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Magnet lager für mit hoher Drehzahl laufende Vorrichtungen Die Erfindung
betrifft ein Magnetlager für mit hoher Drehzahl laufende Vorrichtungen, mit einem
Gehäuse, einem Rotationskörper in dem Gehäuse, einem Axiallager zur schwenkbaren
Abstützung des Rotationskörpers an dessen unteren Ende und Magneteinrichtungen zur
berührungsfreien Abstützung des Rotationskörpers an dessen oberem Ende.
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Es sind bereits verschiedene Typen derartiger Magnetlager vorgeschlagen
worden. Eines der bekannten Magnetlager
ist folgendermaßen aufgebaut.
Ein Zylinderabschnitt ist oberhalb des oberen Endes des Rotationskörpers vorgesehen.
Der Zylinderabschnitt weist einen Flansch auf, in dessen Umfangsbereich Zähne aus
magnetischem Material angeordnet sind Zwei ringförmige Joche sind als Teil eines
Gehäuses oder eines feststehenden Bauteiles derart ausgebildet, daß sie in senkrechter
Richtung die Zähne mit einen vorbestimmten Abstand festhalten, und ein Dauermagnet
ist zwischen den Jochen angeordnet. Die magnetischen Flüsse in dem Magnetlager verlaufen
durch die Joche und die Zäine, so daß durch die beiden Zahnanordnungen eine radiale
Vorspannung erzielt wird (DT-OS 2 343 812 der Anmelderin).
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Ein derartiges Magnetlager weist jedoch eine relativ große Axiallänge
wegen der Länge des Zylinderabschnittes auf, und daher liegt die kritische Drehzahl
des Rotationskörpers in dem unteren Drehzahlbereich, so daß die Vorrichtung nicht
für sehr hohe Drehzahlen geeignet ist.
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Ein weiterer Nachteil des beschriebenen, bekannten Magnetlagers zeigt
sich dann, wenn Ausdehnungen und Zusammenziehungen des Rotationskörpers auf treten.
Die aufwärts und abwärts gerichteten Kräfte sind normalerweise gegeneinander versetzt,
da die oberen und unteren Joche die Zähne nach oben und nach unten anziehen. Die
Ausdehnung und Zusammenziehung des Rotationskörpers bringt diese Kräfte aus dem
Gleichgewicht.
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Die Erfindung ist darauf gerichtet, ein Magnetlager zu schaffen, das
eine hohe kritische Drehzahl aufweist, so daß es für sehr hohe Drehzahlen eines
Rotationskörpers geeignet ist.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist der
Magnetpfad
so ausgelegt, daß der magnetische Fluß von der Magneteinrichtung sowohl durch das
Gehäuse als auch durch den Rotationskörper über deren gesamte axiale Länge verläuft.
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Da bei dieser Konstruktion kein Zylinder der oben erwähnten Art oder
dergleichen vorgesehen ist, kann die Gesamtlänge des Rotationskörpers verkürzt werden,
so daß die kritische Drehzahl des Rotationskörpers höher liegt. Weiterhin ergibt
sich eine bessere Laufqualität deshalb, weil die Funktion der radialen Vorspannung
oder Feclerwirkung nicht nur im oberen Ende des Rotationskörpers sondern auch an
dessen unterem Ende eintritt.
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Ein zusätzlicher Magnet kann weiterhin innerhalb des oben erwähnten
Magnetpfades derart angeordnet sein, daß der Magnetfluß dieses Magneten positiv
zu demjenigen des anderen Magneten hinzuaddiert wird, so daß die Wirkung der radialen
Vorspannung erhöht und zugleich der Einfluß von Leckflüssen zwischen dem Gehäuse
und dem Rotationskörper ausgeschaltet wird, wie es im folgenden genauer erläutert
werden soll.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausfübrungsbeispiele der Erfindung
anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein Magnetlager entsprechend einer Ausführungsform der
Erfindung; Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
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Zunächst soll unter Bezugnahme auf Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben werden. In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 ein Gehäuse
einer Vorrichtung bezeichnet, in der eine Rotation mit hoher Drehzahl
erfolgt.
Im dargestellten Beispiel ist eine Zentrifuge als eine derartige Vorrichtung gezeigt.
In dem Gehäuse 1 befinden sich ein Rotorkörper oder eine Trommel 2 und andere Einrichtungen
zum Abstützen und Antreiben der sich drehenden Trommel 2, wie unten erläutert werden
soll. Im oberen Bereich der drehbaren Trommel 2 sind obere Zähne 3 vorgesehen, die
senkrecht und konzentrisch in bezug auf die Drehachse der Trommel 2 liegen. Ein
oberes, ringförmiges Joch 4 ist gegenüber den Zähnen 3 mit vorbestimmtem Zwischenraum
zwischen beiden angeordnet. Dauermagneten 5 liegen zwischen der inneren Wand des
Gehäuses 1 und der Außenseite des oberen ringförmigen Jochs 4. Das Joch und die
Dauermagneten 5 sind an dem Gehäuse 1 mit Hilfe geeigneter, nicht gezeigter Einrichtungen
befestigt, die sich für den Fachmann ohne weiteres ergeben.
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Die drehbare Trommel 2 ist mit einer Welle 6 am unteren Ende versehen.
Die Welle wird schwenkbar durch ein Axiallager 7 abgestützt, das an der Grundplatte
8 des Gehäuses 1 befestigt ist. An der Unterseite des Bodens der drehbaren Trommel
2 ist ein Stator 9 eines Antriebsmotors angebracht, und ein Rotor 10 des Antriebsmotors
befindet sich an der Grundplatte 8 gegenüber dem Stator 9. Durch diesen Antriebsmotor
wird die Trommel 2 mit sehr hoher Drehzahl gedreht.
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An einem unteren Rand der Trommel 2 sind untere Zähne 11 vorgesehen.
Ein unteres, ringförmiges Joch 12 liegt diesen mit vorbestimmten Zwischenraumgegenüber.
Das untere Joch 12 wird durch die innere Wand des Gehäuses 1 umgeben.
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Bei der beschriebenen Anordnung wird ein Magnetpfad für das Magnetlager
gebildet durch das Gehäuse 1, die drehbare Trommel 2 und die beiden Zähne 3,11,
die an der Trommel angebracht sind, sowie die beiden Joche 4,12. Durch diese Teile
strömt ein magnetischer Fluß aufgrund der magnetomotorischen Kraft des Dauermagneten
5, wie es durch die gestrichelte Linie in Fig. 1 angedeutet ist. Das Gehäuse 1 und
die drehbare Trommel 2 oder wenigsten eines dieser Teile
muß daher
aus magnetischem Material bestehen. Sowohl zwischen den oberen Zähnen 3 und dem
oberen Joch 4 als auch zwischen den unteren Zähnen 11 und dem unteren Joch 12 werden
durch den magnetischen Fluß Anziehungskräfte erzeugt. Die erzeugten Anziehungskräfte
liegen in entgegengesetzten Richtungen, d. h. eine der Kräfte ist aufwärts und die
andere ab ärts gerichtet. Die in dem oberen Teil erzeugte Kraft wird daher durch
die in dem unteren Teil erzeugte Kraft aufgehoben. Die Aufhebung zwischen diesen
Kräften wird nicht beeinflußt durch die Ausdehnung und Zusammenziehung der drehbaren
Trommel 2. Daher wirkt jede der erzeugten magnetischen Kräfte stabil nur als radiale
Vorspannung, und zwar nicht nur im oberen Bereich der Trommel 2 sondern auch im
unteren Bereich.
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Es kann ein Leckfluß zwischen der Seitenwand des Gehäuses 1 und der
Trommel 2 auftreten, wie es durch die gestrichelte Linie b in der Zeichnung angedeutet
ist.
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Der Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 1 und der Trommel 2 ist jedoch
erheblich größer als die beiden Zwischenräume im oberen und unteren Bereich, so
daß die zwischen Gehäuse und Trommel erzeugte Kraft vernachlässigbar klein ist.
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Bei den gezeigten Ausführungsformen sind Dämpfeinrichtungen 13 und
14 zusätzlich an dem oberen und dem unteren Joch 3, 4 und 12 vorgesehen. Die Dämpfeinrichtungen
13 und 14 bestehen aus leitendem Material. Eine Schwingung der Trommel 2 erzeugt
eine Änderung in dem Magnetpfad in den Dämpfeinrichtungen 13 und 14. Die Änderung
des Magnetpfades führt zu einer Anderung der Verteilung des magnetischen Flußes
in den Dämpfeinrichtungen 13 und 14, so daß in diesen Teilen ein Wirbelstrom erzeugt
wird. Bekanntlich wird ein derartiger Wirbelstrom als Verlust in den Dämpfeinrichtungen
13 und 14 verbraucht, so daß eine Dämpfung bewirkt wird. Da bei der geschilderten
Ausführungsform die Dämpfung nicht nur in wirksamer Weise im oberen Bereich
der
Trommel 2 sondern auch im unteren Bereich durchgeführt wird, ergibt sich eine verbesserte
Stabilität beim Betrieb.
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Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der ein
zusätzlicher unterer Dauermagnet 15 zwischen dem unteren ringförmigen Joch 12 und
dem Gehäuse 1 vorgesehen ist. Dementsprechend ergibt sich eine stärkere Wirkung
in bezug auf die radiale Vorspannung. Da weiterhin der Leckfluß des Dauermagneten
5, der durch die gestrichelte Linie b in Fig. 2 angedeutet ist, in entgegengesetzter
Richtung zu demjenigen des Dauermagneten 15 verläuft, der durch die gestrichelte
Linie c wiedergegeben ist, werden die durch diese Leckflüsse erzeugten Kräfte im
wesentlichen gegeneinander aufgehoben.
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- Patentansprüche -