DE2108590A1 - Anordnung zur Lagerung einer hochtourig, insbesondere elektromotorisch angetriebenen Welle - Google Patents

Anordnung zur Lagerung einer hochtourig, insbesondere elektromotorisch angetriebenen Welle

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DE2108590A1 DE19712108590 DE2108590A DE2108590A1 DE 2108590 A1 DE2108590 A1 DE 2108590A1 DE 19712108590 DE19712108590 DE 19712108590 DE 2108590 A DE2108590 A DE 2108590A DE 2108590 A1 DE2108590 A1 DE 2108590A1
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Description

Anordnung zur Lagerung einer hoehtourig, insbesondere elektromotorisch angetriebenen Welle
Die Erfindung besieht sich auf eine Anordnung zur Lagerung einer hoehtourig, insbesondere elektromotorisch angetriebenen Welle. Hoehtourig angetriebene Wellen finden bekanntlich bei Zentrifugenj Spinnmaschinen, Spinntopfen u.dgl. Verwendung.
Zur Lagerung solcher hoehtourig angetriebener Wellen v/erden in der Regel Kugellager verwendet, die jedoch bei extrem hohen Drehzahlen sehr geräuschvoll sind und einer relativ schnellen Abnutzung unterliegen. Aus diesem Grunde werden zur Lagerung hochtouriger Wellen auch Luftlager eingesetzt. Diese erfordern jedoch'relativ hohen Fertigungsaufwand sowie eine eigene Druckluftversorgung.
Der Erfindimg liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung für hoehtourig angetriebene YTellen zu schaffen, die die Nachteile der zuvor beschriebenen Lager nicht aufweist und die es insbesondere gestattet, die Yfeile unmittelbar von einem Motorläufer anzutreiben. Die Anordnung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende der vorzugsweise senkrecht angeordneten Welle als Spurlager und ein oberes Halslager als elastisches Radiallager ausgebildet ist. Dadurch wird bezweckt, daß sich die Drehachse der Welle auf die durch die Unwucht bedingte Massenachse de3 Systems einzustellen vermag. Dies ist sowohl bei Kugellagern als auch bei den üblichen Luftlagern infolge des geringen Lagerspiels nicht der Fall.
Voraugsweiae wird als Radiallager ein magnetisches Radiallager verwendet. Als Radiallager kann aber auch ein ent-
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sprechend bemessenes luftlager verwendet werden; ein solches hat jedoch infolge des erforderlichen großen Luftspaltes einen erheblichen Luftverbrauch.
Als-magnetischeD Radiallager wird zweckmäßig ein solches verwendet, das eine Anzahl nebeneinander auf der Welle angeordneter, in entgegengesetzter Richtung rcagnetisierter, scheibenförmiger innerer Ringe aufweist, die durch einen Luftspalt von einer gleichen Anzahl ihnen gegenüberliegender scheibenförmiger äußerer Eingc getrennt sind, die derart magnetisiert sind, daß die einander gegenüberliegenden Ringe sich abstoßen, um die Welle in radialer Richtung zu stabilisieren. Da bei den extrem hohen Drehsahlen erhebliche Zentrifugalkräfte in den mit der Welle verbundenen scheibenförmigen Ringen auftreten, ist es vorteilhaft, daß zwischen den rotierenden n.agnetischen Ringen Scheiben hoher mechanischer Festigkeit angeordnet sind, an denen die magnetischen Ringe, z.B. durch Kleben befestigt bzw. untereinander verbunden sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Spurlager als Kugellager ausgebildet ist und zur Stabilisierung des Magnetlagerc dient. Das Magnetlager kann hierbei gleichzeitig zur axialen Entlastung des Spurlagers ausgenutzt werden. Zur Erzielung einer axialen Entlastung des Spurlagers sind die zu einer Einheit zusammengefaßten äußeren magnetischen Ringe in axialer Richtung verstellbar angeordnet.
Ba bein Hochlauf der Felle ein kritischer Drehzahlbereich durchfa.hren werden muß, ist es zweckmäßig, daß am oberen Ende des feststehend angeordneten Magnetlagerteiles ein vorzugsweise mit der Welle unmittelbar zusammenwirkender ringförmiger Lagerteil mit ITotiaufeigenschaften angeordnet ist. Dieses lTotlauflager weist gegenüber dem Magnetlager weniger Lagerluft auf, um eine Beschädigung des Magnetlagers durch zu hohes Ausschwingen der Welle aus ihrer senkrechten Lage zu verhindern. Dieses Notlanflagex1 kann sowohl als Gleitlager als auch aus Kugellager ausgebildet sein. Eo ist vorteilhaft,
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daß das Notlager mit einer Dämpfung in radialer Richtung versehen ist.
Yi'eitere Einzelheiten der Erfindimg ergeben Rieh aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
Fig. 1 eine elektromotorisch angetriebene Zentrifugenwelle
und
Pig. 2 eine andere Ausführungsform des ITotlauf lagers.
In Pig. 1 ist mit. 1 der Topf einer Zentrifuge beseichnet, der an einer senkrecht stehenden YTelle 2 befestigt ist. Die sehr hochtourig angetriebene We3.1e 2 wird unmittelbar von einem Motor 3 bsw. dessen Läufer 4 angetrieben, welcher vorzugsweise ein Permanentiaagnetläufer aus ALKICO ist. Die senkrecht angeordnete Welle 2 ist aai unteren Ende 'mit Hilfe eines Spurenlagers zentriert, das allgemein mit 5 bezeichnet ist. Am oberen Ende der Welle 2 ist ein magnetisches Radiallager angeordnet, das allgemein mit 6 bezeichnet ist.
Als Antriebsmotor 3 wird vorzugsweise ein Motor mit elektronischer Kommutierungseinriehtung verwendet, der eine glockenförmig ausgebildete Ständerwicklung 7 aufweist, die den Läufer 4 umgibt und die innerhalb eines magnetischen Rückschlusses 8 untergebracht ist, welchcraus aneinanderliegenden ferromagnetischen Kreisringecheiben besteht. Die Ständerwicklung besteht in an sich bekannter V7eise aus mehreren Y»ricltlung> stangen, ζ.Έ, vier Strängen. Vorzugsweise sind die WicMungsstränge 7 und der magnetische Rückschluß 8 in Gießharz eingebettet, was in Pig. 1 der Übersicht halber nicht dargestellt ist. Die Ständerwicklung 7 unö der magnetische Rückschluß 8 sind in einem hohizylinderförmigen Gehäuse 9 befestigt, welches an der A\ißenseite mit Kühlrippen 10 versehen ist. Am unteren Ende des magnetischen Rückschliisses 8 ist ein ferromagnetischer Ring 11 angeordnet, der ebenfalls im Gehäuse 9 zentriert ist, In zwei um 90° läamlich versetzt angeordneten
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Aussparungen des Ringes 11 sind zwei Hallgeneratoren 12 untergebracht, die zur Ansteuerung von den einzelnen Wicklungssträngen 7 zugeordneten Transistoren ο.dgl. dienen. An Längsrippen o.dgl. 13 ist eine Anschlußplatte 14 für die Motorsteuerung befestigt, die nach außen geführt ist.
Das Motorgehäuse 9 weist an beiden Enden Flansche 15 vTid 16 auf, wobei an dem oberen Flansch das magnetische Radiallager 6 und an dem unteren Flansch 16 das S purl age x* 5 angeflanscht ist. 3)as magnetische Radiallager 6 besteht aus auf der Welle 2 angeordneten kreisringförmigen Magnetscheiben 20, die vorzugsweise in radialer Richtung magnetisiert sind. Die Magnetscheiben 20 sind in der Weise angeordnet, daß gleichnamige Pole einander gegenüberliegen. Die scheibenförmigen Hagnetringe 20 sind von kreisringförmigen Scheiben 21 umgeben, die die gleiche Stärke und die gleiche Magnetisierungsrichtung wie die Kreisringscheiben 20 aufweisen. Zwischen den kreisringförmigen Magnetscheiben 20 und 21 sind dünne unmagnetische Scheiben 17.angeordnet. Mit 23 ist der Luftspalt zwischen den kreisringförmigen Scheiben 20 und 21 bezeichnet. Während die Scheiben 20 unmittelbar an der Läuferwelle 2 angebracht sind, sind die Kreisringßcheiben 21 in einem Gehäuse 24 angeordnet, welches mit Hilfe eines Flansches 25 am Flansch 15 des Motorgehäuses 9 befestigt ist. Das Gehäuse 24 ist mit einer Platte 26 abgeschlossen, welche auf dem oberen Flansch 27 angeschraubt ist. Die Platte 26 weist einen Kragen 22 an einer kreisförmigen Ausnehmung 28 auf, wobei der ringförmige Kragen 22 als eine Art Notlauflager für die Welle 2 ausgebildet ist. Der Luftspalt zwischen Welle 2 und.Kragen 22 ist enger als der Luftspalt 23 zwischen den magnetischen Ringen 20 und 21. Damit soll gewährleistet sein, daß beim Hochlauf der Welle, z.B. einer Zentrifugenwelle, keine Beschädigung der Magnetlagerteile 20 und 21 hervorgerufen werden kann.
Wie. auf der rechten Seite der Fig. 1 angedeutet ist, ist es zweckmäßig, daß das magnetische Radial!ager bzw. dessen
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äußere magnetische Ringe 21 in axialer Richtung verateilbar angeordnet sind, um eine axiale Entlastimg des Spurlagers 5 herbeizuführen. Die Höhenverstellung der magnetischen Ringe kann hierbei mit Hilfe von konzentrisch zur Achse der Läuferwelle 2 angeordneten Stellschrauben 18 erfolgen, von denen lediglich eine dargestellt ist. Mit 19 ist eine Kontormutter für die Stellschraube 18 bezeichnet.
Wie 3?ig» 1 zeigt, ist das untere Ende 2' der Welle 2 kugelförmig ausgebildet, wobei dieses kugelförmige Ende in einer Art Spurplatte läuft, welche zu diesem Zwecke eine entsprechend geformte Einsenkung mit einem etwas größeren Durchmesser als die Kugel aufweist. Die Spurplatte 29 ist"in einem Gehäuse 30 des Spurlagers 5 eingelassen und mit Hilfe einer Deckelplatte 31 und Schrauben 44 befestigt. Mit 32 ist ein Spurlagerkörper bezeichnet, der das kugelförmige Ende 2' der· Welle 2 mit Spiel umgibt und so in axieJ er Richtung sichert. Zwischen Spurplatte 29 und Spurlagerkörper 32 ist eine Scheibe, z.B. eine Nomex-Scheibe angeordnet, die snir Schmierung der Kugel und als Ölreserve dient. Das nach oben eventuell austretende Öl wird durch eine Schleuderscheibe 34 abgeschleudert und kann durch Öffnungen 35 sur Scheibe 33 zurückfließen. Durch öffnungen 36 im Gehäuse 30 des Spurlagers 5 ist eine a,uf der Welle 2 angeordnete Wuchtscheibe 37 zugänglich.
Pig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für das Notlauflager. Es ist ebenfalls am oberen Ende des Magnetlagers 6 angeordnet. Mit 26 ist die obere Abdeckplatte bezeichnet, die einen Kragen 38 aufweist, in dera ein ringförmiger Teil 39 eines Kugellagers angeordnet ist. Mit 40 sind Lagerkugeln bezeichnet, die von einem Käfig 41 gehalten werden. Die Lagerkugeln 40 können unmittelbar Mit der Läuferwelle 2 zusammenwirken, die zu diesem Zweck eine Andrehung 42 aufweisen kann. Durch entsprechende Ausbildung der Andrehunc kann daa Kugellager dann die Sicherung der Welle 2 in axialer Richtung übernehmen.
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ο η ο ο -. η - -ι ■■) ο <j
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Zur Dämpfung des Notlauflagers in radialer Richtung ist zvvi~ sehen den Teilen 39 und dem Kragen 38 ein elastischer Teil 43, z.B. ein Gummiring o.dgl. angeordnet. Wie bereits erwähnt, dient das Notlauflager zum Abfangen von Resonanzschwingungen, die "beiia Hochlaufen der Y/elle 2 durchfahren v/erden müssen.
Da die Magnetringscheiben 20 bei hohen Drehzahlen der \7elle sehr hohen Zentrifugalkräften ausgesetzt sind, ist es vorteilhaft, daß die zwischen den rotierenden magnetischen Ringen 20 angeordneten Scheiben 17 hohe mechanische Festigkeit aufweisen und mit den magnetischen Ringen verklebt sind.
2 Figuren
14 Patentansprüche
BAD ORiGJNAL

Claims (14)

  1. 22. Feb. 197f
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    Patentansprüche 2108590
    Anordnung zur Lagerung einer hochtourig, insbesondere elektromotorisch angetriebenen Welle, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende (24) der vorzugsweise senkrecht angeordneten Welle (2) als Spurlager (5) und ein oberes Halslager als elastisches Radiallagor (6) ausgebildet ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halslaffer ein raagnetisches Radiallager (6) verwendet ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Radiallager (6) in an sich bekannter Weise eine Anzahl nebeneinander auf der Welle (2) angeordneter, in entgegengesetzter Richtung magnetisierter, scheibenförmiger innerer Ringe (20) aufweist, die durch eine;η Luftspalt (23) von einer gleichen Anzahl ihnen gegenüberliegender scheibenförmiger äußerer Ringe (21) getrennt sind, die derart magnetisiert sind, daß die einander gegenüberliegenden Ringe sich abstoßen, um die Welle (2) in radialer Richtung au stabilisieren.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den rotierenden magnetischen Ringen (20) dünne Scheiben (17) hoher meehanischer Festigkeit angeordnet sind, an denen die magnetischen Ringe z.B. durch Kleben befestigt bis?/, untereinander verbunden sind.
  5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einer Einheit (6) zusammengefaßten äußeren magnetischen Ringe (21) in axialer Richtung verstellbar angeordnet sind, um eine axiale Entlastung des Spurlagers (5) zu erzielen.
  6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, . daß am oberen Ende (26) des feststehend
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    angeordneten h:i£.erc- ίν. .·■ cir -cr immj.tiej.lsar nu-cr^cnvii'-'^iiac-.:· r mit K'ot-laiii' ei gmnehpf·; ~ η njv:-~ cy
    ΥΓΛ
    ^^c^ci pe nit der Welle (?) j ;-:.,;f'"r;:::" ^o r Lagerteil (?2)
    -i
  7. 7. Anordnung nnoii Arr.r-rueh (*, df-;^"r:! ■; L-.v.k cn;:."tU cJinr.t, ^n P der Tiu.f tepfil t iwi^chcr V-.;llv (,-Λ) -tr.;u den; vj^^^orn-i^Cji Lagerteil (22) h'lcim-r nlr, der L^fi ^pi·] i (?^) der Kij;i;netisehen Laf:eri.T)L,· .ist,
  8. Π, is 'lord r.ung nnch Aji^priuvu β our*' Y5 tl-.duruh ^ckcmizcioiinpi f daß dan Jlotl au Π n^rr ein Y,u£cll :;;'er is?t (J-1Ag. 2).
  9. 9r Anordrunii- iioeh Anspruch b οά α ν iV, nndurel) rc 1kcjib;:(^'cimct, W daß drs NotlauiMnrer mit einer Päinj^fujiß ('Γ'3) verrohen ist.
  10. 10. Anordnuiof; iincli Anpj^ruch 9» dadurch ^»'kciri.^.oiolinet, ü;\l> der ringfö.vj;;ißc Laßer te.il (39) rinn ti och, ;-.Β. mil Hilfe eines hohlK.vliiiderfönnigrn Teiles (43) au::- Gummi o.c^l. gelagert Jüt,
  11. 11. Anordnung };aoh eiiiom der Anaprfielie 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Aas Πpurl a^er ein Kugellager ißt.
  12. 12. Anordnung nach Anspruch 11, dadvrch geke.nnreiehnet, daß das untere Ende (2") der V/elle (?) kugolförniig ausgebildet ist und in einer entsprechend ausgebildeten Spurplattc (29) läuft,
  13. 13. Anordnung nach Anspruch 1.?, dadurch gekennzeichnet, daß das kugelförmig ausgebildete Ende (.?") dor Welle (2) durch einen Spurlagorkörper (32) in axialer Richtung fixiert ist.
  14. 14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende (?') eine Ölpchleudnrselieibo (34) vorgesehen ist, die von οίτη^ηι Scbni.i ermittelvorratcraum umgeben iot.
    BAD ORiGSNAL
    209f37/Ü289
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