DE2341850A1

DE2341850A1 - Schwingungsdaempfer fuer magnetlager

Info

Publication number: DE2341850A1
Application number: DE19732341850
Authority: DE
Inventors: Helmut Habermann
Original assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Current assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Priority date: 1972-08-23
Filing date: 1973-08-18
Publication date: 1974-04-04
Also published as: US3885839A; GB1443462A; DE2341850C2; FR2212889A5

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Dämpfung von Schwingungen in Magnetlagern sowie insbesondere auf die Dämpfung von Querbewegungen der von den Magnetlagern gehaltenen Eotorenden·

Solche Magnetlager sind aus einem beweglichen Teil, dem Rotor, an dessen Ende ein magnetischer Werkstoff angeordnet ist, und aus einem festen Teil, dem eigentlichen Lager, zusammengesetzt, in dem Elektromagnete eingebaut sind, deren Speisung den axialen Verstellungen des Rotors unterworfen ist, wobei für den Rotor eine mittlere, in bezug auf den festen Teil bestimmte Position sichergestellt wird. Die zuvor beschriebenen Lager gewährleisten also die Halterung einer Welle ohne jeden mechanischen Eontakt und lassen tatsächlich die Erreichung äußerst hoher Drehgeschwindigkeiten, z.B. solcher in der Größenordnung von 1000 t/s oder

noch mehr, zu.

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~2- 23^ i ν 5 0

Bei solchen Geschwindigkeiten ist die Achse des Rotors jedoch periodischen Schwingungen um eine Achse ausgesetzt, die rechtwinklig zu seiner Drehachse verläuft. Dieses Phänomen ist unter dem Hamen Nutation bekannt; seine frequenz ist praktisch der der Drehung des Rotors um seine Achse proportional und es besteht im Hinblick auf die erreichten Geschwindigkeiten die Notwendigkeit zu dämpfen.

Das ist das Ziel, das sich die vorliegende Erfindung gesetzt hat.

Das besondere Problem dabei besteht darin, die beiden augenscheinlich unvereinbaren Zielsetzungen zu einem Ausgleich zu bringent Dämpfung der Nutation des Rotors und Vermeidung jeglichen Kontakts zwischen Rotor und Lager.

Dieses Ziel wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß am Rahmen oder am Lager Reibungsmittel befestigt sind und auf ein mindestens teilweise aus magnetischem Werkstoff bestehendes sowie zwischen Rotor und Lager derart eingeschaltetes Bauteil einwirken, daß der magnetische Werkstoff sich genau in dem Luftspalt auf der Bahn der Feldlinien des Magnetkreises befindet, der den Rotor und das Lager verbindet.

Andererseits ist das Bauteil mit dem Rahmen derart verbunden, daß es mindestens annähernd rechtwinklig zu den Feldlinien in dem Luftspalt beweglich ist. Aufgrund dieser Ausgestaltung wird

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OFUGiNAL INSPECTED

jede radiale Verstellung des Rotors eine Deformation der Feldlinien nach eich ziehen, die eine entsprechende Verstellung des Bauteils bewirkt; umgekehrt wird es aus demselben Grund möglich sein, durch eine Einwirkung auf das Bauteil, vor allem durch eine Dämpfung seiner Bewegungen, auf die Bewegung des Rotors Einfluß zu nehmen und insbesondere seine nutation zu dämpfen·

Das Verständnis der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mit Hilfe der nachstehenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen erleichtert, die schematisch in der beigefügten Zeichnung dargestellt sind.

Es zeigen

Fig. 1 eine im Axialschnitt dargestellte Vorderansicht eines mit einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung versehenen Magnetlagers,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes, zur Einschaltang zwischen dem Ende des Rotors und dem Lager bestimmten Bauteile,

Fig. 3 eine Schnittansicht des in Fig. 2 dargestellten Bauteils nach Linie III - III,

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J U I ο b U

Pig. 4 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen, zur Einschaltung zwischen dem Ende des Rotors und dem Lager bestimmten Bauteils,

Pig. 5 eine Schnittansicht des in Pig. 4 dargestellten Bauteils nach Linie V-V,

Pig. 6 eine im Axialschnitt dargestellte Vorderansicht einer anderen Aueführungsform der Stütz- und Dämpfungsvorrichtung eines Einsehalt-Bauteils der in Pig. 1 dargestellten Vorrichtung und

Pig. 7 eine im Axialschnitt dargestellte Vorderansicht einer anderen Ausführungsform der Stütz- und Dämpfungsvorrichtung eines Einsehalt-Bauteils der in Pig. 1 dargestellten Art.

Wie Pig. 1 erkennen läßt, ist die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung auf einem Magnetlager 1 bekannter Bauart befestigt, das an einen Rahmen 2 angeschlossen ist und einen Elektromagneten aufweist, dessen Wicklung 3 bei Stromdurchgang eine magnetische Materie 4a induziert.

Diesem Lager 1 ist ein Rotor 5 zugeordnet, dessen Ende mit einem magnetischen Werkstoff 4b versehen ist, der den Anschluß des in Pig. 1 bei 11 schematisch dargestellten Magnetkreises gewährleistet.

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• 5- 2341^50

Auf der Bahn dieses Magnetkreises und in dem zwischen dem Lager 1 und dem Ende des Rotors 5 bestehenden luftspalt ist ein Bauteil 6 eingeschaltet, das aus zwei kreisförmigen Eingen 4c aus magnetischem Werkstoff zusammengesetzt ist, die genau auf dem Verlauf der Feldlinien des Magnetkreises angeordnet und mittels eines unmagnetischen Werkstoffs 7 voneinander getrennt sind·

Bas Bauteil 6 ist auf einer Halterung 9» z.B. radialen Stangen, auf irgendeine Weise, z.B. durch Einsetzen oder Aufkleben, befestigt, wobei die Halterung 9 mit dem Rahmen 2 über eine Aufhängung verbunden ist, die aus Klaviersaiten 8 besteht, welche mit ihrem einen Ende am Rahmen 2 und mit ihrem anderen Ende an der Halterung 9, z.B. durch Schweißen, befestigt sind.

Schließlich ist öl 10 mittels Kapillarität zwischen dem Bauteil 6 und dem Lager 1 gehalten.

Es versteht sich von selbst, daß die vorstehend vorgeschlagene Ausführungsfora lediglich als Beispiel und folglich keineswegs einschränkend zu verstehen ist· Pie dort beschriebenen Organe oder Mittel können also jede Form annehmen, die ihnen zu geben für wünschenswert gehalten wird, sofern man dabei innerhalb der von dem beigefügten Hauptanspruch präzisierten Grenzen bleibt.

Die Pig. 2, 3, 4 und 5 zeigen z.B. verschiedene mögliche Ausführungsformen des Bauteils 6.

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-ß- 2 3 4 1 ::■ S O

In den Fig. 2 und 3 ist eine Ausführung des Bauteils 6 dargestellt, bei welcher der unmagnetische Werkstoff 7» der die beiden kreisförmigen Ringe 4c aus magnetischem Werkstoff voneinander trennt, die Form kurzer radialer Stäbe aufweist, welche die beiden Ringe 4c miteinander verbinden; die Zahl der Stäbe ist dabei offensichtlich nicht einschränkend zu verstehen.

Die Fig. 4 und 5 lassen eine andere Ausführung des Bauteils 6 erkennen, bei der die Ober- und/oder die Unterseiten der beiden magnetischen Binge 4c nicht mehr in einer Ebene liegen. Das kann mehrere Vorteile haben, z.B. den einer weichen Begrenzung der Amplitude der radialen Verstellungen des Rotors 5f dabei erhält das obere Ende des Rotors 5 eine Form, wie sie z.B. strichpunktiert in Fig. 5 dargestellt ist, eo daß, ausgehend von einer bestimmten maximalen Amplitude, der Rotor 5 dann, wenn das Bauteil 6 seine radiale Bewegung nicht mehr mitmacht, gegen dessen Unterseite stößt. Weiter besteht der Vorteil, daß eine Möglichkeit zur Regelung der Dämpfung durch Änderung des zwischen der Oberseite des Bauteile 6 und dem Lager 1 gelegenen Spalts erzielt wird, z.l. mittels eines Gewindes, das zwischen einem der Ringe 4c und dem Werkstoff 7 vorgesehen ist.

Aus Fig. 6 ist eine andere Ausführungsform der Aufhängungs- und Heibungemittel des Bauteils 6 ersichtlich. Bei dieser Ausführungsform sind im Vergleich mit Fig. 1 die Klaviersaiten durch Federn ersetzt worden, während die Halterungen 9 unmittelbar auf z.B. aus Kautschuk bestehenden Reibern 12 aufliegen, die mit dem Rah-

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ORIGINAL INSPECTED

sen 2 fest verbunden sind.

Pig. 7 bat eine andere Ausführungsform der Aufhängungs- und Reibungsmittel des Bauteile 6 zum Gegenstand, Bei dieser Ausführungsform sind die Halterungen 9 des Bauteils 6, z.B. durch Verschweißen ihrer Enden, an Lagerfüßen angebracht, die in eine flüssigkeit eintauchen, welche in einem mit dem Rahmen 2 fest verbundenen kreisringförmigen Behälter enthalten ist. Auf diese Weise wird also sowohl die Positionierung als auch die Dämpfung des Bauteils 6 sichergestellt, während die Halterungen 9 umgebende Federn eine ergänzende Rückführung gewährleisten.

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Claims

-β- 2 3 L ί R 5 O Patentansprüche

1.) Vorrichtung zur Dämpfung der Nutationsbewegung eines Rotors, insbesondere einer Ultra-Zentrifuge, der in an einem Rahmen befestigten Magnetlagern gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Luftspalt zwischen dem magnetischen Endbereich des Rotors (5) und dem entsprechenden, ortsfest angebrachten Magnetlager (1) mindestens ein magnetischer Körper vorgesehen ist, der in bezug auf das Lager (1) und den Rotor (5) in einer zu den Feldlinien im Luftspalt mindestens annähernd rechtwinkligen Richtung bewegbar ist, und daß ein oder mehrere Reibungsmittel zwischen dem Körper und einem festen Teil des Rahmens (2) oder Lagers (1) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Körper von einem kreisförmigen Ring (4c) gebildet ist, der auf der Bahn der Feldlinien mindestens eines durch das Ende des Rotors (5) und das Lager (1) hindurchgehenden Magnetkreises (11) gelegen ist.

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens awei gleichachsige kreisförmige Ringe (4c) auf der Bahn der Feldlinien im Luftspalt zwischen dem Ende des Rotors (5) und dem Lager (1) gelegen sind und daß sie durch einen unmagnetischen Werkstoff (7) voneinander getrennt sind.

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4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet , daß der magnetische Körper auf einer Halterung (9) montiert ist, die mit dem Rahmen (2) mittels einer Aufhängung (8), z.B. Schnüren, Klaviersaiten oder Federn, verbunden ist·

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen dem Lager (I) oder dem Rahmen (2) und dem magnetischen Körper oder dessen Halterung (9) angeordnete Reifungsmittel von viskoser Art ist, z.B. aus einer flüssigkeit (10) besteht, die mittels Kapillarität zwischen der Oberseite des magnetischen Körpers und der Unterseite des Lagers (1) gehalten ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen dem Lager (1) oder dem Rahmen (2) und dem magnetischen Körper oder dessen Halterung (9) angeordnete Reibungsmittel von einem unmittelbaren Kontakt des magnetischen Körpers, dessen Halterung (9) oder seiner Aufhängung (8) mit einem festen Seil des Lagers (1) oder Rahmens (2), s.B. mit dem Rahmen (2) fest verbundenen Reibern (12) aus Kautschuk, gebildet ist·

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