DE2223266A1

DE2223266A1 - Schwingungsdaempfendes gashydrodynamisches Wellenlager

Info

Publication number: DE2223266A1
Application number: DE19722223266
Authority: DE
Inventors: Dominique Blay; Louis Bourgain
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1971-05-13
Filing date: 1972-05-12
Publication date: 1972-11-23
Also published as: LU65345A1; IT958858B; BE783181A; CH553930A; FR2137108B2; FR2137108A2; GB1369572A; NL7206317A

Description

PATENTANWALT 7 ? 9 ? 2 ß 6

DR. HANS ULRICH MAY

D S MÜNCHEN S, OTTOSTRASSEIa

TELEGRAMME: MAYPATENT MÜNCHEN

TELEFON CO8113 59 36 82

B 4125.3 GL München, den 12. Mai 1972

Dr.M/rt CP 428/1079

Commissariat ä 1'Energie Atomique in Paris, Frankreich

Schwingungsdämpfendes gashydrodynamisches Wellenlager,

Die Erfindung betrifft ein schwingungsdämpfendes gashydrodynamisches Wellenlager.

Bekannt ist ein Wellenlager, das. ein Gehäuse aufweist, in dem eine zur Welle im wesentlichen gleichachsige Bohrung und ein zwischen der Welle und der Bohrung zwischengeschaltetes Reibelement vorgesehen sind, das mindestens eine zur Achse der Bohrung senkrechte ebene Fläche aufweist, die an einer entsprechenden Fläche des Gehäuses reibt, wobei die übertragung mindestens eines Teils der von der Welle auf das Reibelement ausgeübten Radialkräfte auf das Gehäuse mittels in radialer Richtung komprimierbarer elastischer Elemente erfolgt, um eine geringe Dezentrierung der Welle in der Bohrung zu gestatten.

Ein solches Wellenlager arbeitet gtit, solange der Druck des Fluids in der Nähe des Atmosphärendrucks bleibt. Falls das Wellenlager bei hydrodynamischem Betrieb unter einem sehr niedrigen Gasdruck von

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unter 5 Torr ( in der Größenordnung von 0, Oi bis 5 To^r- ,· arbeiten soll, muß die Steifheit des elastischen Elements in der Radialrichtung verringert werden.

Zu diesem Zweck ist ein elastisches Element bekannt, das im wesentlichen aus eine¹·¹ Mehr-zahl zur Achse paralleler und unter Eieguncjsbeanspruchung arbeitende? Lamellen besteh·:., Im ^X/r\]zn vird die erforderliche Schwingungsdämpfung durch elastisch komprimierbare Radialreibkörper bewirkt»

Obgleich ein so abgewandeltes Wellenlagar bei. sehr geringen Drücken und linearen Geschwindigkeiten von etwa 60 m/s befriedigend arbeitet, hat seine rein mechanische Ausb-U'^ing dan iMacirteil, daß störende Reibungen mit einer Zentrier- und Dämpfungsschwelle auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen, indem Elemente verwendet werden, die bei Bedarf sofort ansprechen und nur unwesentliche störende Reibungen erzeugen.

Diese Aufgabe wird bei einem Wellenlager der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß es zwischen den kreisförmigen Umfangsbereichen des Lagers und seinem tragenden Gehäuse Magnetkörper, welche die elastische Rückführung des Lagers in die Zentrierung bewirken. und ebenfalls zur Zentrierung beitragende dichte Ölstoßdämpfer vom Typ "dash-pot" in regelmäßiger Verteilung aufv/eist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das eigentliche Lager einen winkelförmigen radialen Querschnitt und das Trägergehäuse einen U-förmigen Querschnitt,, der zum Winkel parallel ist, wobei der Boden des U dem zur Welle parallelen Schenkel des Wiakels zugewandt ist» wobei ferner Bohrungen und kreisförmige Ausnehmungen im Kreisrandabschnitt des Trägergehäuses in gleichmäßigen Ab täfidcn verteilt vorgesehen sind, in welche die zwischen dem Lager und dem Träger eingeschalteten Magnetgarnituren und Stoßdämpfer eingesetzt

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jie Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung einer in den beigefügten Zeichnungen nur als Beispiel gezeigten Ausführungsform eines solchen Wellenlagers mit drei Paaren von Magnetgarnituren und drei Paaren von Stoßdämpfern, die miteinander abwechselTi. In den Zeichnungen zeigen:

Fig, 1 einen Querschnitt des Wellenlagers in einer durch die Achse gehenden Ebene (gemäß 1-1 der Fig. 2');

Fig. 2 einen Schnitt längs der Ebene Il-II der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt in Höhe eines Paars von Magnetgarnituren gemäß der Ebene m-lll der Fig. 2.

Wie in Fig. 1 gezeigt, dient das Wellenlager A zur Zentrierung der Welle 2 eines Drehteils B, beispielsweise eines Zentrifugenmantels. Auf die Welle 2 ist ein Schrumpfring 3 aus einen. Material mit hoher Oberflächenhärte, wie nitrierter Stahl, aufgezogen, der einen besseren Oberflächenzustand als der gewöhnlich als "feingeschliffen" bezeichnete aufweist. Das den Schrumpfring 3 umgebende Lager A weist ein Gehäuse oder festen Träger 4 auf, der im wesentlichen die Form

Spindel mit
einer/Wange?? also mit einem radialen Querschnitt in U-Form_r wobei der Boden dieses U parallel zur Welle ist, aufweist. Zwischen diesem Träger und dem Schrumpfring 3 ist das eigentliche zylindrisch geformte Lager 7 angeordnet, das nach oben durch einen Flansch verlängert ist, doh. im Querschnitt einen Winkel mit im wesentlichen gleichen Schenkeln bildet. Wie im linken Teil der Fig» 1 ersichtlich, umgibt der Winkel parallel in einem Abstand den oberen Schenkel und Boden des U-förmigen Trägers.

In den einander zugewandten kreisringförmigen Wange bzw. Flansch des Lagers und des Trägers 4 sind gleiche und aufeinander ausgerichtete ICreisbohrungen 21 bzw. 20 in regelmäßigen Abständen um den Kreisumfang verteilt angeordnet, wie Fig. 2 für die sech«. Bohrung en ;⁵1 zeigt. Diese Bohrungen sind paarweise mit einem rf ink el ab st and

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von 120° von einem Paar zum folgenden angeordnet. Zwischen jedem Paar aufeinander folgender Bohrungen 21 sind ebenfalls am Rand des Trägers ein Paar von kreisrunden Aus schnitten 22 ausgebildet, welche Kreisbögen von etwa 240° bilden. Der v/ir;kelabstand zwischen den Achsen zweier Bohrungen, zweier Ausnehmungen oder von einer Bohrung und einer benachbarten Ausnehmung ist stets gleich 30°.

In die Achslinie der beiden Bohrungen 20 und 21 ist einen Magnetgarnitur eingesetzt. Wie Fig. 1 zeigt, ist in die Bohrung 20 des Lagers ein Zapfen 13 eingebettet, der dem Träger gegenüber kreisförmige vorspringende Zentrierringe 14 aufweist, v/ä rend ein weiterer Zapfen 16 unterhalb desselben in die Bohrung 21 des Lagers eingebettet ist und kreisförmige vorspringende Zentrierringe 23 aufweist, die sur Zentrierung mit den Ringen 14 zusammenwirken, wobei zwischen den beiden Teilen ein Luftspalt (Polspalt) verbleib¹;-. Die zur Zentrierung erförderliche Magnetwirkung wird durch den Permanentmagneten 15 erzeugt, der zylindrisch geformt und zur Welle parallel ist und den gleichen Querschnitt wie die Zapfen aufweist. Der magnetische Kreis ist durch die Platte 17 geschlossen. Die Zapfen 13 und die Platte 17 sind untereinander und mit dem Lager 7 durch Schrauben 24 und 25 (Fig. 3) fest verbunden. Außerdem ist jeder Permanentmagnet 15 mit seinem unteren Teil in einem Ring 26 zentriert _P der an einer Grundplatte 27 angeschweißt ist. die an äe^ «nteren Wange des Trägers 4 mittels Schrauben 28 befestigt ist.

In jede Ausnehmung 22 ist ein Ölstoßdämpfer eingesetzt, der auf der unteren Wamje des tragenden Gehäuses 4 ruht. Der Stoßdämpfer enthält einen zur Welle 2 parallelen Kolben 8, ds£ser oberer Kopf in einer Bohrung 29 des Flansches des Lagers 7 eingesetzt ist, gegen den sich der Kolben mit einem Flansch 30 abstützt, während gegenüber diesem Flansch 30 an der unteren. Wange des Trägers eii.e ^u dieser durch einen Zapfen 31 verankerte Bodenplatte 9 befestigt i?t_:.

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die den Zylinder 11 des Stoßdämpfers trägt, der eingeschlossen ist in eine dichte Kammer, die von einem den Flansch des Kolbens und die Grundplatte verbindenden Balgen 12 gebildet wird. Dieser Stoßdämpfer ist mit einem beliebigen Öl gefüllt, insbesondere einem Öl, dessen Viskosität im wesentlichen temperaturunabhängig konstant ist. Der Kolben 8 drückt über eine Kugel 10 gegen die Grundplatte, wobei die Berührungsflächen 32 bzw, 33 des Kolbens und der Grundplatte mit der Kugel konkav gewölbt sind und dia Höhe, cles Stoßdämpfers auf der unteren Wange des Trägers 4 mittels Unterlegscheiben (Keilen) 34 eingestellt wird.

Um die Abdichtung zwischen der Hochdruckabteilung und der Nieder-

ist
druckabteilung herzustellen,/eine Profildichtung 18 sowie eine in

die Bohrung des Lagers A eingeschnittene Molekularpumpe vorgesehen·*· Das beschriebene Lager arbeitet wie folgt:

Wenn sich infolge irgendeiner Störung das Lager 7 aus seiner Gleichgewichtsstellung entfernt, sind die zwischen den Zentrierringen '!4 und 23 wirkenden Magnetkräfte bestrebt, das Lager in seine Gleichgewichtsstellung zurückzubringen. Die rückstellende Zentrierwirkung ist unabhängig von der Störbewegisng des Lagers, ob radial oder tangential, wirksam, da die von den Kreisringen 14 und 23 ausgeübte Wirkung aufgrund ihrer Anordnung selbst mehrachsig ist. Außerdem ist der Wirkungsgrad der Magnetgaronituren gut_f da ihre paarweise Anordnung die magnetischen Verluste verringert. ■

Außerdem tragen in den Stoßdämpfern die konkaven Auflager, auf die sich die Kugeln 10 abstützen, ebenfalls mechanisch zur Zentrierung bei, während die zwischen den Zentrierringen 14 und 23 wirksamen Anziehungskräfte durch die Druckkräfte der Kugeln auf die Grundplatten· 9 kompensiert werden«

Hinsichtlich der Schwingungsdämpfung wirken die zwischen dam üchrumpf-BAD ORIGINAL** 0 9 8 48/0 8 4 6

ring 3 und der Innenbüchse ces Lagsrs 7 auftretenden hydrodynamischen Kräfte seitlich auf das Lager. Das Öl in jedem Stoßdämpfer wird also zwischen dem Kolben 8 und dem Zylinder 11 laminiert, was die erf tctetiichen Dämpfungskräfte hervorruft, indem der Balgen 12 auf Biegung beansprucut wird.

Sine solche Ausbildung ist im Vergleich mit den rein mechanischen zentrierenden und serwi/igungsdämp fendsn Rucks LeHvorichtungen vorteilhaft, da die zentrierende Rückführung im wesentlichen durch die magnetischen Kräfte erhalten wird, die keinen störenden Reibungen unterliegen, während die Dämpfung durch Stoßdämpfer im Öl nicht die Nachteile einer Schwelle wie bei Re:u umjssystemsn hat,

Die einzigen beim erfindungsgemäßen Layer .auftretenden störenden Reibungen sind die zwischen den Kugeln und ihren konkaven Auflag~·ν-flächen, und diese Reibungen s:JAd bekanntlich minimal-.

Das e?£indungsgemäße Lag^r lä.Gu sich sehr¹ Ieic.Iiί einstellen, Die Steifheit läßt sich durch Veränderung des magnetischen Flusse«3 verändern, d.h. durch Veränderung der Qualität der Magnete, die Ferrite ssin können. Anderer sei f:s kann man Dämpfung entweder durch Veränderung des Gpiels zwischen den Kolben 8 und den Zylindern V der Stoßdämpfer oder durch Veränderung der Eingsnscha.tten des benutzten Öls, insbesondere seiner Viskosität, vei^ä

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Claims

ί Λ J Schwingungsdämpfendoss gashydrodynamisches Wellenlager mit zentrierenden RuckstelI- und Dämpfungsvorrichtungen-, welches ein Gehäuse, in des?! eine &ur Welle im wesentlichen gleichachsige Bohrung ausgebildet ist. und ein zwischen der Welle und der Bohrung des Gehäuses eingeschaltetes Reibelement aufweist, 'i'obei das Reibelement mindestens eine zur Achse der Bohrung senkrechte ebene und mit einer entsprechenden Fläche des Gehäuses reibende Fläche aufweist und die Übertragung mindestens eines Teils der von der V/eD Ie auf das Reibelement ausgeübten Kadialkräfte auf das Gehäuse mittels einer in radialer Sichtung lcompr int j erbaren elastischen Vorrichtung erfolgt, um eine leichte Peser.tr rusruiig der Welle in de?'· Bol.iru.ng zu ermöglichen, wobei das Lager .insbesondere für sehr geringe Gasdrücke geeignet ist. dadurch gekennzeichnet:.- daß zwischen den kreisrunden Randbereiclien .des Lagers (7; und seines tragenden Gehäuses [A) Magnetgarnituren (13,16) welche zur elastischen Rückführung in die Zentrierlage dienen, und ebenfalls sur Zentrierung beitragende dichte ölstoßdäinpfer in regelmäßiger Verteilung angeordnet sind«
2, Wellenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eigentliche Lager (7) einen winkelförmigen Kadialquerschnitt und

das tragende Gehäuse (4) einen U-förmigen Eadialquerschnitt, der sich mit einem Abstand parallel zum V'inl...el erstreckt, wobei de3? Boden des U dem der Welle (2) zugewandten Schenkel des V/inkels zugewandt ist, aufweist und irn kreisförmigen Randbereich des Trägers (4) kreisförmige Bohrungen (21) und Ausnehmungen (22) für das Einsetzen der zwischen dem Lager und dem Träger angeordneten Magnetgaronituyen (21 j und ölstoßdämpfer ausgebildet sind.
3. We3 ]<?n.i-ag<=??:■ ):acb Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Träger \4_λ ,i:..c iorrn r-.-j.ner ,'!pule mit Va=-]gen ha';., dciß die olje^e Wangs

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der Spule eine gerade Anzahl von kreisförmigen Bohrungen (21) und sechs jeweils einen Kreisbogen von 240° bildende Ausnehmungen (22) aufweist und daß die Bohrungen sowie die Ausnehmungen jeweils paarweise angeordnet sind und der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Bohrungen und/oder Ausnehmungen jeweils etwa 30° beträgt.
4. Wellenlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den oberen Teil des Lagers (?) bildende kreisförmige Flansch eine gerade Anzahl von Bohrungen (20) von gleichem Durchmesser und gleicher Zahl wie die Bohrungen (21) der oberen kreisförmigen Wange des Trägers (4) aufweist, die mit diesen parallel zur Welle (2) ausgerichtet sind und aur Aufnahme der mehreren Magnetgarnituren (13„ 16) dienen..
5. Wellenlager nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß jede Magnetgarnitur (13, 16) einen zwiscTie die Wangen der tragenden Spule in der Achse zweier gegenüberliegender Bohrungen (20, 21) des Lagers und des Halters eingesetzten Permanentmagneten (15) aufweist, daß die-Bphrungen (20, 21) jede mit einem eingebetteten Zapfen (13, 16) mit kreisförmigen vorspringenden Ringen versehen sind) die zwischen zwei gegenüberliegenden Zapfen unter Verbleiben eines Luftspalts zusammenwirken, und daß der magnetische Kreis zwischen zwei benachbarten Magnetgarnituren durch eine oberhalb der Garnituren an der oberen Seite des oberen Flansches des Lagers (7) befestigte Platte (17) geschlossen ist.
6. Wellenlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wangen der tragenden Spule in der Achse jeder Ausnehmung (22) ein dichter Ölstoßdämpfer eingesetzt ist.
7. Wellenlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) des Ölstoßdämpfers mit einem Anschlagflansch (30) unter dem oberen Flansch des Lagers (7) befestigt ist , während der Zylinder

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(11) des Stoßdämpfers durch eine Grundplatte (9) an der unteren Wange des Trägers (4) befestigt ist, und daß der Stoßdämpfer mit Öl gefüllt ist, das in einem vom Flansch des Kolbens zur Grundplatte des Zylinders reichenden dichten Balgen (12) enthalten ist.
8. Wellenlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolben (8) und der Grundplatte (9) des Stoßdämpfers eine Kugel (10) angeordnet ist, die sich an den konkav ausgebildeten einander zugewandten Flächen (32 bzw. 33) des Kolbens und der Grundplatte abstutzt.
9. Wellenlager nach einem der Ansprüche 6 his 8, dadurch gekennzeichnet, dai3 das benutzte Öl eine von der Betriebstemperatur .unabhängige konstante Viskosität aufweist.

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