DE3011078A1

DE3011078A1 - Lagerbock mit faktisch null-laengsspiel aufweisendem lager

Info

Publication number: DE3011078A1
Application number: DE19803011078
Authority: DE
Inventors: Jean-Francois Beau
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1979-03-20
Filing date: 1980-03-20
Publication date: 1980-09-25
Also published as: FR2452025A1; GB2056579A; JPS641682B2; DE3011078C2; JPS55129613A; FR2452025B1; GB2056579B; US4346949A; CA1125826A

Description

Lagerbock mit faktisch Null-Längsspiel aufweisendem Lager

Die Erfindung betrifft einen Lagerbock mit faktisch Null-Längsspiel aufweisendem Kugellager, was nachstehend insbesondere im Hinblick auf seine Anwendung auf kinetische Schwungräder erläutert wird, wobei er jedoch nicht auf diese Anwendung begrenzt ist, wenn im Bedarfsfalle das Axial- oder Längsspiel eines Kugellagers so weit wie möglich verringert werden soll.

Es sind bereits elektrische Drehmaschinen bekannt, die als Motor oder als Generator arbeiten und einen das kinematische Schwungrad bildenden Rotor aufweisen. Derartige Maschinen sind heute unter dem Namen "kinetische Räder" (kinetic wheels) bekannt und werden oft aufgrund ihres geringen Gewichts sowie ihrer kleinen Abmessungen an Bord von künstlichen Satteliten verwendet.

Ein derartiger Rotor ist gewöhnlich freilaufend um seine Drehachse aufgehängt und seine Axialstellung auf dieser Achse oder Welle wird aufgrund einer Aufhängung mit magnetischen Lagern aufrechterhalten, die Luftspalte zwischen dem Rotor und feststehenden an der Welle befestigten Teilen bewahren, wobei diese Luftspalte sich in - im rechten Winkeln zur Welle liegenden Ebenen befinden. Somit ist der Rotor zwischen seinen Luftspalten aufgehängt, die eine Weite von etwa 0,6 bis 0,7 mm haben, wobei es unter Berücksichtigung ihrer Unbeständigkeit erforderlich ist, in den Magnetlagern Elektromagnete unterzubringen, deren

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Speisestrom so geregelt wird, daß die Weite dieser Luft spalte so konstant wie möglich, gehalten wird. Darüber hinaus sind zur Vermeidung, daß sich der Rotor axial um eine Länge verschiebt, die ausreicht, daß er während der Rotation gegen feststehende Teile des entsprechenden kinetischen Rades aufgrund eines Versagens der Magnetlager oder Eintreten von unvorhergesehenen Betriebszuständen stößt und die Gefahr einer Beschädigung und möglicherweise eine Zerstörung des Rades verursacht, Sicherheitsanschläge vorgesehen sind, die jeweils aus einem Kugellager, Rollen- oder Nadellager bestehen, die zur Rotorachse konzentrisch angeordnet sind. Ein Ring eines derartigen Lagers, z.B. der Außenring, ist unmittelbar am Rotor befestigt während der andere Ring des Lagers, beispielshalber der Innenring, an einem Anschlagteil befestigt ist, so daß er mit einem komplementären mit der Welle verbundenen Anschlagteil zusammenarbeiten kann, wenn ein beträchtliches Maß an Axialgleiten des Rotors vorliegt. Unter normalen Betriebsbedingungen, wenn also der Rotor in der richtigen Axialstellung ist und sich um seine Achse dreht, drehen sich die beiden Ringe des Lagers mit dem Rotor und es tritt faktisch kein Gleiten zwischen den Ringen auf, wobei die beiden zusammenarbeitenden Anschlagteile dann zueinander in einem räumlichen Abstandsverhältnis stehen. Andererseits kommen bei Auftreten einer beträchtlichen Axialverschiebung des Rotors die beiden Anschlagteile miteinander in Eontakt, um die Amplitude der Bewegung zu begrenzen. Zu diesem Zeitpunkt ist der Innenring daran gehindert, sich zu drehen und der Rotor dreht sich aufgrund der Tatsache um seine Achse, daß der Außenring sich gegenüber dem Innenring zu drehen beginnt.

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Um den einwandfreien Betrieb dieser Sicherheitsanschläge zu. gewährleisten, ist es für das Längsspiel zwischen den beiden Ringen der Kugellager unerläßlich, daß dieses faktisch Null ist, da sonst die Außenringe und demzufolge auch der itator ihre Axialverschiebung weiter fortsetzen könnten, während die Innenlaufringe bereits blockiert sind, wodurch der Schutz durch die Sicherheitsanschläge illusorisch wird.

Es wurde bereits zur Überwindung dieses Nachteils unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die vom Hersteller gelieferten Toleranzen der Kugellager auf dem Markt kein hinreichend kleines Längsspiel gewähren, vorgeschlagen, in jedem Sicherheitsanschlag zwei identische, gekoppelte konzentrische Kugellager einzusetzen und zwischen den Innenringen der Lager jedes derart ausgestatteten Paares eine Zwischen- oder Beilage unterzubringen, so daß diese Innenringe auf diese Weise einen hinreichenden Abstand voneinander erhalten, so daß das Längsspiel des Kugellagerpaares faktisch Null ist.

Eine derartige Lösung hat jedoch auch Nachteile. Es müssen zwei Kugellager pro Sicherheitsanschlag vorgesehen werden, wodurch die Gesamtkosten steigen und eine zusätzliche Masse sowie größere Abmessungen eingeführt werden, wogegen im Hinblick auf die zu widerstehenden Belastungen nur ein Kugellager ausreichend wäre. Darüber hinaus ist diese bekannte Lösung schwierig in der Herstellung, da die Kugellager gepaart und eine oft nur wenige Millimeter dicke Bei- oder Zwischenlage maschinell angefertigt und in Stellung gebracht werden muß.

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Es ist demzufolge Zielsetzung der Erfindung, eine technische Lösung des Problems der Herstellung eines Lagerbocks mit Lager anzubieten, das rollende Elemente ohne Längsspiel aufweist, wobei die Nachteile der oben erwähnten bekannten Lösung vermieden werden, da hier nur ein Lager benötigt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Lagerbock mit einem Lager mit rollenden Elementen dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Ring des Lagers an einer magnetischen Einrichtung befestigt ist und die magnetische Einrichtung derart angeordnet ist, daß sie den Ringen des Lagers ein relatives Abstandsverhältnis in axialer Richtung des Lagerbocks vermittelt, wodurch faktisch das Längsspiel des Lagers beseitigt wird.

Die magnetische Einrichtung ist vorzugsweise jeweils aus einem magnetischen Ring gebildet, wobei die magnetischen Ringe auf der Achse des Lagers zentriert und im wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet sind.

Wenn der Lagerbock der Erfindung in einem Sicherheitsanschlag verwendet wird, der die Axialverschiebung eines Rotors begrenzen soll, der freilaufend in -Bezug auf eine Welle angeordnet und mit einem der Ringe des Lagers fest verbunden ist, wobei dessen anderer Ring fest mit einem ringförmigen Anschlagteil verbunden ist, durch das die Welle mit Spiel hindurchgeht, mit einem anderen fest mit der Welle verbundenen Anschlagteil zusammenarbeiten kann, wenn sich der Rotor längs der Welle axial verschiebt, zeichnet der Lagerbock sich dadurch aus, daß einer der magnetischen Ringe dazu dient, das ringförmige Anschlagteil und den entsprechenden Ring des Lagers zu verbinden.

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Ist dabei der Rotor gegenüber der Welle mittels zumindest eines magnetischen Hänge- oder Stützlagers aufgehängt, so ist es zweckmäßig, wenn einer der Magnetringe Teil des Magnetlagers bildet.

Die Erfindung wird anhand der nächstfolgenden Beschreibung einer in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsform näher erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1 eine Teilansicht im axialen Halbschnitt eines Sicherheitsanschlags für ein kinetisches Tragheitsrad bekannter Bauart; und

Figur 2 eine Teilansicht in der Fig. 1 ähnlicher Darstellung eines Sicherheitsanschlags für ein kinetisches Trägheitsrad nach der Erfindung.

Nach den Zeichnungen, in denen für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden, weist das Rad der Fig. Λ einen Rotor 1 auf, der sich um eine Achse 2 einer feststehenden Welle 3 dreht. Der Rotor 1 ist freilaufend auf der Welle 3 montiert und wird dort über Magnetlager bekannter Bauart in Axialstellung gehalten. In der -k'ig. 1 sind nur die magnetisieren Ringe 4- und 5 eines Magnetlagers wiedergegeben. Die Ringe 4- und 5 sind gegen die Achse 2 konzentrisch.

Der Rotor 1 weist eine Büchse 6 auf, mit der er fest verbunden ist und die zur Achse 2 konzentrisch liegt. In dem ringförmigen Raum zwischen der Büchse 6 und der Welle 3 sind zwei übereinander liegende Kugellager 7 und untergebracht. Die Außenlaufringe 7a und 8a der Lager 7

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und 8 stoßen aneinander und stehen mit der Innenwand der Büchse 6 in Eontakt. Sie werden zwischen einer Beilage 9 und einer -fcinginutter 10 gehalten, die auf einem in der Innenwand der Büchse 6 vorgesehenem Gewinde aufgeschraubt ist. Die Innenlaufringe 7b und 8b der Lager 7 und 8 werden von einem zur Achse 2 konzentrischen Innenring 11 abgedeckt, der einen Flansch 12 aufweist, der auf die Kante des Laufrings 7b stößt. Darüber hinaus können auf der Seite der Magnetringe 4 und 5 durch eine Ringmutter 13» die auf einem Gewinde in der Außenwand von Ring 11 aufgeschraubt ist, die Innenlaufringe 7b und 8b zwischen der Außenwand und dem Flansch 12 festgezogen werden. Eine Zwischen oder Beilage 14 liegt zwischen den inneren Laufringen 7b und 8b, um ein Längsspiel des Lagerpaares 7» 8 zu vermeiden.

An dem Teil neben dem Flansch 12 weist der Ring 11 eine Abschrägung I5 gegenüberliegend einer komplementären abgeschrägten Kante 16 der Welle 3 auf. Abgesehen von den magnetisieren Ringen 4 und 5 sind die verschiedenen Elemente des Anschlags der Fig. 1 aus nicht-magnetischem Werkstoff gefertigt.

Bei Normalbetrieb wird der Rotor 1 aufgrund der Wirkung der Magnetlager in relativer Axialstellung zur Welle 3 gehalten, so daß ein Luftspalt 17 einerseits, zwischen dem Ring 11 und der Welle 3 und andererseits zwischen der abgeschrägten Kante 16 und der Abschrägung I5 vorliegt. Der Rotor 1 kann somit frei um die Welle 3 rotieren. Es ist zu bemerken, daß der Ring 11 sich dann über die Kugellager und 8 mit dem Rotor 1 dreht, deren Innenflächen 7b und 8b gleitlos gegenüber den äußeren Laufringen ?& und 8a mit der

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gleichen Winkelgeschwindigkeit wie der Rest des Rotors um die Welle 3 rotieren. Bei dieser Betriebsart intervenieren die Lager 7 und 8 bei der Drehung des Rotors 1 nicht und dienen nur als Verbindung zwischen letzterem und dem Ring 11.

Sollte sich aus irgendeinem Grunde der -^otor 1 nach oben bewegen (vgl. Fig. 1), so tritt der Pail ein, daß die Abschrägung 15 mit der abgeschrägten Kante 16 in Kontakt kommt. Der Ring 11 löst sich aufgrund der sich daraus ergebenden Reibung von der Rotation des Rotors, der jedoch aufgrund der Tatsache weiter rotieren kann, weil die Lager 7 und 8 dann ihre Funktion als Lager ausführen. Da die zwischen den Laufringen 7b und 8b eingesetzte Zwischenlage 14 etwaiges Längsspiel faktisch eliminiert, kommt die relative Verschiebung des Rotors 1 gegenüber der Achse 3 zum Stillstand, sobald die Abschrägungen 15 und 16 einander berühren. Selbstverständlich ist auf dem Rad noch ein zusätzlicher (nicht dargestellter) Anschlag vorgesehen, der auf ähnliche Weise wirksam wird, wenn die Rotorverschiebung in die entgegengesetzte Richtung (nach unten in S¹Xg. 1) geht.

Wie bereits erwähnt, weist der Sicherheitsanschlag der Fig. 1 Nachteile auf, die durch die Erfindung überwunden werden, was anhand des Beispiels der Fig. 2 dargelegt wird.

Hier sind auch die gleichen Bauelemente 1 bis 6, 9 bis 12 und 15 bis I7 eingezeichnet, die genauso wie in ^ig. 1 angeordnet sind, ausgenommen die Kugellager 7 und 8, die Ringmutter 13 und die Beilage 14. Das Kugellager 7 und 8 ist durch ein einziges Kugellager 18 ersetzt, weshalb die Ein- oder Zwischenlage 14 entfällt, und Ringmutter I3 wird gegen eine aus magnetischem Werkstoff gefertigte Ringmutter

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19 ausgetauscht. Der äußere Laufring 18a des Lagers 18

ist zwischen der Einlage.9 und der Ringmutter 10 blockiert, während der innere Laufring 18b zwischen dem Flansch 12 und der Magnetmutter 19 eingezwängt ist. Darüber hinaus ist der Radius des magnetisierten Rings 4- (oder 5) und/ oder der Radius der Magnetmutter 19 gegebenenfalls so gewählt, daß der Ring und die Mutter zumindest im wesentlichen einander gegenüber liegen. Des weiteren ist die Dicke

20 des zwischen diesem Ring und dieser Mutter zwischengelegte Material des -^otors 1 zweckmäßig gegenüber der Dicke des Anschlags nach Fig. 1 verringert. Somit können die magnetischen Streuflüsse von Ring 4 auf die Magnetmutter 19 eine gegenüber der Schwerkraft unempfindliche Daueranziehung ausüben. Diese Magnetmutter ist fest mit dem Innenring 18b verbunden, so daß es zu einer Axialversetzung zwischen letzterem und dem Außenring 18a kommt, wobei das Längsspiel von Lager 18 aufgenommen wird. Die Sicherheitsfunktion des Anschlags der Fig. 2 ist dabei der von Fig. 1 ähnlich.

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Claims

Meissner & Meissner

PATENTAN WALTS BÜRO

BERLIN - MÜNCHEN*

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER DIPL-ING. P. E. MEISSNER DIPL-ING. H.-J. PRESTING

Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt — Professional Representatives before the European Patent Office

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unsere Zeichen HERBERTSTR. 22, 1000 BERLIN 33

SNIAS 911 D _nrs ^

Societe Nationale Industrielle Aerospatiale F - 75 016 Paris

Patentansprüche

(1J Lagerbock mit einem Lager mit rollenden Bauelementen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Ring des Lagers (18) mit einer magnetischen Einrichtung fest verbunden ist und diese magnetische Einrichtung so angeordnet ist, daß sie den Ringen (18a, 18b) des Lagers ein relatives Abstandsverhältnis in axialer Richtung des Lagerbocks verschafft, um faktisch das Längsspiel des Lagers zu eliminieren.
2. Lagerbock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Einrichtung aus einem Magnetring (4,5) besteht und diese Magnetringe auf der Achse des Lagerbocks zentriert sowie im wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet sind.

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{§28 PiO) TELEX: TELEGRAMM: TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO

_D „ 1-856 44 INVENT₁ON BERLIN BERLINER BANK AG. WMEIoSNlR₁BLN-W

, INVENd BERtIN 030/83160 37 BERLIN 31 122 82-109

^030/8S22382
3. Lagerbock nach Anspruch 2 bestehend aus einem Sicherheitsanschlag, der dadurch gekennzeichnet, daß er die Axialverschiebung eines in Bezug zu einer Welle (3) freilaufend montierten und an einem der Ringe des Lagers befestigten Rotors (1) begrenzen soll, wobei der andere Ring mit einem ringförmigen Anschlagteil fest verbunden ist, durch den die Welle hindurchgeht, wenn sich der Rotor axial längs der V/eile bewegt, wobei einer der Magnetringe dazu dient, das ringförmige Anschlagteil und den entsprechenden Ring des Lagers zu verbinden.
4. Lagerbock nach Anspruch 2 und 3iCLadurch gekennzeichnet, daß der andere Ring so ausgebildet ist, daß er mit einem anderen mit der Welle fest verbundenen Anschlagteil zusammenarbeitet, wenn sich der Rotor längs der Welle axial bewegt, wobei der Rotor zur Welle mittels zumindest eines magnetischen Hänge- oder Stützlagers aufgehängt ist, auf dem einer der Magnetringe Teil des Magnetlagers bildet.
5· Kinetisches Schwungrad, dadurch geken nzeichnet, daß dessen Rotor zumindest einen Lagerbock nach den Ansprüchen T bis 4- aufweist.
6. Lager im wesentlichen nach der Beschreibung und den Zeichnungen.

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