeit 8 in der unteren Hälfte des Lagergehäuses 1. Bei der Dimensionierung des Schwimmer- und Lagergehäusevolumens und unter Berücksichtigung des Rotorgewichts sowie der zu erwartenden Rotationswellenbelastung, kann das Volumen so gewählt werden, dass die genannte untere Hälfte des Lagergehäuses 1 zur vollständigen Aufnahme der Lagerungsflüssigkeit 8 ausreicht und dort einen definierten Pegelstand 9 erreicht.The centrifugal displacement of the storage liquid 8th also allows the rotation shaft here 3 of the rotary swimmer 2 through the stationary bearing housing 1 to lead outward without contact, since in operation along the axis of rotation liquid is no longer. This property is given both in a gravity environment and in a weightless environment. Only with a shut down hydro-magnetic centrifugal bearing accumulates in a gravity environment, the storage liquid 8th in the lower half of the bearing housing 1 , When dimensioning the float and bearing housing volume and taking into account the rotor weight and the expected rotational shaft load, the volume can be chosen so that said lower half of the bearing housing 1 for complete absorption of the storage liquid 8th sufficient and there a defined water level 9 reached.

Während des Lagerstillstandes in einer Schwerkraftumgebung bewirkt der in der unteren Hälfte des Lagergehäuses 1 befindlichen Lagerungsflüssigkeitsstand, dass der Rotationsschwimmer 2 und die daran befestigte zentrale Rotationswelle 3 nach oben gedrückt werden. Diese Bewegung kann durch angebrachte Fanglager 5 aufgefangen werden, die die Rotationswelle an den Durchführungsstellen in das Lagergehäuse umschließen. Die Fanglager 5 verhindern dadurch eine Berührung der Lagerflächen des Rotationsschwimmers 2 und des Lagergehäuses 1 und erleichtern zudem das Wiederanlaufen des Lagers.During storage downtime in a gravity environment, it will be in the lower half of the bearing housing 1 storage fluid level that the rotary float 2 and the central rotation shaft attached thereto 3 be pushed up. This movement can be achieved by attached fishing camp 5 be caught, which enclose the rotary shaft at the lead-through points in the bearing housing. The fishing camp 5 thereby prevent contact of the bearing surfaces of the rotary float 2 and the bearing housing 1 and also make it easier to restart the warehouse.

Sobald der Rotationsschwimmer 2 im Inneren des Lagers erneut rotiert wird, wird die stehende Lagerungsflüssigkeit 8 durch die ansteigende Rotationsgeschwindigkeit nach und nach bis zur umlaufenden Rotation mitgerissen. In einer besonderen Ausführungsform können an den Oberflächen des Rotationsschwimmers 1 oder den inneren Lagerflächen des Lagergehäuses 1 spezielle Strukturen angebracht sein, die dieses erleichtern. Wird eine ausreichende Menge der Lagerungsflüssigkeit 8 entlang der radialen Lagerfläche rotiert, zeigt die zentrifugale Lagerzentrierung Wirkung, und die Rotationswelle 3 löst sich wieder von den Fanglagern 5 und dreht anschließend berührungslos in den Durchführungsöffnungen 4 des Lagergehäuses 1 während ihre Rotationsgeschwindigkeit weiter beschleunigt wird.Once the rotation swimmer 2 is rotated again inside the bearing, the standing storage liquid 8th gradually entrained by the increasing rotational speed to the rotating rotation. In a particular embodiment, on the surfaces of the rotary float 1 or the inner bearing surfaces of the bearing housing 1 special structures that facilitate this. Will a sufficient amount of storage liquid 8th Rotates along the radial bearing surface, showing the centrifugal Bearing centering effect, and the rotary shaft 3 dissolves again from the catch camps 5 and then turns without contact in the lead-through openings 4 of the bearing housing 1 while their rotational speed is further accelerated.

Die axiale Zentrierung des Lagers wird durch Permanentmagnete 6; 10 bewerkstelligt, die ohne die Erfordernis einer aktiven elektronischen oder mechanischen Regelung, die korrekte axiale Ausrichtung sicherstellen. Die beschriebene Kombination von Permanentmagneten 6; 10 kann bei einer Verwendung von mehreren der in diesem Patent beschriebenen Lagern auf einer gemeinsamen Rotationswelle wahlweise an nur einem oder mehreren der Lager angebracht sein.The axial centering of the bearing is made by permanent magnets 6 ; 10 which ensures the correct axial alignment without the need for active electronic or mechanical control. The described combination of permanent magnets 6 ; 10 may optionally be mounted on only one or more of the bearings when using several of the bearings described in this patent on a common rotary shaft.

Für die axiale Zentrierung befindet sich im Inneren des Rotationsschwimmers 2 ein Permanentmagnet 10 im radialen Zentrum desselben. Der Magnet hat eine Magnetisierung in Richtung der Rotationsachse und ist fest mit dem Rotationsschwimmer 2 bzw. dessen Rotationswelle 3 verschraubt.For axial centering is located inside the rotary float 2 a permanent magnet 10 in the radial center of the same. The magnet has a magnetization in the direction of the axis of rotation and is fixed to the rotary float 2 or its rotation shaft 3 screwed.

An beiden in axialer Richtung liegenden Außenseiten des Lagergehäuses 1 sind ebenfalls radial zentrierte Permanentmagnete 6 am Lagergehäuse 1 angebracht. Diese haben vorzugsweise eine Ringform und umschließen die Rotationswelle 3 berührungsfrei. Die Magnetisierung beider Ringmagnete ist ebenfalls axial und in der Art ausgerichtet, dass sie sich von dem im Rotationsschwimmer 3 befindlichen Magneten 10 abstoßen. Der Abstand beider außen liegenden Ringmagnete 6 kann nun so variiert werden, dass der innere Rotationsschwimmer 3 axial in einer neutralen Position zwischen den seitlichen Wänden des Lagergehäuses 1 ausgerichtet ist. Dabei kann die radiale Zentrierung der Ringmagnete 6 zur Rotationswelle 3 ggf. leicht von der genauen zentrierten Position abweichen, um Kräften, die durch das Beschleunigen der Lagerungsflüssigkeit 8 auftreten, entgegenzuwirken.At both outer sides of the bearing housing lying in the axial direction 1 are also radially centered permanent magnets 6 on the bearing housing 1 appropriate. These preferably have a ring shape and enclose the rotary shaft 3 contact. The magnetization of both ring magnets is also axially and aligned in such a way that they are different from that in the rotary float 3 located magnet 10 repel. The distance between both outer ring magnets 6 can now be varied so that the inner rotation float 3 axially in a neutral position between the lateral walls of the bearing housing 1 is aligned. In this case, the radial centering of the ring magnets 6 to the rotation shaft 3 possibly slightly different from the exact centered position, to forces caused by accelerating the storage fluid 8th occur to counteract.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie eine Mehrfach-Lageranordnung sind in den folgenden Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.Two embodiments of the invention and a multiple bearing arrangement are shown in the following drawings and will be described in more detail below.

1 zeigt einen vertikalen Schnitt entlang der axialen Rotationsachse durch ein hydrodynamisches Zentrifugallager nach Patentanspruch 1 und 2, bei dem die in den folgenden Zeichnungen beschriebene axiale magnetische Zentrierung weggelassen wurde, und welches als radial zentrierendes Zentrifugallager genutzt werden kann. 1 shows a vertical section along the axial axis of rotation through a hydrodynamic centrifugal bearing according to claim 1 and 2, in which the axial magnetic centering described in the following drawings has been omitted, and which can be used as a radially centering centrifugal bearing.

Es zeigt den im Inneren des feststehenden Lagergehäuses 1 auf einer Rotationswelle 3 angebrachten Rotationsschwimmer 2 zeigt. Die Abbildung zeigt den Lagerzustand während des Betriebes, bei dem die im Lager befindliche Lagerungsflüssigkeit 8 radial zwischen innerer Gehäusewand und äußerer Schwimmeroberfläche rotiert wird.It shows the inside of the fixed bearing housing 1 on a rotating shaft 3 mounted rotary float 2 shows. The figure shows the state of storage during operation, in which the storage liquid in the warehouse 8th is rotated radially between the inner housing wall and the outer surface of the float.

Die nutzbare Rotationswelle 3 wird dabei berührungslos durch im Lagergehäuse 1 angebrachten Öffnungen 4 durchgeführt, welche im gezeigten Beispiel zu beiden Seiten des Lagergehäuses 1 angebracht sind. Umschlossen wird die Rotationswelle 3 an der Position der Gehäuseöffnungen 4 von Fanglagern 5, welche in ihrer Bauform entsprechend der zu erwartenden Belastung unterschiedlich gewählt sein können. Im gezeigten Beispiel werden hierzu einfache Gleitlager verwendet. Die Anordnung der Fanglager 5 ist so gewählt, dass diese während des laufenden Betriebs des Lagers die Rotationswelle 3 nicht berühren.The usable rotation shaft 3 is thereby contactless through in the bearing housing 1 attached openings 4 performed, which in the example shown on both sides of the bearing housing 1 are attached. The rotation shaft is enclosed 3 at the position of the housing openings 4 of fishing camps 5 , which may be chosen differently in their design according to the expected load. In the example shown, simple sliding bearings are used for this purpose. The arrangement of the fishing camp 5 is chosen so that it during the ongoing operation of the bearing the rotary shaft 3 do not touch.

Die durch die Schwimmerrotation radial bewegte Lagerungsflüssigkeit 8 übernimmt im rotierten Zustand des Lagers im gezeigten Beispiel eine radial zentrierende Funktion. Eine axiale Zentrierung ist bei dieser gezeigten Bauform nicht eingerichtet.The storage fluid moved radially by the float rotation 8th takes over in the rotated state of the bearing in the example shown a radially centering function. An axial centering is not established in this illustrated design.

Während des Stillstandes des in dieser Abbildung gezeigten Lagers bewegt sich die Lagerungsflüssigkeit 8 unter Einwirkung der Erdschwerkraft in die untere Hälfte des Lagergehäuses 1 und erreicht final den Pegelstand 9, wobei die Rotationswelle 3 auf Grund des zusätzlichen Auftriebs des inneren Schwimmers 2 in die entgegengesetzten Richtung an die Fanglager 5 geführt wird.During the stoppage of the bearing shown in this figure, the storage liquid moves 8th under the influence of earth gravity in the lower half of the bearing housing 1 and finally reaches the water level 9 , where the rotation shaft 3 due to the additional buoyancy of the inner float 2 in the opposite direction to the fishing camp 5 to be led.

2 zeigt einen vertikalen Schnitt entlang der axialen Rotationsachse durch ein hydro-magnetisches Zentrifugallager nach Patentanspruch 1 bis 3, welches zur radialen Zentrierung der Rotationswelle 3 die bereits in 1 beschriebene Anordnung von feststehendem Lagergehäuse 1 mit dem darin befindlichen Rotationsschwimmer 2 sowie die radial zwischen Lagergehäuse 1 und Rotationsschwimmer 2 rotierte Lagerungsflüssigkeit 8 verwendet. 2 shows a vertical section along the axial axis of rotation by a hydro-magnetic centrifugal bearing according to claim 1 to 3, which for the radial centering of the rotary shaft 3 already in 1 described arrangement of fixed bearing housing 1 with the rotary float located therein 2 as well as the radial between bearing housing 1 and rotary swimmers 2 rotated storage liquid 8th used.

Als besonderes Merkmal besitzt diese Variante des Lageraufbaus nur eine Wellendurchführung 4 im Lagergehäuse 1 sowie nur ein um die Rotationswelle angebrachtes Fanglager 5. Diese Variante des hydro-magnetischen Zentrifugallagers würde sich auf Grund der Tatsache, dass die enthaltende Lagerungsflüssigkeit 8 bei nicht rotierter Rotationswelle 3 bei Schwerkraftumgebung zu einer Lagerseite hin bewegt, auch hervorragend für eine vertikale Anordnung der Rotationswelle 3 eignen bei der die Wellendurchführung 4 sich an einer oberen Seite befindet, da so bei stehendem Rotorschwimmer 2 das Lager nicht ausläuft.As a special feature, this variant of the bearing structure has only one shaft bushing 4 in the bearing housing 1 and only one mounted around the rotary shaft fishing camp 5 , This variant of the hydro-magnetic centrifugal bearing would be due to the fact that the containing storage liquid 8th when the rotation shaft is not rotated 3 moved in gravity environment to a bearing side, also excellent for a vertical arrangement of the rotary shaft 3 are suitable for the shaft feedthrough 4 is located on an upper side, as so when the rotor float 2 the warehouse does not leak.

Für die axiale Zentrierung des Rotationsschwimmers 2 innerhalb des Lagergehäuses 1 besitzt der gezeigte Rotationsschwimmer 2 in seinem inneren einen fest angebrachten und mitrotierten Permanentmagneten 10, welcher eine axiale Magnetisierung aufweist. Zu beiden in axialer Richtung liegenden Seiten befinden sich je ein feststehender Permanentmagnet 6. Diese sind ebenfalls in axialer Richtung magnetisiert und umschließen die Rotationswelle 3 berührungslos.For the axial centering of the rotary float 2 inside the bearing housing 1 has the rotation float shown 2 in his inside a permanently attached and mitrotierten permanent magnet 10 which has an axial magnetization. Both sides, which are located in the axial direction, each have a stationary permanent magnet 6 , These are also magnetized in the axial direction and enclose the rotation shaft 3 without contact.

Durch die beidseitige axiale Abstoßung des im Rotationsschwimmer 2 befindlichen Permanentmagneten 10 an den außen am Lagergehäuse angebrachten Permanentmagneten 6 wird der Rotationsschwimmer 2 axial im Lagergehäuse 1 so justiert, dass im normalen Lagerbetrieb eine mechanische Berührung der Lagerflächen vermieden wird. Hierzu kann die axiale Distanz der äußeren festestehenden Permanentmagnete 6 zum Rotationsschwimmer 2 variiert werden. Zum Ausgleich von radialen Kräften, die während der Beschleunigung der Lagerungsflüssigkeit 8 auftreten, kann je nach Erfordernis die radiale Zentrierung der äußeren Permanentmagnete 6 zudem leicht von der genau zentrierten Position abweichen.Due to the bilateral axial repulsion of the rotary float 2 located permanent magnet 10 on the outside of the bearing housing mounted permanent magnet 6 becomes the rotation swimmer 2 axially in the bearing housing 1 adjusted so that a mechanical contact of the bearing surfaces is avoided in normal storage operation. For this purpose, the axial distance of the outer stationary permanent magnets 6 to the rotation swimmer 2 be varied. To compensate for radial forces during acceleration of the storage fluid 8th occur, as required, the radial centering of the outer permanent magnets 6 also slightly different from the exact centered position.

3 zeigt einen radialen Schnitt durch das Lagergehäuse mit dem darin befindlichen Rotationsschwimmer eines hydro-magnetisches Zentrifugallager nach Patentanspruch 1 bis 3, welches dem bereits in 2 beschriebenen Lager entspricht. 3 shows a radial section through the bearing housing with the therein Rotationsschwimmer a hydro-magnetic centrifugal bearing according to claim 1 to 3, which already in 2 corresponds described bearing.

Die im Betrieb einsetzende zentrifugale Zentrierung des im feststehenden Lagergehäuses 1 befindlichen Rotationsschwimmers 2, welcher auf der Rotationswelle 3 fest montiert ist, und durch seine Rotation die Lagerungsflüssigkeit 8 entlang der radialen Innenfläche des Lagergehäuses 1 bewegt, ist hier ersichtlich. Zur Verdeutlichung der wirkenden Zentrifugal- und Zentrierkräfte wurde in der gezeigten Abbildung Pfeile eingezeichnet, welche befindlich außerhalb des Rotationsschwimmers 2 der Zentrifugalkraft der Lagerungsflüssigkeit 8 und befindlich innerhalb des Rotationsschwimmers 2 der durch die Verdrängung desselben entstehenden radialen Zentrierkraft entsprechen.The centrifugal centering of the fixed bearing housing during operation 1 located Rotationsschwimmers 2 which is on the rotation shaft 3 is firmly mounted, and by its rotation the storage liquid 8th along the radially inner surface of the bearing housing 1 moved, can be seen here. To illustrate the effective centrifugal and centering forces arrows were drawn in the figure shown, which are located outside of the rotary float 2 the centrifugal force of the storage liquid 8th and located inside the rotary float 2 correspond to the same caused by the displacement of the radial centering.

Ebenfalls gut ersichtlich ist hier die leichte Abweichung der außen am Lagergehäuse 1 angebrachten Permanentmagnete 6 von der zentrierten Position um die Rotationswelle 3. Die Verschiebung der Position nach leicht rechts unten unterstützt den Rotationsschwimmer 1 über eine dadurch zusätzlich wirkende radiale Krafteinwirkung auf den inneren fest angebrachten Permanentmagneten 10 bei der Beschleunigung der enthaltenen Lagerungsflüssigkeit 8 im Uhrzeigersinn.Also clearly visible here is the slight deviation of the outside of the bearing housing 1 attached permanent magnets 6 from the centered position about the rotation shaft 3 , The shift of the position to slightly lower right supports the rotary float 1 via an additionally acting radial force on the inner permanently attached permanent magnet 10 in the acceleration of the contained storage liquid 8th clockwise.

Die durch die radial verschobene Position der Permanentmagnete 6 erbrachten radialen Kräfte sind so bemessen, dass diese bei normalem Lagerungsbetrieb von den entstehenden Beschleunigungs- und Zentrierkräften ausgeglichen werden und somit die Rotationswelle 3 radial zentriert zum Lagergehäuse 1 rotieren kann. Der Durchmesser der Durchführungsöffnung für Rotationswelle 3 innerhalb der äußeren Permanentmagnete 6 ist im gezeigtem Beispiel ausreichend groß gewählt, um gleichfalls eine Berührung der Rotationswelle 3 mit den Permanentmagneten 6 zu vermeiden.The through the radially shifted position of the permanent magnets 6 provided radial forces are such that they are compensated in normal storage operation of the resulting acceleration and centering and thus the rotation shaft 3 radially centered to the bearing housing 1 can rotate. The diameter of the passage opening for rotary shaft 3 inside the outer permanent magnets 6 is chosen sufficiently large in the example shown to also touch the rotary shaft 3 with the permanent magnets 6 to avoid.

Bei einem Betrieb des hydro-magnetischen Zentrifugallagers in reduzierter bzw. nicht vorhandener Schwerelosigkeit sowie auch bei vertikalem Betrieb des Lagers kann die radiale Verschiebung der äußeren Permanentmagnete 6 entfallen.In an operation of the hydro-magnetic centrifugal bearing in reduced or nonexistent zero gravity and also in vertical operation of the bearing, the radial displacement of the outer permanent magnets 6 omitted.

4 zeigt einen horizontalen Schnitt in der Draufsicht entlang der axialen Rotationsachse durch ein hydro-magnetisches Zentrifugallager nach Patentanspruch 1 bis 3, welches dem bereits in 2 beschriebenen Lager entspricht. 4 shows a horizontal section in plan view along the axial axis of rotation by a hydro-magnetic centrifugal bearing according to claim 1 to 3, which already in 2 corresponds described bearing.

Die Lageranordnung entspricht hier ebenfalls einem in Betrieb befindlichen Lagers mit entlang der inneren Oberfläche des Lagergehäuses rotierten Lagerungsflüssigkeit 8, welche eine radiale Zentrierung bewirkt.The bearing arrangement also corresponds here to an operating bearing with bearing liquid rotated along the inner surface of the bearing housing 8th , which causes a radial centering.

Zusätzlich ersichtlich ist hier die bereits in 3 beschriebene radiale Verschiebung von beiden axialen Zentriermagneten 6, welche leicht abweichend zur radialen Zentrierung mit Rotationswelle 3 ist.In addition, here is the already in 3 described radial displacement of both axial centering magnets 6 , which differs slightly from the radial centering with rotary shaft 3 is.

Durch die gegenseitige Abstoßung aller drei Permanentmagnete wird für den Permanentmagneten 10 des Rotationsschwimmers 2 eine neutrale Position erreicht, die den Rotationsschwimmer 2 so im Lagergehäuse 1 anordnet, dass eine unbeabsichtigte Kollision beider Körper vermieden wird.Due to the mutual repulsion of all three permanent magnets is for the permanent magnet 10 of the rotary swimmer 2 reaches a neutral position, the rotation swimmer 2 so in the bearing housing 1 orders that an unintentional collision of both bodies is avoided.

Die übrigen Bezeichnungen entsprechen Angaben aus den vorgenannten Zeichnungen.The other terms correspond to information from the aforementioned drawings.

5 zeigt eine hydro-magnetische Zentrifugallagerkombination nach Patentanspruch 1 bis 4 sowie 5, welche eine Anordnung von den beschriebenen Lagerungsvarianten auf einer gemeinsamen Rotationswelle 3 darstellt. In dieser Bauform erhält die Rotationswelle 3 zusätzliche Ausrichtungsstabilität, da diese an zwei Punkten durch die zentrifugale Zentrierwirkung je eines hydro-magnetischen Zentrifugallagers geführt wird. 5 shows a hydro-magnetic centrifugal bearing combination according to claim 1 to 4 and 5, which is an arrangement of the described storage variants on a common rotary shaft 3 represents. In this design receives the rotary shaft 3 additional alignment stability, as it is guided at two points by the centrifugal centering of each of a hydro-magnetic centrifugal bearing.

Beide in der Zeichnung gezeigten Lager sind durch eine gemeinsame Rotationswelle 3 angetrieben, welche durch einen hier nicht gezeigten Antrieb erfolgt. Dieser Antrieb kann ein berührungsfreies elektromagnetisches oder strömungsgebundenes Verfahren sein, um eine vollständige mechanische Berührung der Rotationswelle 3 zu mechanischen Teilen zu vermeiden und so den mechanischen Verschleiß während des Dauerbetriebs nahezu vollständig zu reduzieren.Both bearings shown in the drawing are by a common rotation shaft 3 driven, which is effected by a drive not shown here. This drive may be a non-contact electromagnetic or flow-bound method to achieve complete mechanical contact of the rotary shaft 3 to mechanical Avoiding parts and so almost completely reduce the mechanical wear during continuous operation.

Die beiden gezeigten Lager benötigen lediglich eine einmalige Füllung des Lagergehäuses 1 mit der Lagerungsflüssigkeit 8, welche im gezeigten Beispiel Wasser ist. Für die vereinfachte Befüllung sind an den Lagergehäusen Füllleitungen 7 angebracht, die nach der Befüllung des Lagers verschlossen werden können und keine weitere Funktion haben. Während der Füllung der beiden Lagergehäuse 1 werden die beiden Rotationsschwimmer 3 durch die bei gezeigten Modell vorhandene Schwerkraft nach oben verdrängt und von den Fanglagern 5 aufgefangen.The two bearings shown only require a one-time filling of the bearing housing 1 with the storage liquid 8th which is water in the example shown. For simplified filling, there are filling lines on the bearing housings 7 attached, which can be closed after filling the camp and have no other function. During the filling of the two bearing housings 1 become the two rotation swimmers 3 displaced upwards by the model shown gravity and from the backup bearings 5 collected.

Sobald die Lagergehäuse 1 mit ihrer Lagerungsflüssigkeit 8 gefüllt sind, wird für den Betrieb der Lager lediglich die Erzeugung der Rotation für Rotationswelle 3 benötigt. Wird die umgebende Schwerkraft eliminiert, so agieren die Lager weiterhin erfindungsgemäß, da die Zentrifugalkraft auf die Lagerungsflüssigkeit 8 auch unter diesen Bedingungen wirkt und so den Rotationsschwimmer 2 sowie die damit verbundene Rotationswelle 3 weiter zentriert.Once the bearing housing 1 with their storage fluid 8th are filled, the operation of the bearing is only the generation of rotation for rotary shaft 3 needed. If the surrounding gravity is eliminated, the bearings will continue to act according to the invention because of the centrifugal force on the storage liquid 8th even under these conditions, and so the rotation swimmer 2 and the associated rotation shaft 3 further centered.

Die aus den Lagergehäusen 1 herausgeführte Rotationswelle 3 liegt bei dieser beispielhaften Lageranordnung frei und kann für unterschiedliche genutzt werden. Ideal sind hierfür Anwendungen mit erhöhten Drehzahlen, welche eine gewisse Nachgiebigkeit der Lager erfordern oder erlauben, sowie Anwendungen in Schwerelosigkeit und unter Bedingungen, bei denen nur begrenzte Ressourcen zur Verfügung stehen.The from the bearing housings 1 led out rotary shaft 3 is free in this exemplary bearing assembly and can be used for different. Ideal for this are applications with increased speeds, which require or allow for a degree of flexibility of the bearings, as well as applications in weightlessness and under conditions in which only limited resources are available.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims

Hydro-magnetic centrifugal bearing with usable rotary shaft, characterized in that the usable rotary shaft or rotation shaft by means of a rotary float, which is located within a fixed and partially filled with a liquid bearing housing, by rotation and thereby also set in rotation said liquid and the thus beginning Centrifugal force on said liquid, obtained by displacement radially centering, and by the same centrifugal displacement of said liquid to the inner radial surface of said bearing housing allows, said rotation shaft by one or more radially centered opening (s) in said bearing housing without contact and avoiding the use of additional shaft seals out of this, without that said liquid exits the bearing housing during operation, and without these said liquid must be pumped, promoted, replaced or pressurized by measures required in addition to the float rotation to maintain said storage function.

Hydro-magnetic centrifugal bearing according to claim 1, characterized in that one or more of said openings for passing said rotary shaft through said bearing housing are provided with a fishing camp, and at the start or termination of the rotation of said rotary shaft, this catch thereby in prevent this operating condition occurring inadvertently contact between said rotary float and said bearing housing.

Hydro-magnetic centrifugal bearing according to claim 1 and 2, characterized in that for the axial centering of said rotary float in said bearing housing a radially centered within said Rotationsschwimmers mounted permanent magnet is used, which has a magnetic polarization in the axial direction and extending to both axial Directs to permanent magnets repels, which are also provided with an axial magnetic polarization, and which are arranged on said bearing housing so that they enclose said rotary shaft without contact.

Hydro-magnetic centrifugal bearing according to claim 1 to 3, characterized in that on the outer surface of said rotary float structures in the form of grooves, indentations or blades are mounted, which support the acceleration of said surrounding liquid along the inner radial surface of said bearing housing, and a circumferential bulge along the inner radial surface of said bearing housing which causes axial centering of said fluid in rotation and thereby better assists radial centering action in phases of start-up or coast-down of rotation.

Hydro-magnetic centrifugal bearing according to claim 1 to 4, characterized in that said usable rotary shaft has been provided with a combination of a plurality of bearings formed according to claim 1 and possibly extended with the arrangements of claim 2, 3 or 4, and thereby obtains additional storage points, and so stabilize the radial and axial alignment of said rotary shaft and increase the load capacity thereof.

Hydro-magnetic centrifugal bearing according to claim 1 to 4, characterized in that said usable rotated rotary shaft is driven by non-contact magnetic forces in the form of an electromagnetic stator, which is fixed and radially centered around said rotary shaft, and fixed to the said rotary shaft connected rotor cage or a radially magnetized permanent magnet acts and said rotation shaft is rotated.

A hydro-magnetic centrifugal bearing according to claim 1 to 4, characterized in that said usable rotary shaft is driven by non-contacting flow forces in the form of a nozzle or guide arrangement fixedly and radially centered around said rotary shaft and providing a driving medium a paddle wheel fixedly connected to said rotary shaft passes and thereby rotates said rotary shaft.