DE1498048C - Gasgelagerter Kreisel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kreisel mit dynamischen Gaslagern. Bei einem solchen Kreisel läuft der Rotor auf Gaspolstern, die sich durch die Rotation selbst bilden, ohne daß Druckgas zugeführt werden muß.

Bei einem bekannten, mit Innenstator und Außenrotor versehenen Kreisel dieser Art sind zylindrische Lagerspalte für die radiale Abstützung und senkrecht zur Achse stehende ebene Lagerspalte zur axialen Abstützung des Rotors vorgesehen. Um einen symmetrischen Aufbau zu erzielen, trägt die feststehende Statorwelle den Innenstator sowie beidseits des Innenstators fest mit der Statorwelle verbundene Lagerzapfen, während am Außenrotor ein dem Innenstator gegenüberstehender Antriebsring sowie beidseits des Antriebsringes angeordnete Lagerhülsen befestigt sind, die im Zusammenwirken mit den Lagerzapfen die zylindrischen Lagerspalte bilden.

Um die notwendige Genauigkeit bei der Breite der zylindrischen Lagerspalte zu erzielen, wurden die beiden Paare von Lagerzapfen und Lagerhülsen bisher einzeln bearbeitet. Es bestanden dann aber große Schwierigkeiten, die beiden Lager beim Zusammenbau in Flucht zu bringen.

Durch die Erfindung soll demgegenüber erreicht werden, daß die beiden durch die zylindrischen Lagerspalte gebildeten Radiallager in einem Zuge bearbeitet werden können und daß ein Fluchten der Lager gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß erfolgt zu diesem Zweck eine besondere Abstimmung zwischen den Durchmessern einerseits der Lagerteile und andererseits der Antriebsteile. Sie besteht darin, daß die zylindrischen Lagerspalte in dem Durchmesserbereich liegen, der durch den Magnetfeldspalt zwischen Innenstator und Antriebsring begrenzt ist.

Bezeichnet man die Innendurchmesser der Polfläche und der Lagerflächen des Rotors mit d_x bzw. d₃ und die entsprechenden Außendurchmesser des Stators mit d, und d_i (vgl. vorweg F i g. 2), so kann derselbe Vorschlag auch so ausgedrückt werden: es soll ^₁ =^d₃ und d₂ i= α*₄ sein. Der Stator erhält somit die Form einer Walze, deren mittleren Teil der geblechte Eisenkörper bildet. Der Rotor hat eine entsprechende Bohrung, die außen mit den Lagerhülsen und in der Mitte z. B. mit einem Hysteresering als antriebswirksamem Teil ausgekleidet ist. Die Oberflächen des Eisenkörpers und des Hystereseringes sind jeweils gegenüber den Lagerflächen etwas zurückgesetzt (hinterdreht). Dadurch kann man das Honwerkzeug für die Lagerhülsen in einem Zuge durchziehen und auch die Lagerzapfen ohne abzusetzen überarbeiten, d. h. ohne den Achsabstand des Schleif- oder Polierwerkzeuges zu ändern. Da die Lagerhülsen zum Aus- und Einbau des Stators nicht voneinander getrennt werden müssen, bleiben sie genau fluchtend.

Auf der Grundlage des hinsichtlich der Radiallager erfindungsgemäß ausgebildeten Kreisels können die die Axiallager bildenden ebenen Lagerspalte dadurch gewonnen werden, daß die axial nach außen gerichteten Stirnflächen der mit dem Rotor verbundenen Lagerhülsen als Paßflächen zur Auflage je einer Lagerscheibe bearbeitet sind und daß die Lagerscheiben zusammen mit den Stirnflächen der Lagerzapfen die ebenen Lagerspalte bilden. Um die Lagerscheiben an die Paßflächen der mit dem Rotor verbundenen Lagerhülsen anzupressen und damit die wesentlichen Teile des Rotors zusammenzuhalten, werden zweckmäßig Überwurfmuttern vorgesehen.

Üblicherweise werden die Wicklungsanschlüsse des Stators durch die hohle Statorwelle herausgeführt.

Die heraushängenden Anschlüsse sind indessen hinderlich bei der zum Zwecke der Bearbeitung der Lagerzapfen erforderlichen Einspannung des Werkstücks. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit wird vorgesehen, daß lösbare Anschlußverbindungen für

ίο die Statorwicklungen in der Statorwelle angeordnet und axial so weit eingelassen sind, daß die Welle an stirnseitigen Vertiefungen zwischen die Zentrierspitzen von Bearbeitungsmaschinen aufgenommen werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kreisel, teilweise im Schnitt;

F i g. 2 ist ein schematisches Schnittbild zur Definition der einzelnen Durchmesser, und

Fig. 3 zeigt eine Variante der Lagerseheibenbefestigung.

In Fig. 1 ist der linke obere Teil des Stators im Schnitt und der rechte obere Teil in Ansicht dargestellt. Die ganze obere Hälfte des Rotors ist ebenfalls im Schnitt zu sehen. Eine Statorwelle 1 hat in ihrem mittleren Bereich einen größeren Durchmesser. Dort ist ein aus Blechen geschichteter Statoreisenkörper 2 aufgepreßt. Aus ihm ragen zu beiden Seiten die Wickelköpfe 3 hervor. Links und rechts vom Statoreisenkörper sind Lagerzapfen (d. h. Lagerinnenringe) 4<3 und 4 b auf die Welle aufgepreßt. Die Schulter der Welle zwischen dickerem und dünnerem Teil dient dabei als Anschlag für die Lagerzapfen. In eine Zentralbohrung 5 der Welle, die nach außen einen Konus 6 bildet, ist mittels einer Isolierhülse 7 eine Steckbuchse 8 eingepreßt. Sie hat eine Bohrung 8 a zur Aufnahme eines Steckerstiftes und ist mittels einer isolierten Leitung 9 durch eine Querbohrung der Welle hindurch mit einem der Wicklungsanschlüsse verbunden. Der Zwischenraum zwischen dem Statoreisenkörper und dem Lagerzapfen ist mit einer härtbaren Vergußmasse ausgefüllt, welche die Wickelköpfe ganz einhüllt und auch die Querbohrung der Welle füllt. Um zu vermeiden, daß bei der thermischen Ausdehnung des elektrischen Teiles des Stators Spannungen auf die Lagerzapfen übertragen werden, kann zweckmäßigerweise auch ein radial verlaufender Spalt zwischen der erhärteten Vergußmasse und dem Lagerzapfen gelassen werden. Der rechte, im inneren Aufbau nicht sichtbare Teil des Stators, ist symmetrisch zum linken Teil und enthält somit ebenfalls eine Steckbuchse. Den zentralen Teil des Rotors bildet ein Rotorkörper 11. Auf ihn ist außen ein Inertialring 12 aus einem spezifisch schweren Metall aufgeschrumpft, während innen in der Mitte ein relativ dünner Hysteresering 13 eingesetzt ist. Der Hysteresering besteht aus einem hartmagnetischen Werkstoff und dient allein als antriebswirksamer Teil des Rotors. Zwischen Hysteresering und Statoreisenkörper 2 verläuft das antriebswirksame Magnetfeld. Der von den beiden Teilen gebildete zylindrische Spalt 14 wird daher im folgenden als Magnetfeldspalt bezeichnet. Er beträgt z. B. etwa 80 μ. Zu beiden Seiten des Hystereseringes sind Lagerhülsen 15 a und 15 b in den Rotorkörper eingepreßt. Sie haben einen rechteckigen Querschnitt

und tragen auf dem Außendurchmesser des axial über den Rotorkörper hinausstehenden Teiles ein Gewinde. Die nach außen weisenden Stirnflächen sind als Paßflächen genau eben bearbeitet. Ebenso sind die Innenflächen der Lagerhülsen und die Außenflächen der Lagerzapfen mit höchster Präzision bearbeitet, so daß sich zylindrische Lagerspalte 16 a und 16 b von nur etwa 2 bis 3 μ ergeben. Mit Hilfe von Überwurfmuttern 17 a und 17 b, die auf die Gewinde der Lagerhülsen passen, werden Lagerplatten

18 a und 18 b auf den Paßflächen der Lagerhülsen festgehalten. Zum Einstecken eines Werkzeuges zum Lösen und Festziehen der Überwurfmuttern haben diese je zwei Bohrungen, von denen eine, 17 c, dargestellt ist. Die Lagerscheiben sind als Ringscheiben ausgeführt und werden von der Statorwelle mit angemessenem Zwischenraum durchsetzt. Die Innenseite der Lagerplatten ist ebenso wie die Stirnseite der Lagerzapfen genau eben geschliffen. Die Teile bilden jeweils miteinander die ebenen Lagerspalte

19 a und 19 b von gleicher Größenordnung wie die zylindrischen Lagerspalte.

Zur Feinstbearbeitung sind beide Lagerhülsen schon im Rotorkörper 11 eingesetzt. Ebenso erfolgt die Feinstbearbeitung der Lagerzapfen nach deren Befestigung auf dem Stator. Mit den Aufnahmekonussen 6 wird der Stator zwischen Spitzen genommen und dadurch einwandfrei zentriert. Dabei kann das Schleif- oder Polierwerkzeug infolge der zurückstehenden Polflächen in einem Durchgang über beide Lagerzapfen geführt werden. Da beim Einstecken des Stators in den Rotor ein Lagerzapfen stets durch die normalerweise mit dem anderen Lagerzapfen zusammenwirkende Lagerhülse hindurchgesteckt werden muß, kommt es bei der Erfindung darauf an, daß die Lagerzapfen und Lagerhülsen untereinander genau gleiche Abmessungen haben. Im Gegensatz dazu konnte man sich bei den bekannten Kreiseln mit getrennten Radiallagern damit begnügen, daß ein Lagerzapfen zu seiner zugehörigen Lagerhülse paßte. Die an sich schwierige Einhaltung gleicher Abmessungen und Toleranzen ergibt sich nun nach dem Gedanken der Erfindung von selbst.

In dem schematischen Schnittbild nach Fig. 2 sind die Bezugszeichen aus F i g. 1 für die entsprechenden Teile übernommen und zusätzlich mit einem Strich (') versehen. Der Magnetfeldspalt 14' und die beiden Lagerspalte 16 a' und 16 b' sind zur Verdeutlichung der einzelnen Durchmesser d_x bis d_i noch weiter auseinandergezogen als in Fig. 1. Man entnimmt diesem Bild die erfindüngsgemäße Lehre O⁷J =: d₃ und do ^ ά_χ.

Eine andere Befestigungsmöglichkeit für die Lagerplatten ist in F i g. 3 gezeigt. Sie eignet sich insbesondere bei Lagerteilen aus keramischem Werkstoff. Nach dieser Weiterbildung ist das Gewinde für die Überwurfmutter 23 auf einen etwas anders gestalteten Rotorkörper 20 geschnitten. Lagerhülse 21 und Lagerplatte 22 sind im übrigen von ähnlicher Form wie in

ίο Fig. 1. Das Gewinde am Rotorkörper hat auch den Vorteil, daß die Preßverbindung zwischen dem Lagerzylinder 21 und dem Rotorkörper sich nicht lockern kann.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Symmetrischer, auf zylindrischen und ebenen Lagerspalten gasgelagerter Kreisel mit Innenstator und Außenrotor, bei dem eine feststehende Statorwelle den Innenstator sowie beidseits des Innenstators angeordnete Lagerzapfen trägt und am Außenrotor ein dem Innenstator gegenüberstehender Antriebsring sowie beidseits des Antriebsringes angeordnete Lagerhülsen befestigt sind, die im Zusammenwirken mit den Lagerzapfen die zylindrischen Lagerspalte bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Lagerspalte (16) in dem Durchmesserbereich (d_x... d₀) liegen, der durch den Magnetfeldspalt (14) zwischen Innenstator (2) und Antriebsring (13) begrenzt ist.

2. Kreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axial nach außen gerichteten Stirnflächen der mit dem Rotor (11) verbundenen Lagerhülsen (15 bzw. 21) als Paßflächen zur Auflage je einer Lagerscheibe (18 bzw. 22) bearbeitet sind und daß die Lagerscheiben zusammen mit den Stirnflächen der Lagerzapfen (4) die ebenen Lagerspalte (19) bilden.

3. Kreisel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anpressen der Lagerscheiben an die Paßflächen der rotorfesten Lagerhülsen Überwurfmuttern (17) vorgesehen sind.

4. Kreisel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß lösbare Anschluß-Verbindungen (8) für die Statorwicklungen in der Statorwelle (1) angeordnet und axial so weit eingelassen sind, daß die Welle an stirnseitigen Vertiefungen (6) zwischen die Zentrierspitzen von Bearbeitungsmaschinen aufgenommen werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen