DE2453762C3 - Gleitlager mit einer magnetisierbaren Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Gleitlager mit einer magnetisierbaren Flüssigkeit als Schmiermittel und hydrodynamischem Druckaufbau im Lagerspalt.

Rotierende Lager werden in weitestem Umfang verwendet, z. B. als Lager für Maschinenwellen; nicht rotierende Lager weisen Abstützungen für mechanische Anordnungen auf, die sich normalerweise nicht bewegen, die jedoch gelegentlich kleinere Verschiebungen ausführen können, z. B. solche Verschiebungen, die als Folge von Temperaturänderungen auftreten. Die Gruppe der nichtrotierenden Lager umfaßt Lager für die Wellen von Anzeigeinstrumenten, bei denen die Welle einen Zeiger trägt; wenn der Zeiger seine Stellung über größere Zeiträume nicht verändert, ist die Welle stationär, es ist aber trotzdem eine geschmierte Lagerabstützung für eine solche Welle erforderlich, damit die notwendigen Winkelverschiebungen möglich sind.

Rotierende und nicht rotierende Lager geringer Reibung werden für den Betrieb vieler Maschinensysteme verwendet, z. B. als Lager für die Abgabewelle von Schwebekreiseln und für den Feinabgleich; dies sind Beispiele für nicht rotierende Lager. Es sind Edelsteinlager, magnetische, hydrostatische Strömungsmittelfilm- und Schneidkantenlager zur Erzielung einer Lagerabstützung geringer Reibung verwendet worden. Für rotierende Lager, z. B. solche, wie sie in Trägheitsführungsinstrumenten verwendet werden, sind Kugellager und Wälzlager zur Erzielung einer Lagerabstützung geringer Reibung in Einsatz gekommen. Solche Lageranordnungen erfordern notwendigerweise eine Drehbewegung von Metallteilen mit hoher Drehzahl in unmittelbarer Nähe — und häufig in physikalischem Kontakt mit anderen Metallteilen. Derartige Anordnungen arbeiten einwandfrei nur über eine begrenzte Zeitdauer und nur unter ausreichender Zufuhr von Schmiermitteln.

Jede Lagerart hat die ihr eigenen, innenwohnenden Probleme, so daß keine Lagerart universell optimal verwendbar ist Beispielsweise benötigen hydrostatische Strömungsmittelfilmlager ein Strömungsmittelreservoir mit einer äußeren Pumpe, die das Strömungsmittel dauernd zu den Lagerflächen fördert (US-PS 36 62 609).

Um die Schwierigkeiten in bezug auf die Anforderung großer Strömungsmittelmengen und kurze Lebensdauer zu lösen, wurden Lager geringer Reibung entwickelt, die Strömungsmittel als Schmiermittel in Form von Flüssigkeiten oder Gasen verwenden. Die Lebensdauer solcher Lager wurde dadurch verlängert, nach wie vor waren jedoch erhebliche Schmiermittelmengen für die einwandfreie Lagerung erforderlich. Solche Lager machten auch komplizierte und aufwendige Strömungsmittelpumpsysteme und -leitungen erforderlich, um das das Schmiermittel darstellende Strömungsmittel dauernd zu ersetzen, wenn es aufgrund der hohen Drehzahlen in derartigen Anordnungen verbracht war.

In jüngerer Zeit sind Lageranordnungen mit in sich geschlossener Strömungsmittelmenge entwickelt worden, wie sie beispielsweise den US-PS 37 26 547 und 37 46 407 zu entnehmen sind. Derartige strömungsmittelgeschmierte, meist in sich geschlossene Lager geringer Reibung waren durch die Entwicklung von magnetischen oder genauer magnetisierbaren Strömungsmitteln möglich geworden, die von dem Erfinder, Dr. Ronald E. Rosensweig als Ferrofluide bezeichnet worden sind. Es wird hierzu auf den Aufsatz von Dr. Rosensweig »Progress in Ferrohydrodynamics« Industrial Research, Oktober 1970, Band 12, Nummer 10, Seiten 36—40, hingewiesen. Derartige Ferrofluide sind Dispersionen von kolloidalen magnetischen Partikeln in einem flüssigen Träger. Diese Partikel haben die Tendenz, sich mit den Kraftlinien eines angelegten magnetischen Feldes selbst auszurichten. Aus der Beschreibung von Ferrofluiden ergibt sich, daß letztere nicht notwendigerweise Eisen oder Eisenmetalle enthalten müssen. Damit ein Strömungsmittel ein Ferrofluid ist, ist es nur erforderlich, daß dieses Strömungsmittel magnetisierbar ist, d. h. in der Lage ist von magnetischen Feldern magnetisiert zu werden. Der Ausdruck »magnetisches Strömungsmittel« wird neben dem Ausdruck »Ferrofluid« und dem Ausdruck »magnetisierbares Strömungsmittel« verwendet.

Bei der Anwendung von Ferrofluiden, magnetischen Strömungsmitteln oder magnetisierbaren Strömungsmitteln, wie sie in den obengenannten vorveröffentlichten Patentschriften angegeben sind, sind zahlreiche Probleme aufgetreten. Insbesondere kommt während des Anlaufens und Anhaltens von Bauteilen, die normalerweise mit hohen Drehzahlen umlaufen, ein Metallrotor augenblicklich in physikalischen Kontakt mit dem Metall eines Metallstators. Ein derartiger Kontakt von Metall zu Metall ergibt sich aus der axialen Rotorbew-jgung, wie sie in US-PS 37 46 407 beschrieben ist Während der Perioden, in denen sich der Rotor eines rotierenden Lagers nicht dreht, oder in Verbindung mit nichtrotierenden Lagern kann das magnetisierbare Strömungsmittel aus der das Strömungsmittel enthaltenden Zone, z. B. dem Lagerspalt, ausgetrieben werden und somit entweichen. Die Anfangsreibung zwischen dem Stator und dem Rotor ist bei der Anlaufdrehung, bei der der Rotor noch direkt an dem Stator anliegt, ausreichend hoch, daß sie ins Gewicht fällt.

Zusammenfassend ergibt sich, daß aufgrund aller vorstehend erläuterten Nachteile die Lager bekannter Art eine geringere als die optimale oder erwünschte Lebensdauer und Haltbarkeit wie auch geringere Leistung und schlechtere Abnutzungseigenschaften aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Lager der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem die Eigenschaften des hydrodynamischen Lagers beibehalten werden sollen, auch wenn das Lager stillsteht.

Dies wird mit einem Lager erreicht, das gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zum Erzeugen eines in einer Umfangsrichtung des Lagers umlaufenden Magnetfeldes zum Antreiben der magnetisierbaren Flüssigkeit im Lagerspalt in dieser Umfangsrichtung.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit vorliegender Erfindung ergibt sich, daß bei hydrodynamischen Lagern im Lagerspalt unabhängig von der Bewegung der Lagerflächen gegeneinander eine tragfähige Strömungsmittelschicht erzielt wird, wie dies bei hydrostatischen Lagern entsprechend der Fall ist. Dadurch, daß mit der Erfindung ein in sich geschlossenes Lager vorgeschlagen wird, entfallen Zu- und Ableitungen, so daß die Lageranordnung wesentlich vereinfacht wird.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 teilweise im Schnitt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Lagers nach der Erfindung;

F i g. 2 einen axialen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1;

F i g. 3 eine schematische Ansicht einer der uagerflächen der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2;

F i g. 4 eine andere Ausführungsform einer Lagerfläche;

F i g. 5 eine Schnittansicht längs der halbkreisförmigen Linie 5-5 der F ig. 4,

Fig.6 eine schematische Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Lagers nach der Erfindung und

Fig. 7 eine Teilschnittansicht, aus der das Prinzip einer weiteren Ausführungsform eines Lagers nach der b5 Erfindung hervorgeht.

In den F i g. 1 und 2 ist schematisch ein erstes Lagerbauteil 12 mit einem zweiten Lagerbauteil 14 verbunden dargestellt Das Bauteil 12 ist im Aufbau zylindrisch und ist innerhalb einer Aussparung aufgenommen, die eine zylindrische Zone bildet, welche ein magnetisierbares Strömungsmittel bzw. eine magnetisierbare Flüssigkeit 26 im zylindrischen Bauteil 14 enthält Unterhalb der größeren Fläche 16 der Zone 30 im Bauteil 14 sind elektrische Feldspulen 22, 23 in das Bauteil 14 eingebaut, die während des Betriebes ein rotierendes Magnetfeld erzeugen. Der Umfang des zylindrischen Bauteiles 14 ist durch eine ringförmige Permanentmagnetanordnung 18 abgedeckt, die sich in radialer Richtung nach innen gegen die Achse der Anordnung, d. h. gegen die Mittenachse 24 des Bauteiles 14 erstreckt

Die Lage der Permanentmagnetanordnung 18 und der ringförmigen Polstücke 19,20 ergibt sich aus F i g. 2. Die dem zylindrischen Permanentmagneten der Anordnung 18 zugeordneten Polstücke verlaufen in radialer Richtung so auf das Bauteil 12 zu, daß sie das Bauteil 12 nie berühren, d.h. keinen physikalischen Kontakt mit ihm ergeben, daß sie jedoch in unmittelbare Nähe des Bauteiles 12 kommen. Wenn das Bauteil 12 nicht aus magnetischem Material besteht, wird der magnetische Pfad über einen zylindrischen magnetisierbaren Ring 21 geschlossen.

Das untere Polstück 20 der Permanentmagnetanordnung 18 ist in der Nähe des zylindrischen Bauteiles 12 angeordnet, derart, daß nur ein schmaler Spalt 31 zwischen diesen Elementen verbleibt, damit der magnetische Pfad ausgebildet wird. Der innere Rand des unteren Polstückes 20 ist eine scharfe Kante, die einer ringförmigen Linie folgt, die in Längsschnittansicht als Punkt erscheint, so daß ein hoher magnetischer Feldgradient zwischen ihr und dem Bauteil 12 oder dem ringförmigen Einsatz 21 entsteht. Das obere Polstück 19 kann in ähnlicher Weise aufgebaut sein. Die magnetomotorische Kraft des magnetischen Feldes hält somit die magnetische Flüssigkeit 26 im Spalt 31, so daß eine Abdichtung am Spalt 31 entsteht Auf diese Weise wird die magnetische bzw. magnetisierbare Flüssigkeit 26 einwandfrei innerhalb der ausgesparten Zone 30 gehalten, selbst unter Bedingungen, bei denen sie normalerweise in radialer Richtung aus der Zone 30 gedrückt würde. Die Permanentmagnetanordnung 18 kann durch eine elektrische Feldspule ersetzt werden, falls dies erwünscht ist. Eine derartige Feldspule hat die Vorteile, daß die Stärke des magnetischen Feldes einstellbar und das magnetische Feld reversierbar ist.

Die elektrischen Feldspulen 22, 23 sind so gewickelt, angeordnet und geschaltet, daß sie bei Erregung in Folgeschaltung ein Magnetfeld erzeugen, das um die Symmetrieachse 24 der Lageranordnung rotiert. Die Feldspulen 22, 23 können in der Zone 30 selbst angeordnet sein. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß sie sich innerhalb der Zone 30 befinden, solange das Magnetfeld, das sich aus der nacheinander folgenden Erregung dieser Spulen ergibt, die magnetisierbare Flüssigkeit 26 in der Zone 30 beeinflussen kann. So können die Spulen 22, 23 innerhalb des Bauteiles 14 unterhalb der Oberfläche 16 angeordnet sein, wie in F i g. 2 der Zeichnung gezeigt, solange das Bauteil das magnetische Feld nicht störend beeinflußt. Kleinere Störungen des magnetischen Feldes, die keine Folgestörungen sind, können toleriert werden. Falls erwünscht, können die Spulen 22, 23 in den ringförmigen Umfangsteilen des Bauteiles 14, innerhalb des Bauteiles 12, falls dieses nicht magnetisch ist, oder andererseits vollständig außerhalb der Bauteile angeordnet sein. Es

ist nur notwendig, daß das magnetische Feld, das von dem Strom durch die Spulen 22, 23 erzeugt wird, in die Zone 30 reicht.

Das abgestützte Bauteil 12 ruht auf dem magnetisierbarer! Strömungsmittel 26, das in der gezeigten Ausführungsform die Zone 30, die als der Raum zwischen den beiden Bauelementen 12 und 14 und dem radial nach innen gerichteten unteren Polschuh 20 der Permanentmagnetanordnung definiert ist, vollständig füllt. ίο

Die Oberfläche 16, die die untere Fläche der Aussparung im Bauteil 14 ist und damit eine der Lagerflächen darstellt, besitzt spiralförmig verlaufende Nuten 32, die darin zwischen erhabenen Bereichen 28 und in einem Schema gleich oder ähnlich dem Nutenschema nach F i g. 3 ausgebildet sind. Die Nuten 32 sind in einem solchen Schema angeordnet, daß das Schmiermittel in Form der magnetisierbaren Flüssigkeit 26, die darüber hinwegströmt, unter Druck gesetzt oder gegen die Symmetrieachse 24 gedrückt wird, wenn bei einer Folgeerregung der Spule das rotierende magnetische Feld, das auf diese Weise erzeugt wird, auf die magnetisierbare Flüssigkeit 26 einwirkt.

In F i g. 3 ist grundsätzlich ein spiralförmiges Schema von Nuten 32 dargestellt, die sich in Uhrzeigerrichtung von der Achse 24 der Lagerfläche 16 aus erstrecken. Die in einem solchen Schema angeordneten Nuten führen die Flüssigkeit 26 gegen die Symmetrieachse 24, d. h. die Mitte der Fläche 16, wenn das magnetische Feld im Gegenuhrzeigersinn in F i g. 3 umläuft Die Kräfte auf die magnetische Flüssigkeit 26 erzeugen einen ausreichend großen Lagerabstützdruck in dem mittleren Bereich um die Achse 24, daß das rotierende magnetische Feld in seiner Zuordnung zu den Nuten die Richtung des Druckes in der magnetisierbaren Flüssigkeit 26 gegen die Rotationsmitte hin orientiert.

Das spiralförmige Schema ist nicht das einzig mögliche Mittel, um den erzeugten Druck in einem Lagerspalt zu orientieren. Andere Konfigurationen, von denen z. B. eine in den F i g. 4 und 5 gezeigt ist, zwingen in einwandfreier Weise die magnetisierbare Flüssigkeit in den Bereich, wo sie erforderlich ist, so daß Lagerabstützdrücke erzeugt werden. In den F i g. 4 und 5 zeigt eine schematische Ansicht im Querschnitt die Ausbildung von Vertiefungen, z. B. Taschen 60 innerhalb einer Lagerfläche 62. Geradlinige Nuten 64, die tiefer in die Oberfläche 62 als die Taschen 60 reichen, erstrecken sich in radialer Richtung zum äußeren Umfang der Oberfläche 62. Wenn magnetisierbare Flüssigkeit in Richtung der Pfeile 68 mit Hilfe eines rotierenden so magnetischen Feldes gedrückt wird, wird ein Flüssigkeitsdruck in der Zone zwischen den Oberflächen 62 und 66 erzeugt Es können andere geeignete Oberfiächenausbildungen verwendet werden, wie sie z. B. in der Veröffentlichtung der Scientific Instrument Research Association, BSIRA Res. Rep. R. 286, »Fluid Film Bearing«, von P. J. Gerry, Seiten 45—47 (Abschnitt 42) dargestellt sind. Insbesondere wird auf Fig. 15 dieses Aufsatzes hingewiesen.

Es kann erwünscht sein, spiralförmig verlaufende Nuten auf beiden entgegengesetzt orientierten Lagerflächen vorzusehen. Dann sind die Nuten in einer Oberfläche das Spiegelbild der Nuten in der entgegengesetzt orientierten Oberfläche. In Verbindung mit F i g. 2, wenn also die Bodenfläche 36 des Bauteiles 12 ebenfalls mit Nuten versehen sein soll verlaufen die Nuten spiralförmig von dem Mittelpunkt aus im Gegenuhrzeigersinne. Infolgedessen entsprechen diese

Nuten einem Spiegelbild der Nuten 32 nach F i g. 3.

Wie in F i g. 1 gezeigt, können vier elektrische Feldspulen in gleichem Abstand zueinander, zweckmäßigerweise innerhalb des Bauteiles 14, unterhalb der Oberfläche 16 angeordnet sein. Die beiden Spulen 22 sind diametral entgegengesetzt zueinander angeordnet, und in ähnlicher Weise sind die beiden Spulen 23 diametral gegenüberliegend zueinander angeordnet, und zwar jeweils in gleichem Abstand zwischen den beiden Spulen 22. Durch Einspeisung eines elektrischen Wechselstromes in die Spulen 22 mit einer Phasenverschiebung von 90° elektrisch zu der Einspeisung von Wechselstrom in die Spulen 23 wird in an sich bekannter Weise zur Erzielung eines rotierenden magnetischen Feldes für Induktionsmotoren die magnetisierbare Flüssigkeit 26 innerhalb der Zone 30 in Drehung versetzt. Diese Bewegung kann aufrechterhalten werden und verhältnismäßig hohe Drehzahlen erreichen, vgl. beispielsweise den oben genannten Aufsatz von Rosensweig, Seiten 37,38.

Wenn eine Flüssigkeit um eine Achse rotiert, wird sie normalerweise in einer Richtung tangential zum Umfang der kreisförmigen Bahnbewegung geführt. Sind die spiralförmig verlaufenden Nuten 32 auf der Oberfläche 16 des Bauteiles 14 ausgebildet wird die tangentiale Orientierung der Bewegung der rotierenden Flüssigkeit geändert Die Bewegung der Flüssigkeit 26 wird somit gegen die Mitte, d. h. die Achse 24 der Rotation der Flüssigkeit orientiert

Aus den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß ein entsprechendes Strömungsmittellager, das eine Last, z. B. das Gewicht des Bauteiles 12 aufnehmen kann, die entgegengesetzt gerichteten Teile der Lagerbauteile 12 und 14 vollständig trennt Das Strömungsmittel bzw. die Flüssigkeit 26 trägt das Gewicht vollständig oder wirkt anderen Drücken entgegen, die das Bauteil 12 auf das Bauteil 14 (oder umgekehrt) ausübt obgleich das Bauteil 12 eine Bewegung relativ zum Bauteil 14 ausführen kann, aber nicht auszuführen braucht Darüber hinaus ist die Lageranordnung in sich geschlossen, so daß keine aufwendige oder komplizierte äußere Pumpanordnung erforderlich wird. Die magnetisierbare Flüssigkeit 26 ist obgleich mit bestimmbaren Geschwindigkeiten in Bewegung, vollständig innerhalb der Lagerzone 30 aufgrund der Dichtung am Spalt 31 sowie der zentripetalen Druckwirkung eingeschlossen, so daß die Außenflächen und die Umgebung des hier beschriebenen Lagers frei von Flüssigkeit und damit mehr oder weniger sauber bleiben.

Die Vorteile einer derartigen Ausführungsform der Erfindung lassen sich in gleicher Weise anwenden, wenn eines der Bauteile Yi und Ϊ4 um die Achse 24 relativ zum anderen rotiert, während die magnetische Flüssigkeit stationär gehalten ist oder in entgegengesetzter Richtung aufgrund des Magnetfeldes rotiert Der Einfluß des Unterdrucksetzens wird erzielt wenn eine Relativdrehung zwischen der magnetisierbaren Flüssigkeit 26, z. B. dem Schmiermittel, und wenigstens einem Bauteil durch das magnetische Feld unterstützt wird, das sich in bezug auf wenigstens eines der Bauteile bewegt vorzugsweise rotiert, wodurch die Leistungsfähigkeit der Anordnung erhöht wird. Der gleiche Vorteil wird ferner erreicht wenn ein Bauteil sich in ähnlicher Weise, aber parallel zum anderen Bauteil bewegt

Ohne die Anwendung vorliegender Erfindung zur Erzielung des Abstützdruckes innerhalb der magnetisierbaren Flüssigkeit kann der Druck der Bauteile 12

und 14 gegeneinander unter Umständen die magnetisierbar Flüssigkeit 26 von der Zone 30 durch den Spalt

31 zwischen dem unteren Polstück 20 der Permanentmagnetanordnung und dem Bauteil 12 drücken. Die Evakuierung der Zone 30 der Flüssigkeit 26 würde <-, dadurch äußere Kräfte auf das Bauteil 12 einwirken lassen, die es in einen unerwünschten direkten physikalischen Kontakt (üblicherweise von Metall zu Metall) mit dem Bauteil 14 bringen. Wesentlich höhere Reibungskräfte wirken dann der Verschiebung eines der ι ο Bauteile gegenüber dem anderen, in Kontakt stehenden Bauteil entgegen.

Mit vorliegender Erfindung jedoch werden Bauteile, die durch das vorbeschriebene Lager über magnetische Flüssigkeit miteinander verbunden sind, theoretisch in reibungslosem Zustand miteinander gehalten, da kein direkter physikalischer Kontakt möglich ist. Dies ist der Fall, weil das Schmiermittel, d. h. die magnetisierbare Flüssigkeit 26 in den Lagerspalt auch bei Fehlen einer Relativbewegung zwischen den Bauteilen des Lagers ;o gedruckt wird. Infolgedessen reagieren die Lagerbauteile augenblicklich praktisch ohne Reibung auf eine Bewegung relativ zueinander, wenn nur sehr geringe Antriebskräfte auf sie einwirken. Darüber hinaus wird die Lebensdauer des Lagers im Vergleich zu bekannten Lagern wesentlich verlängert, da keine Möglichkeit für einen direkten Metall-Metall-Kontakt .'.wischen den Lagerbauteilen besteht.

Die gemeinsamen Effekte des rotierenden magnetischen Feldes, das die phasenverschobene Erregung der so Spulen 22 und 23 bewirkt, und der spiralförmigen Nuten

32 oder einer äquivalenten Oberflächengestaltung wenigstens einer, zweckmäßigerweise beider Lageroberflärhen ergeben einen höheren Wert für den Flüssigkeitsdruck als er bisher erzielt wurde. Die js Tendenz der magnetisierbaren Flüssigkeit 26, durch den Spalt 31 zu entweichen, ist ferner ebenfalls wesentlich geringer, und zwar aufgrund der vorstehend beschriebenen nach innen gerichteten Pumpwirkung.

Die Rotation der magnetisierbaren Flüssigkeit 26 innerhalb der Zone 30 hat die Tendenz, das Bauteil 12 anzutreiben, wenn es relativ zum Bauteil 14 drehbar ist, um es in Richtung der Rotation der magnetischen Flüssigkeit in Drehung zu versetzen. Dieser Effekt kann, falls dies erwünscht ist, dadurch aufgehoben werden, daß eine zweite, in ähnlicher Weise aufgebaute Lagerzone vorgesehen wird, die ebenfalls Nuten und ein rotierendes magnetisches Feld am entgegengesetzten axialen Ende des Bauteiles 12 aufweist, das das obere Ende in F i g. 1 ist, welches weggebrochen dargestellt ist. 3d wobei aber das zweite magnetische Feld in entgegengesetzter Richtung wie das Feld innerhalb der Zone 30 rotiert.

Eine magnetisierbare Flüssigkeit besitzt die Eigenschaften einer Flüssigkeit mit verhältnismäßig hoher Viskosität Da sich aus vorstehender Beschreibung ergibt daß die magnetisierbare Flüssigkeit die Bauteile der Lageranordnung vollständig trennt wirkt die magnetisierbare Flüssigkeit als Schmiermittel innerhalb der Zone 30, die der Lagerspalt der Anordnung ist eo Weiterhin können die magnetomotorische Kraft die dazu beiträgt die magnetisierbare Flüssigkeit am Entweichen durch den Spalt 31 zu hindern, und die Kraftwirkung der rotierenden Flüssigkeit 26 gegen die Rotationsachse 24 teilweise oder weitgehend starke äußere Kräfte, die der Anordnung aufgegeben werden, reduzieren. In einem solchen Fall einer besonders hohen Krafteinwirkung kurzer Dauer, z. B. einem Stoß, wirken die kombinierten Kräfte der magnetomotorischen Kraft am Spalt 31 und die Kraft der rotierenden Flüssigkeit in der Weise, daß die Flüssigkeit einen solchen Stoß absorbieren kann. Auf diese Weise werden mit vorliegender Erfindung stoßabsorbierende Eigenschaften erzielt, die die entsprechenden Eigenschaften bisher bekannter Anordnungen übersteigen.

Die vorbeschriebene Lageranordnung wird in einer Umgebung verwendet, in der die Bauteile 12, 14 stationär bleiben oder sich in bezug aufeinander nur um einen sehr geringen Betrag drehen, z. B. in der Größenordnung von einem Winkelgrad. Bei einer solchen Anordnung, die für praktische Zwecke stationär ist, wird der Abstütz- und Schmiereffekt dadurch erzielt, daß die Flüssigkeit sich durch äußere Kräfte bewegt. Vorliegende Erfindung jedoch ist auch vorteilhaft anwendbar bei Anordnungen, bei denen die zugeordneten Bauteile sich wesentlich weitergehend relativ zueinander bewegen.

In Fig.6 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung in Form eines rotierenden Lagers, nämlich eines Achslagers dargestellt. Elektrische Feldspulen 40 und 42 sind parallel zur Achse 45 und um die Achse 45 eines drehbar abgestützen Bauteiles 44 angeordnet, das den Rotor der Anordnung darstellt. In der Ansicht nach F i g. 6 erstreckt sich die Ebene einer jeden horizontal orientierten Spule 40 rechtwinklig zur Zeichenebene, während von beiden Spulen 42 nur eine angedeutet ist, wobei eine Spule eine Ebene über der Zeichenebene und die andere eine Ebene unter der Zeichenebene einnimmt. Die vertikale Ebene, d. h. die Zeichenebene schließt die Rotationsachse 45 des Rotors 44 ein. Die elektrischen Feldspulen 40 haben eine gemeinsame Achse, die nicht mit einem Bezugszeichen versehen ist und die in vertikaler Richtung in Fig.6 orientiert ist. Die elektrischen Feldspulen 42 haben eine gemeinsame, nicht dargestellte Achse senkrecht zur Achse 45 des Rotors 44 und senkrecht zur Achse der Spulen 40.

Die Spulen 40 können aus einer Wechselstromquelle mit einer Spannung gespeist werden, die elektrisch um 90° gegenüber der Erregerspannung der Spulen 42 phasenverschoben ist. Auf diese Weise wird durch Feldspulenerregung ein rotierendes magnetisches Feld erzeugt, wobei die Rotation um die Achse 45 des Rotors 44 auftritt.

Ein stationäres Bauteil, z. B. der Stator 46, wird normalerweise so angeordnet, daß er den Rotor 44 umgibt. Wenn die innere zylindrische Oberfläche des Stators 46, die der zylindrischen Oberfläche des Rotors 44 zugewandt ist. in einem Schema nach F i g. 6 genutet ist wird die magnetisierbare Flüssigkeit, die im Spalt zwischen den Bauteilen 44 und 46 enthalten ist gegen die Mitte des Spaltes zu unter Druck gesetzt wenn sie dem rotierenden magnetischen Feld ausgesetzt ist. Die magnetisierbare Flüssigkeit erzeugt somit einen Lagerdruck innerhalb des ringförmigen Lagerspaltes, der die Zone zwischen den Bauteilen, z. B. dem Rotor 44 und dem Stator 46 ist Das fischgrätenförmige Schema der Nuten 48 nach F i g. 6 bringt dieses Ergebnis, wenn die Feldrotation in der durch Pfeil 50 angegebenen Richtung auftritt Andere Nutenschemen ergeben das gleiche gewünschte Resultat

Die fischgrätenförmigen Nuten nach F i g. 6 sind auf der zylindrischen, nach innen gewandten Oberfläche des Lagerbauteiles 46 angeordnet Andererseits können sie auf der zylindrischen Oberfläche des Bauteiles 44, das der Rotor ist ausgebildet sein. Die Nuten 48 nach F i g. 6 drücken die magnetisierbare Flüssigkeit gegen die

Mittenebene der Anordnung nur dann, wenn der Rotationssinn des magnetischen Feldes der durch Pfeil 50 angezeigten Richtung entspricht. Zu Darstellungszwecken nimmt der Pfeil 50 die Mittenebene ein. Wenn die Nuten 48 andererseits auf dem Lagerzapfen 44 in der gleichen Orientierung im Raum ausgebildet wären, d. h. in einem spiegelbildlichen Schema zu dem nach F i g. 6, würde der Effekt der gleiche sein. Bei einem umgekehrten Sinn der Nutenorientierung muß jedoch der Sinn der Feldrotation reversiert werden.

Da die in F i g. 6 gezeigte Anordnung schematisch ein Achslager darstellt, soll es praktisch den Rotor 44, der im eigentlichen Sinne eine Welle ist, nicht nur im Ruhezustand abstützen, sondern auch, wenn dieser Rotor bzw. die Welle umläuft. Aufgrund der Viskosität und der inneren Reibung in der magnetisierbaren Flüssigkeit wird die Flüssigkeit in Rotationsbewegung gebracht, und dann kann abhängig von dem Rotationssinn diese Wirkung entweder mit dem durch das rotierende magnetische Feld erzielten Effekt zusammenwirken oder den entgegengesetzten Effekt ergeben. Wenn somit bei der Anordnung nach F i g. 6 die Welle 44 in einem Richtungssinn entgegengesetzt zur Drehrichtung nach Pfeil 50 rotiert, tendiert die Bewegung, die der magnetisierbaren Flüssigkeit durch die rotierende Welle 44 erteilt wird, in Verbindung mit dem dargestellten Richtungssinn der Nuten dazu, die magnetisierbare Flüssigkeit aus dem Lagerspalt zu treiben, d. h. in einer axialen Richtung auf die linke oder auf die rechte Seite in Fig.6 zu. Dies ist natürlich unerwünscht. Unter diesen Umständen müssen, wenn ein Betrieb in beiden Rotationsrichtungen möglich sein soll, Vorkehrungen getroffen werden, die gewährleisten, daß die Kraft des durch die Spulen 40 und 42 erzeugten magnetischen Feldes groß genug ist und das Feld mit ausreichend hoher Geschwindigkeit rotiert, daß die

Kräfte auf die magnetisierbar Flüssigkeit überwunden werden, die durch Rotation der Welle 44 und die Nuten erzeugt werden.

Wenn unter Bezugnahme auf die Darstellung nach F i g. 6 die Drehrichtung des Bauteiles 44, d. h. des Rotors, entgegengesetzt der Rotationsrichtung des magnetischen Feldes, dargestellt durch Pfeil 50 ist, wird die magnetisierbare Flüssigkeit aus dem zylindrischen Lagerspalt nach F i g. 6 herausgedrückt. In diesem Falle wird, wie oben erläutert, ein magnetisches Feld ausreichender Kraft und Rotationsgeschwindigkeit notwendig, um die Kraft auf die magnetisierbare Flüssigkeit zu überwinden, die durch die Drehung des Rotors, d. h. des Bauteiles 44, verursacht wird.

Bei einer anderen Ausführungsform eines Lagers kann der gewünschte Schmiermitteldruck dadurch erzielt werden, daß Flüssigkeit in einen geschlossenen, im wesentlichen keilförmigen Bereich getrieben wird. Das Prinzip eines exzentrischen Lagers, wie es z. B. in Querschnittsansicht in Fig.7 gezeigt ist, kann somit ebenfalls zur Durchführung der Erfindung in Form einer anderen Ausführungsform verwendet werden. Ein derartiges Lager benötigt keine Nuten. Der Drehfluß der magnetisierbaren Flüssigkeit 26 kann in Richtung der Pfeile 98 durch herkömmliche Feldspulen aufgebaut werden, die ein rotierendes magnetisches Feld in der vorbeschriebenen Weise aufbauen. Die magnetisierbare Flüssigkeit an dem schmaleren, begrenzten Teil der Flüssigkeitskammer 96, die im Prinzip der Lagerspalt ist, würde somit unter Druck gesetzt werden, ohne daß rinnenförmige Nuten erforderlich wären. Ein derartiger Druck kann ausreichend groß gemacht werden, damit er das Element 12, das eine Welle sein kann, auf der magnetisierbaren Flüssigkeit 26 in einer Lagerbeziehung zum Element 14 abstützt, welches die Funktion eines Stators ausführt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Gleitlager mit einer magnetisierbaren Flüssigkeit als Schmiermittel und hydrodynamischem Druckaufbau im Lagerspalt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (22, 23; 40, 42) zum Erzeugen eines in einer Umfangsrichtung des Lagers umlaufenden Magnetfeldes zum Antreiben der magnetisierbaren Flüssigkeit (26) im Lagerspalt in dieser Umfangsrichtung.

2. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (22,23; 40,42) entlang eines Kreises angeordnet sind und daß wenigstens eine der Lagerflächen (16,36; 62,66) mit Führungskanälen, z. B. Nuten (32) oder Stautaschen (60) versehen '5 ist, um den Druck auf die Flächen der Zone (30) zu orientieren, in der eine Druckaufladung auftritt

3. Gleitlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Lagerflächen (18) mit spiralförmigen Nuten (32) versehen ist

4. Gleitlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch die zweite Lagerfläche (36) mit spiralförmigen Nuten versehen ist und daß die Spiralnuten beider Lagerflächen gleichsinnig und zueinander spiegelbildlich verlaufen.

5. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (30) eine verhältnismäßig kleine Öffnung aufweist, die ein Spalt (31) ist, welcher zwischen einem Permanentmagnetsystem (18, 20) eines Bauelementes (14) und » einem magnetisierbaren Teil (21) eines anderen Bauelementes (12) der Anordnung ausgebildet ist, wodurch eine magnetische Abdichtung für das magnetisierbare Strömungsmittel (26) erhalten wird.

6. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Radiallager für einen zylindrischen Rotor (44) ist, der innerhalb der zylindrischen Lagerzapfen eines Stators (46) angeordnet ist, daß ein System von stationären Spulen (40, 42) zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen ist, das um die Achse (45) des Lagers rotiert, und daß grätenförmige Nuten (48) in wenigstens einer der beiden Lagerflächen ausgebildet und so orientiert sind, daß das magnetisierbare Strömungsmittel innerhalb des Lagerspaltes zwischen den beiden Lagerflächen bei einer Drehung durch aufeinanderfolgende Erregung der Spulen in den mittleren Bereich des Lagerspaltes gepumpt wird, unabhängig davon, ob der Rotor (44) stillsteht oder sich bewegt.

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