DE2902492A1

DE2902492A1 - Rotorabstuetzung

Info

Publication number: DE2902492A1
Application number: DE19792902492
Authority: DE
Inventors: Waltherus Josephus Tho Luijten
Original assignee: Ultra Centrifuge Nederland NV
Current assignee: Ultra Centrifuge Nederland NV
Priority date: 1978-01-25
Filing date: 1979-01-23
Publication date: 1979-07-26
Also published as: GB2016609A; GB2016609B; NL7800866A; DE2902492C2; NL189575B; NL189575C

Description

Rotorabstützung

Die Erfindung betrifft eine Rotorabstützung mit wenigstens einem Lager zur automatischen Positionierung eines Rotors durch ein Fluid.

Rotoren mit derartigen Abstützungen sind an sich bekannt, z.B. zur seitlichen Abstützung einer Welle durch ein unter Druck stehendes Schmiermittel, das von einer Pumpe derart zugeführt wird, daß die Lagerreibung so gering wie möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung einer derartigen Vorrichtung, so daß diese zur axialen Verschiebung des Rotors auf einem gewissen Weg verwendbar ist, sobald der Rotor eine gegebene Drehzahl erreicht.

Diese Einstellmöglichkeit kann verschiedenen Erfordernissen genügen. Z.B. neigen lan'₅e Rotoren bei einer Drehung mit hoher Drehzahl dazu, kürzer zu werden aufgrund der durch die Zunahme der tangentialen Spannung in den Rotorteilen verursachten Querkontraktionen.

Eine derartige Verkürzung kann eine unerwünschte Verschiebung der Rotorteile ergeben. Die Erfindung ermöglicht die Vermeidung dieser Schwierigkeit durch Ausgleichen der Verschiebung durch eine Verschiebung in der entgegengesetzten Richtung.

Unter anderen Umständen kann es erwünscht sein, eine Welle oder einen Drehzapfen bei einer gewissen Drehzahl einwärts zu verschieben. Dies kann mit einem Rotor geschehen, der an verschiedenen Stellen mit Lagern versehen ist, so daß auf die Abstützung verzichtet werden kann, sobald der Rotor auf Dreh-

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zahl kommt. Zu diesem Zweck ermöglicht die Erfindung eine axiale Verschiebung, z.B. eines Drehzapfens, bei einer gegebenen Drehzahl zum Innenraum des Motors hin, so daß die betroffenen Lagerteile dann nicht weiter in' Verbindung miteinander stehen. Bei Abnahme der Drehzahl findet das Entgegengesetze statt. Der Drehzapfen gelangt nach außen, so daß der Stützzapfen wieder seine Funktion aufnehmen k

Eine bevorzugte Ausfül rungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß wenigstens ein Lager eines abgestützten Rotors mit einer sich drehenden Lagerfläche versehen ist, die durch ihre Drehung gegenüber einer feststehenden Lagerfläche im Fluid eine Druckzunahme bewirkt, wobei der erzeugte Fluiddruck verwendet wird zur axialen Positionierung des Rotors auf einem durch einen Anschlag begrenzten Weg. Das Lager kann in diesem Fall mit einem Stützzapfen versehen werden, der in einer in einer halbkugelförmigen Schale eines Lagerblocks angeordneten Kugel endet.

Eine weitere, vorteilhafte Ausbildung der Erfindung zeichnet sich aus durch eine unten in der Stützzapfenschale ausgebildete Öffnung, durch die das schmierende Fluid m..t einem den Lagerblock verschiebenden Servomotorkolben in Verbindung steht.

Eine sehr einfache Konstruktion wird erzielt, wenn die dem Stützzapfen gegenüberliegende Seite des Lagerblocks als Servomotorkolben dient, der sich in einem vorzugsweise zylindrischen Raum axial bewegen und daher nicht nur die Stellung der Fußstützenschale, sondern folglich auch diejenige des Rotors verändern kann. Der Lagerblock kann auch in einem anderen Element angeordnet werden, das zusammen mit dem Lagerblock als Servomotorkolben dient.

Bei der vorliegenden Konstruktion kann zweckmäßig eine Feder so eingebaut werlen, daß sie der durch den Fluiddruck bewirk-

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ten axialen Bewegung des Lagerblocks entgegenwirkt. Dies ermöglicht die Anwendung großer Verschiebungökräfte, so daß keine Gelegenheit besteht, daß die sich bewegenden Teile z.B. durch zusammengedrückte Schmutzteilchen klemmen. Statt einer Feder können mehrere Federn - sowohl Zug- als auch Druckfedern - verwendet werden.

Eine Variante zeichnet sich durch einen Servomotorkolben aus, der sich gegen die Wirkung einer im Rotor gelegenen Kammer axial gegenüber dem Stützzapfen bewegt, der einen zentralen axialen Kanal enthält, der eine Verbindung der Mitte der Stützzapfenschale mit dem Druckraum des Servomotors herstellt. Somit ist es möglich, den Stützzapfen wunschgemäß einwärts oder auswärts zu bewegen, wenn die Drehzahl zunimmt, insbesondere, wenn der Servomotorkolben gegenüber der Kammer durch ein elastisches Wandelement, etwa eine Membran, abgedichtet ist.

Gemäß einer weiteren Variante wird die Druckzunahme verwendet, die in einem flüssigen Schmiermittel und im äußersten Teil des vom Servomotorkolben eingeschlossenen Raums in der Kammer entsteht. Vorzugsweise wird hier auch ein elastisches Wandelement verwendet zur Abdichtung des Kolbens gegenüber der Kammer, z.B. eine als Rollbalg ausgebildete Membran. Während der Drehung bewirkt die Fliehkraft einen Druckaufbau, der in dieser Kammer enthaltenen Flüssigkeit, so daß der Druck über d°m größten Durchmesser der Servoniotorkammer groß genug wird, um auch in axialer Richtung eine Einstellkraft zu erzeugen. Auf diese Weise kann der Stützzapfen in einer gewünschten Richtung verschoben werden, bis ein Anschlag die Einstellbewegung beendet. Somit wird in diesem Fall der Arbeitsdruck des Servomediums nicht vom Schmiermittel zwischen den feststehenden und sich bewegenden Teilen eines Lagers abgeleitet, so daß diese Ausführungsform auch bei ohne Schmiermittel arbeitenden Lagern oder Abstützungen, etwa Kugellagern oder magnetischen Abstützungen, verwendbar ist.

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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 einen senkrechten Querschnitt eines Stützzapfenlagers nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Variante mit einem flüssigkeitsgefüllten Behälter, der mit dem Rotor rotiert und einen Servomotorkolben enthält;

Fig. 3 eine Variante, bei der ein Servomotorkolben so in den Rotor eingebaut ist, daß der Stützzapfen bei Drehzahlzunähme einwärts bewegt wird;

Fig. 4 eine Varia\ite' von Fig. 3, bei der der Stützzapfen bei Drehzahlzunahme auswärts bewegt, wird.

Fig. 1 zeigt einen in einer Lagerkugel 3 endenden Stützzapfen Die Lagerkugel 3 ist längs des Umfangs eines Äquatorialkreises mit Schmiernuten 4 ^ersehen. Die Lagerkugel ruht in einer Stützzapfenschale 5» die an ihrem Boden mit einer Öffnung 6 versehen ist. Die Stützzapfenschale 5 befindet sich in einem Lagerblock 7, der fest in ein kolbenförmiges Teil 8 eingebaut ist, das seinerseits senkrecl.t in einer zylindrischen Ausnehmung 9 in einem Gehäuse 10 gleiten kann. Das Oberteil dieses Gehäuses ist mit einem Deckel 11 so versehen, daß eine Druckfeder 12 zwischen der Unterseite des Deckels 11 und der Oberseite des Kolbens 8 eingeschlossen ist. Über der Lagerkugel 3 befindet sich eine Menge an Flüssigkeit 25, während sich unter der Lagerkugel eine weitere Flüssigkeitsmasse in einem Raum 24 befindet. Sobald der Stützzapfen 2 sich zu drehen beginnt, wird das öl vom Raum 25 durch die Schmiernuten 4 in der Lagerkugel 3 zum geschlossenen Raum '24 gepumpt. Folglich steigt der Schmiermitteldruck im letzteren Raum. Dreht sich der Stützzapfen 2

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mit einer ausreichend hohen Drehzahl, so steigt der Schmiermitteldruck schnell auf 20 at an und kann weiter auf 40 at und mehr ansteigen, wenn die Drehzahl noch weiter erhöht wird. Bei einem vorher einzustellenden speziellen gewünschten Schmiermitteldruck, der der gewünschten Drehzahl des Stützzapfens 2 entspricht, wird der Druck auf der Unterseite des Kolbens 8 und des Lagerblocks 7 so grcß, daß die abwärts gerichtete Kraft der Feder 12 überwunden und der Lagerblock 7 aufwärts gedrückt •."ird, bis ein oberer Rand 26 des Lagerblocks 7 an einem Anschlagrand 27 des Deckels 11 zum Stillstand kommt.

Fig. 2 zeigt eine Variante, bei der der Druckanstieg einer in der Kammer eines Servomotors enthaltenen Flüssigkeit verwendet wird. Hierzu ist ein Rotor 1 mit einem Zylinder 13 verbunden, in dem ein Kolben 14 dank einer als Rollbalg ausgebildeten Membran 16 eine gewisse Bewegungsfreiheit hat. Ein Ring 18 dient als Anschlag zur Begrenzung der Bewegung des Kolbens 14. Dieser Kolben ist auf seinem Umfang mit einer Anzahl von Rippen 17 versehen, so daß die verwendete Flüssigkeit sich vom Raum 28 zum Raum 29 bewegen kann. Eine Scheibe 30 des Kolbens 14 weist einen daran befestigten Stützzapfen 15 auf, der in einer Lagerkugel 3 endet. Diese wird von einem Lagerblock 19 in der Oberseite eines dämpfenden Elements 20 getragen. Das dämpfende Element ist elastisch von einer in Querrichtung nachgiebigen Stange 23 gehalten, wobei der Raum 22 in einem Behälter 21 mit einer dämpfenden Flüssigkeit, z.B. Öl, gefüllt ist. Eine Zugfeder 31 zieht im Ruhezustand den Kolben 14 ganz in den Zylinder 13. Sobald der Rotor 1 auf Drehzahl kommt, bewirkt die Fliehkraft einen Druckanstieg der Flüssigkeit im Raum 28, wodurch der Kolben 30 so nach außen bewegt wird, daß der Rotor hierdurch aufwärts gedrückt wird. Diese Bewegung dauert an, bis ein unterer Rand 32 des Kolbens 14 an den Abschlagring 18 anstößt·

Fig. 3 zeigt eine Variante, bei der ein Stützzapfen 33 innen einen Kanal 34 aufweist, der den untersten Teil ees Schmiermit-

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telraums zwischen der Lagerkugel 3 und der Stützzapfenschale 5 mit der Unterseite' eines Servomotorkolbens 35 verbindet. Dieser Kolben ist durch eine Membran 36 so abgedichtet, daß-er für einen oberen Rand 37 ein ausreichendes Spiel hat, um in einer Endstellung an der Unterseite 38 einer Flüssigkeit enthaltenden Kammer anzustoßen, und für einen Rand 39 ausreichendes Spiel hat, um in der anderen E.idstellung an einer Fläche 40 anzustoßen. Der Druckmitteldruck in einem Raum 4'. steigt bei zunehmender Drehzahl des Rotors 1 proportional an, wodurch der Druckmitteldruck in einem Raum 42 unter dem Kolben 35 entsprechend ansteigt. Da der Druck an der Oberseite dieses Kolbens niedrig ist, weil der dortige Raum über Kanäle 43 und 44 mit der Umgebung in Verbindung steht, bewegt sich der Kolben 35 gegen die Kraft der Feder 12 aufwärts, so daß sich der Stützzapfen 33 in dem Rotor 1 bewegt.

Fig. 4 zeigt eine Variante, bei der bei Zunahme des Schmiermitteldrucks im Raum 41 ein Servomotorkolben 45 sich auswärts bewegt, bis ein Rand 46 eines Flansches 49 gegen die Kraft einer Feder 12 an einer Fläche 48 anstößt. Bei dieser Ausführungsform bewirkt eine Drehzahlzunahme eine Auswärtsbewegung des Stützzapfens 33 über einen gegebenen Weg.

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Leerseite

Claims

Dr. F. Zumstein con. - Dr. Ξ. Ausr-ann - Dc R. Kgy DipL-i-*nys. R. Ho'zbauer ■ Dipl.-!ng. Γ'. K!ing?.eissn - Dr. F. Zumsioin jun.

8C00 München 2 ■ Bräuhausstraße 4 · Telefon Sammel-Nr- 22 53 41 · Telegramme Zumpat · Telex 5 29 979

RCN 265 Ultra Centrifuge Nederland N.V., Den Haag,Niederlande

PATENTANSPRÜCHE

Rotorabstützung mit wenigstens einem Lager zur automatischen Positionierung eines Rotors durch ein Fluid, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Lager (3»7) mit einer sich drehenden Lagerfläche versehen ist, die durch die Drehung gegenüber einer feststehenden Lagerfläche im Fluid eine Druckzunahme bewirkt, wobei der erzeugte Fluiddruck verwendet wird zur axialen Positionierung des Rotors (1) auf einem durch einen Anschlag (27;38;46) begrenzten Weg (Fig. 1,3,4).

Rotorabstützung nach Anspruch 1, wobei der Rotor mit einem Stützzapfen versehen ist, der in einer in einer halbkugelförmigen Stützzapfenschale eines Lagerblocks gelegenen Lagerkugel endet, gekennzeichnet durch eine; unten in der Stützzapfenschale (5) ausgebildete Off-

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nung (6), durch die das schmierende Fluid mit einem den Lagerblock (7) verschiebenden Servomotorkolben (8) in Verbindung steht (Fig. 1).

3. Rotorabstützung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerblock (7) auf der der Stützzapfenschale (5) gegenüberliegenden Seite als Servomotorkolben (8) ausgebildet ist oder einen Teil hiervon bildet (Fig. 1).

4. Rotorabstützung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Feder (12), die der durch den Fluiddruck bewirkten axialen Verschiebung des Lagerblocks (7) entgegenwirkt (Fig. 1).

5· Rotorabstützung nich Anspruch 1, v/obei das Lager einen Stützzapfen aufweist, der in einer Lagerkugel endet, die in einer halbkugelförmigen Stützzapfenschale eines Lagerblocks angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einer im Rotor (1; gelegenen Kammer ein Servomotorkolben (35>45) angeordnet ist zur axialen Verschiebung des Stützzapfens (33) gegen eine Feder, und daß der Stützzapfen (33) einen axialen Kanal (34) enthält, der eine Verbindung zwischen der Mitte eines Stützzapfenschalenraums (41) und deir Druckraum (42) des Servomotors herstellt (Fig. 3,4)·

6. Rotorabstützung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotorkolben (35;45) durch ein elastisches Wandelement, etwa eine Membran (36), gegenüber der Kammer abgedichtet ist (Fig. 3,4).

7· Rotorabstützung mit wenigstens einem Lager zur automatischen Positionierung des Rotors durch ein Fluid, dadurch gekennzeichnet, daß in einer im Rotor (1) gelegenen Kammer (28) ein mit einem Stützzapfen (15) verbundener

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und gegen eine Feder (31) axial bewegbarer Servomotorkolben (14") angeordnet ist, der durch ein elastisches Wandelement, etwa eine als Rollbalg ausgebildete Membran (16), gegenüber der Kammer (28) abgedichtet ist, die mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, deren durch die Drehung des Rotors (1) erzeugte Druckzunahme eine Verschiebung des Servomotorkolbens (14) bis zu einem Anschlag (18) bewirkt (Fig. 2).

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