DE2264874C3 - Kombiniertes Axial- und Radial-Gleitlager mit magnetisierbarem Schmiermittel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein kombiniertes Axial- und Radial-GIeitlager mit einem magnetisierbaren Strömungsmittel als Schmiermittel, das durch ein von einem Magneten erzeugtes Magnetfeld innerhalb eines von der Lagerfläche gebildeten Spaltes gehalten ist.

Bei einem bekannten kombinierten Axial- und Radial-GIeitlager (US-PS 3439961) sind ein Axialgaslager und ein Radial-Flüssigkeitslager vorgesehen. Während das Axiallager durch Luft geschmiert ist, ist das Radiallager mit magnetisierbarer Flüssigkeit geschmiert. Das magnetisierbare Schmiermittel stellt dabei das Abdichtmittel für das in der Hochdruckkammer eingeschlossene Gas dar. Das Magnetfeld verhindert ein Entweichen des magnetisierbaren Schmiermittels. Mit dieser Entgegenhaltung wird somit dem Durchschnittsfachmann die Lehre erteilt, zwei voneinander unabhängige und unterschiedliche Schmiermittel für ein derartiges Lager zu verwenden, da offensichtlich ein einziges Schmiermittel als in keiner Weise ausreichend angesehen wurde. Der Magnet des Lagers nach dieser Entgegenhaltung dient primär als Synchron-Elektromotor zum Antrieb der Kreiselwelle.

Es wird jedoch an den Lagerspalten eine Konzentration des Magnetflusses quer zu den Spaltenden erzeugt, da die Spalt-Endringe aus nichtmagnetischem Material, z. F3. Teflon bestehen. Da es sich bei dem verwendeten Elektromagneten um den Stator eines Synchron-Elcktromotors handelt, wird im Stator ein rotierendes Magnetfeldsystcm erzeugt. Derartige bekannte Lager werden als Bifluidlager bezeichnet; bei ihnen bildet die magnetisierbare Flüssigkeit, wenn sie dem Hauptfeld ausgesetzt wird, eine Dichtung, die verhindert, daß Flüssigkeit aus dem Lager entweicht. ' Die bekannten magnetisierbaren Flüssigkeiten können als Wasserträger Silikonöle, Hydrokarbonate, z. B. Kerosin und insbesondere schwere Mineralöle oder Dibüthyl-Phthalate enthalten. Die fein verteilten Partikel aus magnetischem Material sind z. E. Ferriti" partikel, die üblicherweise einen Überzug besitzen, der verhindert, daß die Trägerflüssigkeit das magnetisierbare Material angreift. Bei einer Magnetpartikelgröße von 100 s werden kolloidale Dispersionen erhalten, die für alle praktischen Zwecke stabil sind, da ι · die Brown'sche Bewegung verhindert, daß die Partikel sich setzen.

Es ist zwar bereits bekannt (DE-OS 1675 076), bei einem kombinierten Axial- und Radiallager ein einziges fluides Medium zur gleichzeitigen Schmierung des -'<· gesamten Lagerspaltes des Radial-Axial-GIeitlagers zu verwenden, wobei als Schmiermitte! jedes beliebige, herkömmliche Schmiermittel zu verstehen ist, z. B. öl, Wasser, Luft usw. Es wird jedoch hierdurch nicht die Lehre erteilt, magnetisierbar Schmiermit- -'· tel zu verwenden, das zweifellos nicht unter die herkömmlichen Schmiermittel fällt.

Weiterhin ist juch bereits bekannt (GB-PS 783881), die magnetische Abdichtung durch Verwendung von Polschuhen und durch Konzentration «ι eines Magnetfeldes quer zu den Spaltenden vorzunehmen. Beider bekannten Einrichtung dient dies jedoch zur Abdichtung eines Vakuumbehälters, der von einer rotierenden Welle durchdrungen wird.

Auch ist es bekannt (US-PS 3682518), am inneren

;> und äußeren radialen Lagerspalt eines Axiallagers Polschuhe vorzusehen, die in Zusammenwirkung mit einer magnetisierbaren Flüssigkeit das zur Lagerung dienende Gas abdichten sollen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be- «> steht darin, ein Lager der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß es ausschließlich mit magnetisierbarer Flüssigkeit geschmiert betrieben werden kann und damit ein zweites Schmiermittel überflüssig wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen ι *> nach dem Oberbegriff durch die Kombination mit den im Anspruchskennzeichen aufgeführten Merkmalen a) und b) gelöst.

Die Maßnahme nach Merkmal a) ist bereits bei Axial-Radial-Gleiclagern für sich bekannt (DE-OS vi 1675076).

Die Maßnahme nach Merkmal b) ist bereits bei Wellendichtungen bekannt (GB-PS 783881).

Mit der Erfindung werden die Nachteile ausgeschaltet, die bei bekannten, mit zwei Strömungsmit-M teln arbeitenden Lagern auftreten. Es werden Lager geschaffen, die durch Verwendung einer magnetisierbaren Flüssigkeit als einziges Schmiermittel eine verbesserte Arbeitsweise und einen vereinfachten Aufbau haben. So werden die baulichen Komplikationen mi bei der Verwendung der magnetisierbaren Flüssigkeit als Dichtung für das andere Schmiermittel vermieden. Der Mangel gasgeschmierter Lager, insbesondere die rasche Zerstörung aufgrund des Lagerflächenkontaktcs, der im Betrieb bei niedrigen Drehzahlen, bei- >,-. spielsweise während der Anlauf- und Auslaufperiodcn unvermeidbar ist und die sich daraus ergebende Verschmutzung wie auch die hohe Anlaufleistung kommen hiermit in Wegfall.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche,

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 teilweise herausgebrochen eine Schnittansicht eines Axial- und Radial-GIeitlagers,

Fig. 2 teilweise herausgebrochen eine Teilschnittansicht einer der Druckplatten des Ausführungsbeispiels nach Fig. I₁

Fig. 3 teilwei-e herausgebrochen eine Teilschnittansicht längs der Linie 5-5 der Fig. 1.

In Fig. 1 zeigt ein kombiniertes Radial-Axial-Gleitlager mit einem Lagerteil 62, das auf einer Welle 64 befestigt ist. Das rotierende Lagerteil 62 besitzt einen zentrischen tragenden. Teil 66, der zwischen Endteilen 68 und 70 des Lagerteiles 62 ausgebildet ist. Druckplatten 72 und 74 sind in entsprechender Weise auf den Endteilen 68 und 70 befestigt und sind in axialer Richtung von dem mittleren tragenden Teil 66 des Lagerteiles 62 versetzt. Die Druckplatten 72 und 74 laufen deshalb mit dem Lagerteil 6% um. Zwei Endflansche 76 und 78 sind in entsprechender Weise mit den Endteilen 68 und 70 zusammenstoßend befestigt, so daß die Flansche ebenfalls mit dem Lagerteil 62 umlaufen. Die soweit erwähnten Komponenten bilden einen Teil des Rotors der Lageranordnung nach Fig. 1.

Die Lageranordnung nach Fig. 1 weist eine zylindrische Traganordnung 80 auf, die mit einem Gehäuse befestigt sein oder einen Bestandteil dieses Gehäuses darstellen kann. Ein Magnet 82 ist innerhalb de>. Traganordnung 80 angeordnet und wird dort durch zwei festgezogene Klemmschrauben 84 und 86 gehalten, die in Eingriff mit der Traganordnung stehen. Jeder der Klemmschrauben 84 und 86 hält eine von zwei ringförmigen Scheiben, die Polschuhe 88 und 90 in direktem Kontakt mit dem Magneten 82 halten und an diesem befestigt sind. Die in radialer Richtung nach innen verteilenden Polschuhe 88 und 90 erzeugen einen Pfad für das Magnetfeld, das durch den Magneten 82 aufgebaut wird und bewirken eine Konzentration des Magnetflusses an und quer zu entsprechenden Spalten 92 und 94, so daß ein magnetischer Kreis entsteht, da der Lagerteil 62 aus magnetischem Material besteht.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ferner ein stationäres, mittleres Stabilisierelement 96 vorgesehen, das die Form eines hohlen Zylinders besitzt, der aus nichtmagnetischem Material hergestellt ist; die äußere zylindrische Oberfläche ist dabei mit der inneren zylindrischen Oberfläche des Magneten 82 befestigt. Das Stabilisierelement 96 ragt in den Raum hinein, der durch den zentrischen, tragenden Teil 66 und jede der beiden Druckplatten 72 und 74 definiert ist. Die magnetischen Komponenten 82,88 und 90 stellen zusammen mit dem Stabilisierelement 96 den Stator der Lageranordnung nach Fig. 1 dar.

Stator und der Rotor der Lageranordnung nach Fig. 1 sind durch einen kontinuierlichen, mäanderförmigen Spalt getrennt, da sie in einem gewünschten Abstand durch eine magnetisierbare Flüssigkeit 98 gehalten werden, die den Spalt praktisch vollständig füllt, welcher nur längs der Spalte 92 und 94 offen ist. Die magnetisierbare Flüssigkeit 98 ist das einzige vorhandene Schmiermittel.

Wie sich aus der Darstellung nach Fig. 1 ergibt, kann die Lageranordnung als Kombination eines

Gleitlagers und eines doppelt wirkenden Drucklagers betrachtet werden. Das Gleitlager wird durch den zentrischen, tragenden Teil 66 und die gegenüberSiegende innere Fläche 97 des zentrischen Stabilisierelementes 96 gebildet. Wenn eine radiale Belastung auf die Welle 64 aufgebracht wird, wird das Lager exzentrisch, so daß der Flüssigkeitsdurchmesser sich im Lagerspalt 99 zwischen dem tragenden Teil 66 und der inneren Oberfläche 97 des zentrischen Stabilisierelementes 96 ändert. Der viskose Widerstand, den der sich bewegende, tragende Teil 66 auf die Flüssigkeit 98 ausübt, treibt die Flüssigkeit innerhalb des Lagerspaltes P9 an und baut einen hydrodynamischen Druck auf, der der radialen, auf die Welle 64 aufgegebenen Belastung entgegenwirkt.

Hydrodynamische Gleitlager, die mit Hilfe von unter Druck stehenden Schmiermitteln geschmierte Lager sind, sind jedoch instabil. Diese Instabilität läßt sich dadurch vermeiden, daß Nuten 102 in die Oberfläche des tragenden Teiles 66 eingeschnitten werden, die bewirken, daß die Flüssigkcitsdruckverteilung vergleichmäßigt wird. Wenn die Nuten 102 eine spiralförmige Gestalt aufweisen, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, wodurch ein Rotationssinn in Pfeilrichtung angenommen wird, dann drücken sie die Flüssigkeit 98 gegen die Mittelebene des Lagers, d. h. gegen die Mitte des zwischenliegenden tragenden Teiles 66. Dieser Effekt verhindert ferner ein Undichtwerde.n der Lageranordnung an den Abdichtungen längs der Spalte 92 und 94 durch Abnahme des Flüssigkeitsdruckes in den Zonen in der Nähe der Spalte 92 und 94.

Die doppelt wirkende druckabsorbierende Fähigkeit der Lageranordnung nach Fig. 1 ergibt sich aus dem Vorhandensein der Druckplatten 72 und 74, deren nach innen orientierte Oberflächen in der Nähe der Endflächen 73 und 75 des zentrischen Stabilisierelementes 96 liegen. Die Druckplatten 72 und 74 besitzen jeweils ein Schema von Spiralnuten 104, wie in Fig. 2 gezeigt, die die Oberfläche der Druckplatte 74 zeigt, welche dem zentrischen Stabilisierelement 96 zugewandt ist, wobei die Druckplatte mit dem Lagerstellenendteil 70 befestigt ist. Die Nuten 104 sind in die Oberfläche so eingeschnitten, daß der viskose Widerstand der Nuten 104 gegen die Flüssigkeit 98 auch aufgrund eines Pumpeffektes die Flüssigkeit gegen die Mittelebene des Lagers drückt, wodurch der Flüssigkeitsdruck an oder zur Lagermitte erhöht wird, während der Flüssigkeitsdruck an den Spalten 92 und 94 abnimmt. Unter einer axialen, d. h. Drucklast, wird der Rotor der Lageranordnung in axialer Richtung verschoben, so daß der Abstand auf einer Seite des Lagers zwischen einer der Druckplatten, entweder 72 udei 74, und der benachbarten Endfläche 73 oder 75 des Stabilisierelementes 96 geringer wird, während der Abstand am anderen Ende zunimim. Dies bewirkt, daß das Ende mit dem verkleinerten Abstand als Pumpe wirksamer wird und einen Druckanstieg erzeugt, während der Druck an dem Ende mit dem größeren Abstand abnimmt. Ein stetiger Zustand wird erhalten, wenn die durch den Unterschied zwischen den Drücken am einen oder anderen Ende erzeugte Kraft gleich und entgegengesetzt der angelegten Belastung wird.

Die Durchfluß';anäle, z. B. der Durchflußkanal 106, in Fig. I und im Querschnitt in Fig. 3 gezeigt, können zwischen den Endflächen 73 und 75 des Stabilisierelementes 96 vorgesehen sein, um zu verhindern,

daß Laststützdrücke (von einer axial angelegten Last stammend) die Flüssigkeit durch die magnetische Abdichtung an einem der Spalte 92 und 94 herausdrükken. Die Kanäle wirken auch zur Stabilisierung des Lagers in axialer Richtung, indem eine Instabilität hervorrufende Druckunterschiede verhindert werden. Zweckmäßigerweise werden mehrere solcher Durchflußkanäle 106 vorgesehen, die in gleichem Abst voneinander um den Umfang des Stabilisierelemci 96 angeordnet sind; Anzahl und Größe dieser Kar hängen von den Arbeitsbedingungen ab, unter de die Lageranordnung betrieben werden soll. Fine Ie sichere magnetische Abdichtung wird längs jedes Spalte 92 und 94 ausgebildet.

Hierzu 1 MIaIt Zeichmincen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kombiniertes Axial- und Radial-GIeitlager mit einem magnetisierbaren Strömungsmittel als Schmiermittel, das durch ein von einem Magneten erzeugten Magnetfeld innerhalb eines von der Lagerfläche gebildeten Spaltes gehalten ist, gekennzeichnet durch folgende für sich bekannten Merkmale:

a) der Lagerflächenspalt (99) verläuft über alle zu schmierenden Lagerflächen (Radiallagerfläche 97, Axiallagerflächen 73, 75) und ist von dem — das einzige Strömungsmittel bildenden - Schmiermittel (98) ausgefüllt;

b) zur Abdichtung gegen ein Herausfließen des magnetisierbaren Strömungsmittels (98) aus dem Lagerspalt (99) sind an dessen äußeren Spaltenden (92, 94) radial nach innen verlaufet.de Polschuhe (88, 90) des Magneten (82) vorgesehen, die eine Konzentration des Magnetflusses quer zu den Spaltenden hervorrufen.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld das magnetisierbare Strömungsmittel in bekannter Weise mittels eines vollständigen magnetischen Kreises umfaßt.

3. Lager nach Anspruch 2, mit einem auf der Welle angeordneten umlaufenden Lagerteil, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (82) in bekannter Weiss rohrförmig ausgebildet ist und das rotierende Lagerteil (62) umgibt.