DE19628883A1

DE19628883A1 - Dämpfungsplatte und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE19628883A1
Application number: DE19628883A
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Takayama; Toshiyuki Ogawa; Atsushi Keneko
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1995-07-17
Filing date: 1996-07-17
Publication date: 1997-01-23
Also published as: US5823033A; JP3543875B2; JPH0929366A; US6250643B1

Description

Ausgangspunkt

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dämp fungsplatte und ein Verfahren zur Herstellung der Dämp fungsplatte und insbesondere auf eine Dämpfungsplatte, die in einem Spalt zwischen einem Laufrad und einem Ge häuse verwendet wird, und zwar als Schub- oder Axialkissen oder Element oder ein Radialkissen oder Element eines Gleitwellenlagers oder an einer Dichtoberfläche einer schwimmenden bzw. schwebenden Dichtvorrichtung in einer Drehmaschine wie z. B. einer Pumpe.

Beschreibung bekannter Technik

Eine Dämpfungsplatte wird in einer Drehmaschine verwendet zum Reduzieren der Strömungsmittelleckagemenge zwischen einem Drehkörper und einem stationären Teil, um die Effi zienz der Drehmaschine zu erhöhen und um einen Abfede rungs- oder Lagereffekt vorzusehen, um die Auslenkung des Drehkörpers zu verringern. Die Dämpfungsplatte muß daher notwendigerweise stark bzw. fest genug sein, um einen Kontakt mit dem Drehkörper, der sich mit einer hohen Ge schwindigkeit dreht, zu widerstehen. Die Dämpfungsplatte muß auch notwendigerweise akkurate Polygonmuster aufwei sen, die den Auffang- bzw. Federeffekt ansprechend auf die Auslenkung des Drehkörpers durchführen. Ferner ist die Dämpfungsplatte vorzugsweise als eine dünne Platte ausgebildet, so daß sie leicht gebogen werden kann, damit sie sich zur leichten Anbringung an eine gekrümmte Ober fläche anpaßt.

Eines der Beispiele einer solchen Dämpfungsplatte ist ei ne (Honig-)wabenplatte wie sie in den Fig. 6A bis 6D gezeigt ist mit einer Vielzahl von Konvex-, Konkavmustern mit einem hexagonalen Querschnitt.

Herkömmlicherweise wird die Wabenplatte durch eines der folgenden Verfahren hergestellt:

(1) Maschinenverarbeitung unter Verwendung einer dreidi mensionalen Verarbeitungsmaschine;
(2) einen Ätzvorgang unter Verwendung einer Dünnfilm maske mit einer Vielzahl von polygonal gemusterten Lö chern, die an der Metallplatte angebracht sind;
(3) Laserstrahlverarbeitung unter Verwendung der Energie eines Laserstrahls; da es schwierig ist, die Konvex- Konkavmuster bei diesem Verfahren mit einem Schritt zu formen, wird die Platte zuerst bearbeitet, damit sie Löcher beinhaltet und dann mit einer Bodenplatte versehen durch Hartlöten oder andere Befestigungsverfahren;
(4) ein Blasverfahren unter Verwendung einer Maske. Eine Dünnfilmmaske mit einer Vielzahl von Polygonallö chern wird an der Metallplatte befestigt in derselben Art und Weise wie bei dem Ätzvorgang. Blas- bzw. Gebläsepar tikel werden ausgestoßen, um die Konvex- Konkavmuster darauf zu definieren.

Jedes dieser Verfahren hat jedoch die folgenden Nach teile:

(1) Maschinenverarbeitung:
Da eine feine Verarbeitung notwendig ist, wird ein Werk zeug bei der Verarbeitung leicht abgenutzt und eine Ver arbeitungszeit ist lang.
(2) Ätzverfahren:
Da der Umfang des Loches auch durch den Vorgang geätzt wird, können die akkuraten polygonalen Muster nicht er reicht werden.
Ferner ist, um ein gleichförmiges Ätzen durchzuführen, die Auswahl des Materials beschränkt.
(3) Laserstrahlbearbeitung:
Eine Anzahl von Schritten ist notwendig und die Kosten sind hoch.
(4) Blasverfahren:
Da die Dünnfilmmaske auch durch das Blasen bzw. Strahlen verbraucht wird, kann die Verarbeitung nur solange durch geführt werden, wie der Dünnfilm verbleibt und somit sind tiefe Konkavmuster schwierig zu definieren. Da ferner ein hartes oder festes Material nicht verarbeitet werden kann, sind die in dem Verfahren verwendbaren Materialien beschränkt.

Aus den obigen Gründen ist es notwendig, ein praktisches Verfahren zur Herstellung einer Dämpfungsplatte eines (Honig-)wabentyps mit einer hohen dimensionalen Genauig keit und zu vernünftigen Kosten vorzusehen. Insbesondere, wenn eine dimensionale Genauigkeit nicht erreicht wird, muß der Spalt zwischen der Dämpfungsplatte und dem Dreh körper größer sein, um Kontakte, Schleifen oder Reibung dazwischen zu verhindern. In diesem Fall kann eine Dreh maschine mit hoher Leistung und weniger Vibration nicht durch die Verwendung der Vorteile der Wabenplatte vorge gehen werden.

Die Erfindung

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Dämpfungsplatte für eine Drehmaschine und ein Verfahren zur Herstellung der Dämpfungsplatte vorzusehen, das es möglich macht, eine Dämpfungsplatte des Wabentyps herzu stellen, mit präzisen Dimensionen und zu vernünftigen Ko sten.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Dämpfungsplatte zur Abdichtung zwischen einem Dreh teil und einem stationären Teil einer Drehmaschine und zum Abfedern des Drehteils vorgesehen, die folgendes auf weist:
eine superplastische Materialplatte; und eine Vielzahl von konvexen Teilen und konkaven Teilen, die in der su perplastischen Materialplatte definiert sind, wobei die Vielzahl von konvexen Teilen und konkaven Teilen durch ein superplastisches Verarbeitungsverfahren ausgebildet sind.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Dämpfungsplatte für eine Dichtung zwischen einem Drehteil und einem stationä ren Teil einer Drehmaschine und zum Abfedern des Dreh teils vorgesehen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Herstellen einer superplastischen Platte; und Definieren einer Vielzahl von konvexen Teilen und konkaven Teilen in der superplastischen Platte durch ein superplastisches Verarbeitungsverfahren.

Bei der obigen Erfindung kann das superplastische Materi al aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus folgenden Ma terialien besteht: austenitischer rostfreier Stahl, Zwei phasen rostfreier Stahl, Aluminiumlegierungen, Titanle gierungen und Keramiken.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Dämpfungsplatte mit Polygonalmustern, wie z. B. den Wabenmustern, die bei den herkömmlichen Verfahren schwierig herzustellen sind mit akkuraten Dimensionen und zu vernünftigen Kosten her gestellt werden. Infolgedessen trägt die vorliegende Er findung zu der Verbesserung der Leistung der Drehmaschine bei. Da ferner viele unterschiedliche Materialien in dem Verfahren verwendet werden können, kann ein Material mit der gewünschten Härte oder Nachgiebigkeit bzw. Weichheit ausgewählt werden, um mit dem Gegenmaterial zusammenzu passen. Wenn somit ein Laufrad der Drehmaschine die Dämp fungsplatte kontaktiert, kann eine übermäßige Reibung vermieden werden. Darüber hinaus ist es durch Verbinden einer Vielzahl von Dämpfungsplatten mit denselben Mustern möglich, eine gewünschte Oberfläche einer komplexen Form abzudecken. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit, daß der Dämpfungsring der Drehmaschine einen Lagereffekt vorsieht. Infolgedessen kann eine Industriemaschine mi niaturisiert werden, und sie kann ein leichtes Gewicht aufweisen.

Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, die bevorzugte Ausführungs beispiele der vorliegenden Erfindung anhand von Beispie len darstellt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1A bis 1D perspektivische Ansichten, die einen er sten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung einer Dämp fungsplatte der vorliegenden Erfindung zeigen;

Fig. 2A eine perspektivische Ansicht eines zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung einer Dämpfungs platte der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2B eine perspektivische Ansicht, die einen Schritt zur Anbringung der Dämpfungsplatte der vorliegenden Er findung in einem Pumpengehäuse zeigt;

Fig. 3A bis 3D perspektivische Ansichten, die weitere Schritte zur Anbringung der Dämpfungsplatte der vorlie genden Erfindung in dem Pumpengehäuse zeigen;

Fig. 4 einen Graph, der eine Leistung der Pumpe unter Verwendung der Dämpfungsplatte der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5A und 5B Graphen, die ein Ergebnis einer Vibrati onsuntersuchung der Pumpe zeigen; und

Fig. 6A bis 6D schematische Darstellungen, die die Dämp fungsplatte darstellen.

Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbei spiels

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der folgenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Die Fig. 1A bis 1D zeigen eine Form zum Formen einer Dämpfungsplatte der vorliegenden Erfindung, die eine obere Form 1 und eine untere Form 2 umfaßt. Die untere Form weist eine Oberfläche mit konvexen und konkaven Tei len auf, die die konkaven Teile und konvexen Teile, die in der Dämpfungsplatte ausgebildet werden sollen, defi nieren. Die obere Platte 2 deckt die untere Platte 1 ab. In der oberen Form 2 und der unteren Form 1 sind Gas durchlässe vorgesehen zum Einführen eines Druckgases zu einem Materialflächenelement und Gasrohre 3 zum Einführen und Ablassen des Gases zu und weg von dem Material. Die obere Form 2 und die untere Form 1 werden zwischen kera mischen Platten 4 gehalten, die mit einer eingebauten Heizvorrichtung versehen sind zum Erwärmen bzw. Heizen der Formen 1, 2 auf eine spezifische Temperatur wie in Fig. 1A gezeigt ist.

In einem Verfahren zum Herstellen der Dämpfungsplatte wird eine dünne Platte 5 eines superplastischen Materi als als Material verwendet. Beispiele des superplasti schen Materials umfassen z. B. austenitischen rostfreien Stahl, Zweiphasen rostfreien Stahl, Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen und Keramiken, sie sind nicht aber nicht auf diese beschränkt.

Nachdem die dünne Platte 5 auf die untere Form 1, in der ein Hohlraum definiert ist, plaziert ist, wird die dünne Platte 5 mit der oberen Form 2 abgedeckt. Die dünne Plat te 5 wird auf eine superplastische Verarbeitungstempera tur erhitzt und ein Druck wird angelegt zum Herstellen einer Wabenplatte 6 mit einer Vielzahl von polygonalen, konvexen Teilen und konkaven Teilen wie in Fig. 1C ge zeigt ist.

Nachdem die Wabenplatte auf Dimensionen entsprechend ei nem zu befestigenden Teil geschnitten ist (Fig. 1D) wird die Wabenplatte durch eine Walze gebogen, damit sie einer speziellen gekrümmten oder planen Oberfläche (Fig. 2A) entspricht. Danach kann die Wabenplatte an einem Gehäuse 10 befestigt werden durch eine Sicherungs- bzw. Befesti gungsschraube 9 (Fig. 2B), in das Gehäuse 10 eingepaßt werden (Fig. 3A), über einen Kleber bzw. ein Haftmittel an dem Gehäuse befestigt werden (Fig. 3B), in einer Nut in dem Gehäuse durch einen Kleber oder ein Haftmittel be festigt werden (Fig. 3C) oder durch ein Biegeverfahren befestigt werden (Fig. 3D).

Nachfolgend wird ein Leistungstest der Dämpfungsplatte, die durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt wurde, bei der Verwendung in der Drehmaschine (Pumpe) be schrieben. Die Leistung der Pumpe ist in Fig. 4 gezeigt. Die Spezifikation der verwendeten dünnen Platte war die folgende:
Dicke der Platte: 0,3 mm
Material der Platte: SUS329J4L Zweiphasen rostfreier Stahl
Bestandteile der Platte: in %.
Cr 25,0; Ni 6,3; Mo 3,2; N 0,1; Fe der Rest.

Die Bedingung für eine superplastische Verarbeitung sind die folgenden:
Erwärmungstemperatur: 900-1000 °C
Angelegter Druck: 20 kgf/cm²
Formofen: Argongasatmosphärenofen
Biegevorgang: Walzbiegverarbeitung durch eine Scherrolle und eine untere Form.

Eine Spaltgröße zwischen dem Laufradmundring und der Dämpfungsdichtung betrug 0,05 mm (die Hälfte wie bei dem herkömmlichen Beispiel).

Obwohl die Spaltgröße auf die Hälfte gesetzt wurde im Vergleich zu der herkömmlichen Maschinenverarbeitung wie oben beschrieben, wurde ein Abrieb infolge Reibung und Kontakt mit dem Drehkörper nicht beobachtet und die Pum peneffizienz wurde um ungefähr 2% verbessert. Der Grund für die Verhinderung der Reibung und des Kontaktes ist, daß die Dimensionsgenauigkeit stark verbessert wurde ver glichen mit der, die durch das herkömmliche Verfahren vorgesehen wird und das hier ausgewählte Material ist weicher als das herkömmliche Material austenitischer rostfreier Stahl SNS304.

Die Verbesserung der Pumpeffizienz wird durch den folgen den Grund erreicht. Durch die Dämpfungsplatte 6, die zwi schen dem Laufrad und dem Gehäuse 10 vorgesehen ist, wird das Strömungsmittel innerhalb des Spaltes abgedichtet, wenn der Spalt kleiner wird und das Strömungsmittel legt einen Druck auf die zu dem Laufrad weisende Oberfläche an, um den spezifischen Spalt beizubehalten, um eine La gerfunktion dazwischen durchzuführen. Diese Lagerfunktion erzeugt eine Abfederungsfunktion zum Reduzieren der Vi bration der Drehmaschine und sie ermöglicht eine Minimie rung der Anfangsgröße des Spaltes, um Leckage des Strö mungsmittels zu reduzieren.

Fig. 5A ist ein Graph, der ein Ergebnis einer Vibrations untersuchung der Drehmaschine während des obigen Experi mentes zeigt. Wie sich deutlich aus der Zeichnung ergibt, wird die Vibration um 1/2 und 1/3 bezüglich der in Fig. 5B gezeigten herkömmlichen Pumpe bei einer festgelegten Drehzahl N bzw. 1/2N reduziert.

Obwohl bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele der vor liegenden Erfindung gezeigt und im Detail beschrieben wurden, sei bemerkt, daß unterschiedliche Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Um fang der folgenden Ansprüche abzuweichen.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:
Es ist eine Dämpfungsplatte für eine Drehmaschine und ein Verfahren zur Herstellung derselben gezeigt, bei dem es möglich ist, eine Dämpfungsplatte eines (Honig-)wabentyps mit akkuraten Dimensionen und zu vernünftigen Kosten her zustellen. Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Dämp fungsplatte zum Abdichten zwischen einem Drehteil und ei nem stationären Teil einer Drehmaschine und zum Abfedern des Drehteils weist die Dämpfungsplatte eine Vielzahl von konvexen Teilen und konkaven Teilen auf und die Vielzahl von konvexen Teilen und konkaven Teilen wird durch ein superplastisches Verarbeitungsverfahren hergestellt.

Claims

1. Dämpfungsplatte zur Abdichtung zwischen einem Dreh teil und einem stationären Teil einer Drehmaschine und zum Abfedern des Drehteils, wobei die Dämpfungs platte folgendes aufweist:
eine superplastische Materialplatte; und
eine Vielzahl von konvexen Teilen und konkaven Tei len, die in der superplastischen Materialplatte de finiert sind, wobei die Vielzahl von konvexen Teilen und konkaven Teilen durch ein superplastisches Ver arbeitungsverfahren ausgebildet sind.

2. Dämpfungsplatte nach Anspruch 1, wobei das superpla stische Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die die folgenden Materialien beinhaltet: austentischen rostfreien Stahl, Zweiphasen rostfreien Stahl, Alu miniumlegierungen, Titanlegierungen und Keramiken.

3. Verfahren zur Herstellung einer Dämpfungsplatte zur Abdichtung zwischen einem Drehteil und einem statio nären Teil einer Drehmaschine und zum Abfedern des Drehteils, wobei das Verfahren die folgenden Schrit te aufweist:
Herstellen einer superplastischen Platte; und Defi nieren einer Vielzahl von konvexen Teilen und konka ven Teilen in der superplastischen Platte durch ein superplastisches Verarbeitungsverfahren.

4. Verfahren zur Herstellung einer Dämpfungsplatte ge mäß Anspruch 3, wobei das superplastische Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die die folgenden Ma terialien beinhaltet: austentischen rostfreien Stahl, Zweiphasen rostfreien Stahl, Aluminiumlegie rungen, Titanlegierungen und Keramiken.